Bào chế bột nano rutin bằng kỹ thuật nghiền bi

Từ năm 2009 đến nay, các nghiên cứu của nhóm giáo sư Muller về nano rutin vẫn sử dụng thiết bị ở quy mô phòng thí nghiệm, chưa triển khai được ở quy mô sản xuất, kích thước tiểu phân rut

Trang 1

Copyright @ School of Medicine and Pharmacy, VNU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

HÀ NỘI – 2019

Trang 3

Lời cảm ơn chân thành nhất tôi xin gửi đến ThS Nguyễn Văn Khanh, người thầy

đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình thực hiện khóa luận để tôi hoàn thành khóa luận này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong ban giám hiệu, các phòng ban

và cán bộ nhân viên khoa Y – Dược, đại học Quốc Gia Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt

Trang 4

DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DSC Phân tích nhiệt vi sai

HPH Đồng nhất hóa với áp suất cao

HPMC Hydroxypropyl Methylcellulose

NaCMC Natri Carboxymethyl Cellulose

NaLS Natri Lauryl Sulfat

PVA Polyvinyl Alcohol

Trang 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu trúc của rutin 2

Hình 1.2 Hai kỹ thuật cơ bản trong sản xuất nano thuốc 8

Hình 1.3 Thiết bị nghiền bi 13

Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị phun sấy 17

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình bào chế nano rutin bằng kỹ thuật nghiền khô 24

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình bào chế nano rutin bằng kỹ thuật nghiền ướt 25

Hình 3.1 Quét độ hấp thụ quang của dung dịch rutin chuẩn ở bước sóng từ 800 nm đến 200nm 28

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn độ hấp thụ quang của rutin theo nồng độ tại bước sóng 257 nm 30

Hình 3.3 KTTP và PDI của hỗn dịch nano rutin theo tần số nghiền 32

Hình 3.4 KTTP, PDI của hỗn dịch nano rutin theo loại chất ổn định 34

Hình 3.5 KTTP, PDI của hỗn dịch nano rutin theo tỉ lệ chất ổn định 36

Hình 3.6 KTTP và PDI của hỗn dịch nano rutin theo loại chất diện hoạt 38

Hình 3.7 KTTP, PDI của hỗn dịch nano rutin theo thời gian nghiền 30

Hình 3.8 KTTP và PDI của hỗn dịch nano rutin theo tỉ lệ chất diện hoạt 41

Hình 3.9 KTTP, PDI và thế zeta của hỗn dịch nano rutin theo loại bi 43

Hình 3.10 KTTP, PDI và thế zeta của hỗn dịch nano rutin theo tỉ lệ rutin trong công thức 44

Hình 3.11 Sơ đồ quy trình bào chế nano rutin bằng kỹ thuật nghiền bi 46

Hình 3.12.Đồ thị biểu diễn tốc độ hòa của rutin thô và nano rutin trong môi trường nước và pH 6,8 47

Hình 3.12 Phổ DSC của rutin và nano rutin 48

Trang 6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Một số sản phẩm của rutin trên thị trường 5

Bảng 1.2: Tổng quan về các thuốc đường uống bào chế ở dạng nano trên thị trường hiện nay và các nghiên cứu dược phẩm 9

Bảng 1.3 Một số nghiên cứu bào chế nano rutin trên thế giới 18

Bảng 1.4 Một số nghiên cứu bào chế nano rutin tại Việt Nam 20

Bảng 2.1 Nguyên liệu, hóa chất nghiên cứu 21

Bảng 2.2 Bảng đánh giá độ trơn chảy theo chỉ số C 27

Bảng 3.1 Độ hấp thụ quang của rutin theo nồng độ tại bước sóng 257 nm 30

Bảng 3.2 Phần trăm hòa tan của rutin theo thời gian trong các môi trường 31

Bảng 3.3 KTTP, PDI và thế zeta của hỗn dịch nano rutin theo tần số nghiền 32

Bảng 3.4 KTTP, PDI và thế zeta của hỗn dịch nano rutin theo loại chất ổn định 34

Bảng 3.5 KTTP, PDI và thế zeta của hỗn dịch nano rutin theo tỉ lệ chất ổn định 36

Bảng 3.6 KTTP, PDI và thế zeta của hỗn dịch nano rutin theo loại chất diện hoạt sử dụng 37

Bảng 3.7 KTTP, PDI và thế zeta của hỗn dịch nano rutin theo thời gian nghiền 39

Bảng 3.8 KTTP, PDI và thế zeta của hỗn dịch nano rutin theo tỉ lệ chất diện hoạt 41

Bảng 3.9 KTTP, PDI và thế zeta của hỗn dịch nano rutin theo loại bi 43

Bảng 3.10 KTTP PDI và thế zeta của hỗn dịch nano rutin theo tỉ lệ rutin trong công thức 44

Bảng 3.11 Hiệu suất phun sấy nano rutin theo nhiệt độ đầu vào 45

Bảng 3.12 Hiệu suất phun sấy nano rutin theo tốc độ phun dich 46

Bảng 3.13 Một số đặc tính của nano rutin bào chế bằng kỹ thuật nghiền bi 4

Trang 7

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan Rutin 2

1.1.1 Tên gọi, công thức 2

1.1.2 Tính chất vật lý 2

1.1.3 Định tính 3

1.1.4 Định lượng 3

1.1.5 Tác dụng sinh học 3

1.1.6 Ứng dụng của rutin 4

1.1.7 Một số sản phẩm của rutin trên thị trường 4

1.1.8 Một số nguồn chiết Rutin 5

1.1.9 Phương pháp chiết Rutin 5

1.2.Tổng quan về hạt nano thuốc 6

1.2.1.Tổng quan về công nghệ nano: 6

1.2.2 Các tính năng đặc biệt giúp hoạt chất kém tan có sinh khả dụng cao hơn khi bào chế ở kích thước nano 6

1.2.3 Các phương pháp bào chế Nano thuốc 8

1.3 Tổng quan kỹ thuật nghiền bi 12

1.3.1 Khái niệm kỹ thuật nghiền bi 12

1.3.3 Các lực tác động làm giảm kích thước tiểu phân 13

Trang 8

1.3.2 Thiết bị nghiền bi: 13

1.3.4 Phân loại 14

1.4 Tổng quan phương pháp phun sấy 15

1.4.1 Khái niệm: 15

1.4.2 Ưu nhược điểm của phun sấy 15

1.4.3 Thiết bị phun sấy và nguyên lý của quá trình phun sấy 16

1.4.4 Một số thông số quan trọng của phun sấy 17

1.5 Một số nghiên cứu bào chế nano rutin 18

1.5.1 Một số nghiên cứu bào chế nano rutin trên thế giới 18

1.5.2 Một số nghiên cứu bào chế nano rutin tại Việt Nam 20

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 21

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 21

2.1.2.Nội dung nghiên cứu 21

2.2 Hóa chất, thiết bị và đối tượng nghiên cứu 21

2.2.1.Nguyên liệu, hóa chất 21

2.2.2.Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu 22

2.2.3.Đối tượng nghiên cứu 22

2.3.Phương pháp nghiên cứu 23

2.3.1.Định lượng rutin bằng phương pháp đo quang 23

2.3.2 Xác định độ tan bão hòa trong nước, tốc độ hòa tan của nano rutin và rutin nguyên liệu trong các môi trường 23

2.3.3 Bào chế nano rutin bằng kỹ thuật nghiền khô 24

Trang 9

2.3.4 Bào chế nano rutin bằng kỹ thuật nghiền ướt 25

2.3.5 Phương pháp đánh giá một số đặc tính của hỗn dịch nano rutin 26

2.3.6.Phương pháp đánh giá một số đặc tính của bột nano rutin phun sấy 26

2.3.7 Phương pháp đánh giá hiệu suất phun sấy 27

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 27

CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 28

3.1 Định lượng rutin bằng phương pháp đo quang: 28

3.2 Khảo sát độ tan bão hòa của rutin trong nước và tốc độ hòa tan của rutin trong các môi trường của rutin 29

3.3 Bào chế nano rutin bằng kỹ thuật nghiền bi 30

3.3.1.Khảo sát kỹ thuật nghiền bi 30

3.3.2 Khảo sát tần số nghiền 31

3.3.3.Lựa chọn chất ổn định hỗn dịch 32

3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ổn định hỗn dịch 34

3.3.5 Lựa chọn chất diện hoạt 36

3.3.6 Khảo sát thời gian nghiền 38

3.3.7 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ chất diện hoạt 40

3.3.8 Khảo sát khi tăng tỉ lệ rutin trong công thức: 43

3.4.8 Khảo sát điều kiện phun sấy 45

3.5 Đánh giá một số đặc tính của Nano Rutin bào chế: 47

3 6 Bàn luận 48

3.6.1 Về phương pháp bào chế nano rutin 48

3.6.2 Về xây dựng công thức bào chế nano rutin 49

Trang 10

3.6.3 Về các đặc tính của nano rutin sau bào chế 49

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 50

KẾT LUẬN 50

ĐỀ XUẤT 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Trang 11

ĐẶT VẤN ĐỀ

Rutin là một hợp chất được chiết xuất từ hoa hòe có hoạt tính sinh học Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rutin có khả năng chống oxy hóa, chống viêm nhiễm, chống ung thư và khối u

Tuy nhiên, hiện nay rutin vẫn chưa được ứng dụng nhiều trong dược phẩm, nguyên nhân là do rutin kém tan trong nước, gây trở ngại khi hấp thu vào cơ thể nên sinh khả dụng thấp Giải pháp không mới nhưng rất quan trọng đó là giảm kích thước các hạt thuốc về kích thước nano để tăng khả năng hấp thu cũng như tăng hoạt tính sinh học của chúng

Từ năm 2009 đến nay, các nghiên cứu của nhóm giáo sư Muller về nano rutin vẫn

sử dụng thiết bị ở quy mô phòng thí nghiệm, chưa triển khai được ở quy mô sản xuất, kích thước tiểu phân rutin vẫn còn khá cao, mặc dù đã bước đầu chứng minh một số ứng

dụng in vitro và in vivo của nano rutin trong mỹ phẩm nhưng tính ứng dụng còn chưa

cao [22, 23, 31]

Có rất nhiều kỹ thuật bào chế nano rutin như: đồng nhất áp suất cao, kết hợp, nghiền bi, trong đó kỹ thuật nghiền bi là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện và có khả năng ứng dụng thực tế rất lớn như trong nghiên cứu của nhóm giáo sư Tao Liu về bào chế nano thuốc bằng kỹ thuật nghiền ướt ở cả hai quy mô phòng thí nghiệm thông thường và quy mô phòng thí nghiệm siêu nhỏ cho thấy kích thước tương đương ở cả hai quy mô Vì vậy, việc tối ưu các thông số trong sản xuất nano thuốc bằng kỹ thuật nghiền

bi được kỳ vọng có thể mở rộng ra quy mô sản xuất [21] Do vậy nhằm cải thiện sinh khả dụng của rutin, cũng như mở rộng kết quả nghiên cứu lên quy mô công nghiệp, tăng tính ứng dụng trên thực tế chúng tôi đã thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu bào chế nano rutin bằng kỹ thuật nghiền bi” với 2 mục tiêu như sau:

1 Bào chế được nano rutin bằng phương pháp nghiền bi

2 Đánh giá một số đặc tính của tiểu phân nano rutin bào chế được

Trang 12

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan Rutin

1.1.1 Tên gọi, công thức

Rutin là 1 hợp chất glycoside bao gồm quercetin thuộc nhóm flavonon và phần đường rutinose Rutin có thể tích tụ một lượng đáng kể trong lúc mì, trong cây hòe Nhật Bản (Sophora Japonica L.) và trong hoa của luống hoa đầu xuân (Forsythia intermedia)

và hoa đầu xuân Trung Quốc (F.suspensa) [13]

- Công thức phân tử: C27H30O16, trọng lượng phân tử 610,521 ĐvC

- Tên IUPAC: 3,4,5-trihydroxy-6-{[(2R,3R,4R,5R,6S)-3,4,5-trihydroxy-6-methyloxan-2-

2-(3,4-dihydroxyphenyl)-5,7-dihydroxy-3-[(2S,3R,4S,5S,6R)-yl]oxymethyl]oxan-(2-yl}oxychromen-4-one [26]

Hình 1.1 Cấu trúc của Rutin [26]

- Tên gọi khác: Rutin, Rutoside, Phytomeline, Quercetin 3 – rutinoside [26]

1.1.2 Tính chất vật lý

- Bột kết tinh màu vàng hay vàng lục

- Rutin ít tan trong nước ( từ 0.01 đến 0.0125 g/L ở nhiệt độ phòng) và tan tốt trong methanol và ethanol [1]

- Nhiệt độ nóng chảy: 125 oC [26]

Trang 13

1.1.3 Định tính

Theo dược điển Việt Nam V, các phương pháp định tính rutin [4]:

- Phương pháp A: So sánh phổ hồng ngoại với phổ chuẩn

- Phương pháp B: Đo phổ hấp thụ tử ngoại

- Phương pháp C: Phương pháp sắc ký lớp mỏng

- Phương pháp D: Phản ứng với cyanidin

- Phương pháp E: Phản ứng với dung dịch NaOH

hệ tĩnh mạch, nhất là đối với người cao tuổi [1]

Rutin còn là tác nhân chống oxy hóa cao [31], loại trừ các gốc tự do giúp ngừa ung thư [22] và biến đổi gen [18] tăng cường khả năng miễn dịch, điều chỉnh huyết áp

Rutin làm giảm rõ rệt sự tăng nhanh, ức chế sự chuyển đổi của tế bào pha S đến phần giữa và trên crypis và chặn lại khối u [15]

Rutin có chức năng chống oxy hóa mạnh, cũng được kiểm chứng vai trò rất hiệu quả trong kháng viêm [17], bảo vệ thận [20] và suyễn [19]

Trang 14

Hơn nữa, vì rutin là hợp chất tự nhiên, ít độc và gần như không có tác dụng phụ khi sử dụng với liều lượng thích hợp

Trong khoa mắt, rutin có thể được dùng cho các trường hợp viêm võng mạc có xuất hiện xuất huyết, chảy máu ở đáy mắt [8]

Rutin có thể sử dụng đơn độc hoặc kết hợp với các thuốc khác để nâng cao hiệu quả điều trị như:

- Vitamin C: Rutin làm tăng cường tác dụng của vitamin C đặc biệt là khả năng hấp thụ thuốc vào các cơ quan khác nhau Thường được dùng trong biểu hiện tổn thương mao mạch, xuất huyết dưới da, cao huyết áp

- Vincamin: dùng để chữa các chứng rối loạn tâm thần, cải thiện trí nhớ, chức năng thần kinh giác quan ở người già

- Nicotinamide: dùng trong các biểu hiện chức năng hay tổn thương thực thể của suy tĩnh-bạch mạch, giãn tĩnh mạch nguyên phát hay các cơn đau trĩ

- Ngoài ra còn có thể phối hợp với cholin, khellin, papaverin

1.1.7 Một số sản phẩm của rutin trên thị trường

Trang 15

Bảng 1.1 Một số sản phẩm của rutin trên thị trường

Rutin-Vitamin C Rutin, vitamin C 50 mg Viên bao đường

Antioxidants

Bio-Rutin complex Rutin, bioflavonoids 500 mg Viên nén

Siduol Tocopherol calcium

succinat; Rutin 100 mg Viên nang

1.1.8 Một số nguồn chiết Rutin

Rutin được tìm thấy ở 62 họ thực vật với khoảng 150 loài thực vật, trong đó có

70 loài thuộc 28 họ có chứa rutin ở dạng vết [4]

Trong cây, rutin chủ yếu phân bố ở hoa (cây hòe, cây tam giác mạch), lá (cây bạch đằng, cây tam giác mạch)

Tuy có nhiều loài thực vật chứa rutin nhưng rutin chỉ được tách chiết từ những

cây nguyên liệu có hàm lượng rutin cao như Ruta graveolens L có khoảng 2 %,

Fagopyrum esculentum Moench có khoảng 4 %, Fagopyrum tataricum L có khoảng 6

%, Eucalyptus macrorrhyncha F.Muell có khoảng 8 %, Sophora japonica L có khoảng

18 % [6]

1.1.9 Phương pháp chiết Rutin

Các phương pháp chiết xuất rutin từ hoa hòe dựa vào độ tan khác nhau của rutin trong các dung môi [2]

- Chiết bằng dung môi nước

- Chiết bằng dung môi cồn

- Chiết bằng dung môi là dung dịch kiềm loãng

- Siêu âm

Trang 16

1.2.Tổng quan về hạt nano thuốc

1.2.1.Tổng quan về công nghệ nano:

Khoa học nano là khoa học nghiên cứu vật chất ở kích thước cực kì nhỏ - kích thước nanomet (nm) [1] hay nhỏ hơn 1 µm [10, 31, 34]

Công nghệ nano là các công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích,chế tạo ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước

ở quy mô nanomet [10] Công nghệ Nano có lịch sử phát triển và ứng dụng lâu dài, tuy nhiên các tiến bộ khoa học quan trọng chỉ diễn ra trong hai thập kỷ qua [34] Ứng dụng công nghệ nano trong y học sẽ mang lại những tiến bộ đáng kể trong chẩn đoán và điều

trị bệnh Các ứng dụng dự kiến bao gồm: phân phối thuốc, chẩn đoán in vitro và in vivo,

sản xuất dược phẩm và các vật liệu sinh học tương thích [35]

Các hạt nano thuốc giúp tăng cường khả năng hòa tan, sinh khả dụng và nâng cao hiệu quả của các thuốc kém tan trong nước [19, 33, 34], nâng cao tính an toàn, giảm độc tính và tác dụng phụ của thuốc [19, 35]

1.2.2 Các tính năng đặc biệt giúp hoạt chất kém tan có sinh khả dụng cao hơn khi bào chế ở kích thước nano

Độ hòa tan kém của thuốc là một vấn đề lớn, làm giảm hấp thu và sinh khả dụng đường uống Ngày nay có một tỉ lệ lớn các hợp chất trong phát triển thuốc thể hiện khả năng hòa tan kém trong nước Do đó một trong những nhiệm vụ khó khăn nhất trong phát triển thuốc là cải thiện khả năng hòa tan để làm tăng sinh khả dụng của thuốc Các hạt nano thuốc có các tính năng nổi bật cho phép khắc phục các vấn đề về hòa tan, giúp tăng độ hòa tan bão hòa (Cs), tốc độ giải phóng dược chất và khả năng bám dính tế bào [33]

Nguyên lý cơ bản của các phương pháp micro hóa và nano hóa dựa trên sự gia tăng diện tích bề mặt tiếp xúc dẫn đến tăng cường tốc độ giải phóng dược chất theo phương trình Noyes – Whitney Tốc độ giải phóng dược chất chất tăng làm tăng độ hòa tan của thuốc trong nước [24, 33, 34]

1.2.2.1 Tăng độ hòa tan bão hòa ( Cs )

Nói chung, độ hòa tan bão hòa là hằng số đặc trưng của hợp chất, phụ thuộc vào tính chất lý hóa, môi trường hòa tan và nhiệt độ Tuy nhiên, định nghĩa này chỉ có giá trị

Trang 17

khi kích thước trong phạm vi micromet Độ hòa tan bão hòa tăng khi giảm kích thước xuống dưới 1000 nm Hiện tượng này được giải thích bằng phương trình Kelvin và Ostwald Mitch Freundlich [33]

Trong đó: P r là áp lực giải thể một hạt có bán kính r, P ∞ là áp lực giải thể một hạt

vô cùng lớn, Ɣ là sức căng bề mặt, R là hằng số khí, T là nhiệt độ tuyệt đối, r là bán kính của hạt, M rlà khối lượng phân tử, ρ là mật độ hạt

Phương trình Ostwald Mitch Freundlich

logC s

C α= 2 σV

2.303𝑅𝑇ρrTrong đó: Cs là độ hòa tan bão hòa, Cα là độ hòa tan chất rắn, σ là lực căng liên kết của chất, V là thể tích của vật liệu hạt, R là hằng số khí, T là nhiệt độ tuyệt đối, Ƿ là mật độ của vật rắn, r là bán kính của hạt

1.2.2.2 Tăng tốc độ hòa tan

Sự tăng tốc độ hòa tan của các hạt nano thuốc có thể được giải thích bằng phương

Trong đó: dX / dt là tốc độ giải phóng, D là hệ số khuếch tán, A là diện tích bề

mặt tiếp cúc, h D là khoảng cách khuếch tán, C s là độ hòa tan bão hòa, C t là nồng độ xung quanh các hạt

Việc giảm kích thước tiểu phân dẫn đến diện tích bề mặt tiếp xúc tăng, hơn nữa việc giảm kích thước cũng dẫn đến độ hòa tan bão hòa tăng lên, dẫn tới gradient nồng

độ ( Cs – Ct ) / hD tăng, theo phương trình Noyes – Whithey khi diện tích bề mặt tiếp xúc

và độ tan bão hòa của hợp chất tăng thì tốc độ hòa tan ( dX/dt) của hạt nano sẽ tăng Ngoài ra, khi độ tan bão hòa của dược chất tăng, sẽ làm tăng gradient nồng độ giữa ruột

Trang 18

và máu giúp cho việc thẩm thấu và hấp thụ dược chất được đẩy mạnh theo cơ chế khuếch tán thụ động [18, 33, 34]

Rachmat Mauludin đã phát triển nano rutin bằng phương pháp đồng nhất ở áp suất cao Họ phát hiện, tốc độ hòa tan của viên nén chứa nano rutin vượt trội hơn so với các viên nén rutin trên thị trường Điều này giúp tăng sinh khả dụng của hoạt chất rutin kém tan [27]

1.2.2.3 Tăng khả năng bám dính tế bào

So với các vi hạt, hạt nano thuốc có khả năng bám dính lên bề màng tế bào tăng

rõ rệt Sự bám dính tăng do diện tích bề mặt tiếp xúc tăng Điều này giúp cải thiện sự hấp thu của thuốc qua đường uống [33]

1.2.3 Các phương pháp bào chế Nano thuốc

Kỹ thuật sản xuất nano thuốc có thể chia làm 3 phương pháp: top – down, bottom – up và kết hợp Các quá trình từ trên xuống là các quá trình cơ lý liên quan đến việc phá

vỡ các hạt lớn hơn bằng cách nghiền hoặc đồng nhất hóa, trong khi các quá trình từ dưới lên là các quá trình hóa lý liên quan đến các nguyên tắc tự tổ chức ở cấp nguyên tử, phân

tử hoặc tổ hợp dựa trên nguyên tắc kết tủa Các phương pháp kết hợp, kết hợp phương pháp top – down với bottom – up [28, 33]

Hình 1.2 Hai kỹ thuật cơ bản trong sản xuất nano thuốc

Trang 19

Tổng quan về các thuốc đường uống bào chế ở dạng nano bằng các phương pháp khác nhau trên thị trường hiện nay và các nghiên cứu dược phẩm được trình bày trong bảng 1.2 [33]:

Bảng 1.2: Tổng quan về các thuốc đường uống bào chế ở dạng nano trên thị

trường hiện nay và các nghiên cứu dược phẩm

pháp

Dạng bào chế

Thương mại hóa

Wyeth

Ức chế miễn dịch

Nghiền bi Viên nén Bán trên

thị trường

Merck

Thuốc chống nôn

Nghiền bi Viên nang Bán trên

thị trường

cholesterol máu

Đồng nhất

ở áp suất cao

Viên nén Bán trên

thị trường

Megestrol

acetate

Megace ® ES / Par Pharmaceutical

Thuốc kích thích thèm

ăn

Nghiền bi Hỗn dịch

uống

Bán trên thị trường

Novartis

Thuốc chống nấm

Phản ứng đồng kết tủa

Viên nén Bán trên

thị trường

chống nôn

Viên nang Bán trên

thị trường

Trang 20

kháng estrogen

Hỗn dịch nano

invivo trên chó

kháng tiểu cầu và giãn mạch máu

Nghiền bi Hỗn dịch

nano

Thử nghiệm invivo trên chó

Hỗn dịch nano

Invivo trên lợn

áp suất cao

Hỗn dịch nano

Thử nghiệm invivo trên chó

1.2.3.1 Bottom – up

Phương pháp này còn được gọi là phương pháp kết tủa khi thay đổi dung môi, các phân tử được tạo thành ở dạng tinh thể hoặc vô định hình thường được áp dụng trong quá trình sản xuất nguyên liệu, đặc biệt là các nguyên liệu siêu mịn (micro, nano) Trong phương pháp này, dược chất được hòa tan hoàn toàn vào một dung môi thích hợp, sau

đó thêm một dung môi khác có thể hòa lẫn với dung môi trên nhưng không hòa tan dược chất, dược chất sẽ kết tủa lại [7, 33]

Kích thước tiểu phân thu được phụ thuộc vào một số yếu tố:

- Thành phần và nồng độ dung dịch [7]

Trang 21

- Tốc độ thêm dung môi thứ hai [7]

- Tốc độ khuấy trộn, thường phải khuấy ở tốc độ cao [7]

- Nhiệt độ cũng là một yếu tố ảnh hưởng, nếu ở nhiệt độ thấp quá trình kết tủa diễn

ra nhanh hơn [7]

- Cần kiểm soát cấu trúc hạt và tránh sự phát triển của các hạt đến phạm vi kích thước micromet bằng cách kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng chẳng hạn như thêm chất ổn định (các chất hoạt động bề mặt ) [33]

Phương pháp bottom-up khác: siêu âm, phương pháp kết tủa có kiểm soát trọng lực Nhược điểm cơ bản của các phương pháp này là cần loại bỏ dung môi hữu cơ sử dụng dẫn tới chi phí sản xuất cao, đặc biệt trong trường hợp dược chất hòa tan trong dung môi hữu cơ, ít hòa tan trong nước cần thể tích dung môi hữu cơ lớn Do đó, trong công nghiệp dược phẩm, các phương pháp bottom-up không được sử dụng để sản xuất thuốc bán trên thị trường [33]

1.2.3.2 Top-down

Phương pháp top-down bắt đầu từ các tiểu phân chất rắn kích thước lớn (micromet) và đi xuống kích thước nhỏ (nanomet) bằng cách tác động một lực cơ học như quá trình xay nghiền hoặc đồng nhất hóa [33]

Đối với phương pháp nghiền bi, trong sản xuất nano thuốc, chỉ áp dụng phương pháp nghiền ướt, còn phương pháp nghiền khô không hiệu quả để đạt kích thước trong phạm vi nanomet [33] Nghiền ướt là phương pháp mà dược chất được phân tán trong môi trường lỏng chứa chất hoạt động bề mặt và chất ổn định với tỉ lệ nhất định Các viên bi có kích thước khác nhau được làm bằng gốm sứ, thép không gỉ, thủy tinh hoặc nhựa polystyrene được sử dụng làm vật liệu phay, tác dụng lực làm vỡ các tiểu phân Phương pháp này là phương pháp quan trọng trong giảm kích thước tiểu phân được sử dụng để sản xuất 4 loại thuốc được FDA phê chuẩn là Rapamune, Emend, Tricor, Megace [33]

Đối với phương pháp đồng nhất hóa gồm hai công nghệ chính là đồng nhất áp suất cao và đồng nhất tốc độ cao [5] Phương pháp đồng nhất hóa ở áp suất cao là một

kỹ thuật đơn giản để sản xuất tiểu phân nano Tối ưu hóa các tham số của quy trình để thu được tiểu phân nano nhỏ nhất với hiệu suất cao [33] Phương pháp này sử dụng thiết

Trang 22

bị đồng nhất hóa áp suất cao, hệ phân tán thô khi đi qua buồng tạo áp suất cao, các tiểu phân trương phồng va chạm sẽ vỡ tạo nên hệ tiểu phân nano

1.2.3.3 Kết hợp

Trong thực tế, điều chế tiểu phân nano thường kết hợp giữa top – down và bottom – up, đặc biệt là trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn để tăng năng suất hoặc thu được các tiểu phân nano có kích thước dưới 100 nm Phương pháp nghiền bi hay đồng nhất hóa ở áp suất cao đơn thuần khó tạo ra được tiểu phân nano với kích thước như vậy [33]

Sự kết hợp này thường được bắt đầu bằng bước tiền xử lý bằng phương pháp bottom – up để tạo hệ tiểu phân thô, sau đó sử dụng phương pháp top – down với năng lượng cao để thu được tiểu phân nano thuốc [33]

1.3 Tổng quan kỹ thuật nghiền bi

1.3.1 Khái niệm kỹ thuật nghiền bi

Kỹ thuật nghiền bi là quá trình tác động một lực cơ học từ các viên bi, bóng được chế tạo từ các vật liệu bền chắc như thép không gỉ hoặc sứ để phá vỡ các tiểu phân thô thành các tiểu phân mịn hơn và được coi là phương pháp tiếp cận từ trên xuống (top – down) hàng đầu trong sản xuất hạt mịn [7, 33], với mức năng lượng thấp hơn nhiều so với kỹ thuật đồng nhất [34]

Nghiền bi làm giảm kích thước và thay đổi sự phân bố kích thước tiểu phân Các tính chất này có thể được đo bằng kỹ thuật tán xạ ánh sáng như quang phổ photon hay nhiễu xạ laser Kích thước nhỏ, diện tích bề mặt tiếp xúc tăng Theo phương trình Noyes – Whitney, diện tích bề mặt tiếp xúc tăng làm tăng tốc độ hòa tan của dược chất Đồng thời, theo phương trình Kelvin và Ostwald Mitch Freundlich kích thước tiểu phân giảm làm tăng độ hòa tan bão hòa của dược chất [33]

Ngoài kích thước, nghiền bi cũng làm thay đổi độ nhám bề mặt và hình dạng của các tiểu phân Các yếu tố hình dạng hạt có liên quan chặt chẽ đến khả năng hòa tan, độ hòa tan và sinh khả dụng của dược chất [33]

Khi nguyên liệu được nghiền càng mịn, thì hiệu suất quá trình càng giảm [7], khi việc giảm kích thước hạt đã đạt tới ngưỡng tới hạn, việc tiếp tục chuyển năng lượng cơ học từ máy nghiền sang tiểu phân có thể gây ra sự vô định hình của thuốc [33]

Trang 23

1.3.3 Các lực tác động làm giảm kích thước tiểu phân

Các loại lực tác động để nghiền mịn khác nhau khi tốc độ quay của thùng khác nhau:

- Tại tốc độ thấp, các bi lăn trên nhau và mài mòn sẽ là cơ chế chính làm giảm kích thước tiểu phân

- Khi tốc độ quay cao hơn, các viên bi sẽ bị đổ rơi xuống khi bị đưa lên vị trí tới hạn, khi đó lực va chạm do bị rơi tự do, trở thành một cơ chế nữa để làm gãy vỡ tiểu phân

- Tại tốc độ quá cao, các viên bi sẽ bị lực ly tâm ép vào thành, vì thế không có quá trình va đập hay mài mòn xảy ra, và hiệu suất quá trình sẽ giảm nhanh chóng [7]

1.3.2 Thiết bị nghiền bi:

- Có thể duy trì được trạng thái vô khuẩn của nguyên liệu

Tuy nhiên thiết bị này có nhược điểm là thời gian nghiền kéo dài và vì thế dễ làm tăng tạp trong nguyên liệu [7], gây nóng thiết bị và dược chất, đồng thời trong quá trình

Trang 24

nghiền, các viên bi có thể bị mài mòn do va chạm với buồng nghiền khiến dược chất có thể bị lẫn tạp [36]

Thiết bị nghiền bi có cấu tạo gồm một thùng chứa hình trụ quay, một nửa được nạp các viên bi có kích thước khác nhau (bi nhỏ có hiệu suất nghiền cao do diện tích bề mặt tiếp xúc lớn ) được chế tạo từ kim loại hoặc sứ [7] Tốc độ quay của buồng bằng 50 – 80 % tốc độ tới hạn (tốc độ tới hạn được định nghĩa là tốc độ mà tại đó các viên bi ngừng chảy do lực ly tâm) [33]

1.3.4 Phân loại

1.3.4.1 Kỹ thuật nghiền khô

Kỹ thuật nghiền khô là kỹ thuật mà vật liệu cần làm nhỏ kích thước được nghiền

ở thể khô [7], thường chỉ gồm dược chất và bi

Kích thước tiểu phân thu được trong giới hạn micromet, việc giảm kích thước tiểu phân xuống phạm vi micromet không đủ để tăng độ hòa tan và khả năng hấp thu của dược chất qua đường uống [33]

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nghiền khô: tốc độ quay; kích thước, mật độ,

độ cứng của bi; độ bền cơ học của tiểu phân chất rắn, lượng chất rắn đem đi nghiền

1.3.4.2 Kỹ thuật nghiền ướt

Kỹ thuật nghiền ướt là kỹ thuật mà vật liệu cần làm nhỏ kích thước được phân tán trong môi trường lỏng chứa tỉ lệ chất diện hoạt và polyme thân nước nhất định [7] Với nồng độ dược chất dao động từ 5 – 40%, nồng độ polyme dao động từ 1 – 10% và nồng

độ của chất diện hoạt thường < 1% Nếu cần, có thể bổ sung thêm hệ đệm, muối để tăng cường sự ổn định của hỗn hợp [23]

Các vi hạt hoặc hạt nano được sản xuất từ kỹ thuật nghiền bi có diện tích bề mặt lớn, năng lượng tự do lớn làm giảm sự ổn định nhiệt động học Những yếu tố này thúc đẩy sự kết tụ hạt Trong thực tế người ta cho rằng, với các tiểu phân có kích thước nhỏ hơn 30µm bị kết tụ do lực van der wall và lực tĩnh điện Các thuốc kị nước và có kích thước nhỏ rất dễ bị kết tụ, do đó nếu quá trình nghiền kéo dài sẽ dẫn tới kết tụ và làm giảm hiệu quả quá trình theo thời gian [33]

Trang 25

Trong kỹ thuật nghiền ướt, tiểu phân chất rắn lơ lửng trong môi trường lỏng, lực hút tĩnh điện có thể làm chúng kết tụ với nhau Vì vậy cần phải phối hợp dược chất với một số tá dược để giảm thiểu sự kết tụ Các tá dược này không độc hại và có vai trò như

là chất mang và hoặc chất ổn định trong quá trình nghiền [32] Các polyme: HPC, HPMC, PVP K30 pluronics ( F68 và F127), các chất diện hoạt: Tween 80, NaLS, SDS

là các chất được sử dụng phổ biến trong nghiền ướt [23]

Kỹ thuật nghiền ướt cho phép sản xuất các tiểu phân có kích thước nanomet (< 1µm) Các tiểu phân nano vượt trội hơn đáng kể so với vi hạt trong việc tăng cường khả năng hòa tan dược chất Kỹ thuật nghiền ướt được sử dụng phổ biến nhất trong sản xuất tiểu phân nano thuốc Trong thập kỷ vừa qua, kỹ thuật này đã trở thành tâm điểm nghiên cứu vì có thể dễ dàng mở rộng quy mô công nghiệp, đơn giản và đặc biệt có lợi ích kinh

hệ phân tán hoặc nhũ tương Sản phẩm khô thu được có thể là bột, hạt hoặc khối kết tụ, phụ thuộc vào tính chất lý hóa của nguyên liệu đầu vào [16, 36]

1.4.2 Ưu nhược điểm của phun sấy

Trang 26

được thực hiện nhanh chóng và trong thời gian rất ngắn, từ 5 đến 30 giây khi phun ra các giọt có đường kính từ 10 – 200 µm [32]

- Quá trình phun sấy được thực hiện liên tục, năng suất sản phẩm cao nên thích hợp khi triển khai ở quy mô công nghiệp

- Tính chất và chất lượng sản phẩm được kiểm soát hiệu quả hơn do sản phẩm phun sấy có kích thước nhỏ, tương đối đồng đều và phần lớn có dạng hình cầu

- Thích hợp với các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt (thực phẩm, sản phẩm sinh học, dược phẩm ) [16]

1.4.2.2 Nhược điểm

- Không áp dụng với dược chất có khối lượng riêng quá lớn

- Vốn đầu tư ban đầu cao

- Thu hồi lại sản phẩm và thu gom bụi làm tăng chi phí của quá trình

- Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng

1.4.3 Thiết bị phun sấy và nguyên lý của quá trình phun sấy

Thiết bị phun sấy thường bao gồm bơm cấp dịch phun, đầu phun, hệ thống gia nhiệt, phân tán khí vào, buồng phun, hệ thống làm sạch khí thải và thu hồi sản phẩm Trong đó, kiểu phun dịch là “chìa khóa” của kỹ thuật phun sấy, do nó quyết định kích thước giọt phun nên ảnh hưởng đến kích thước của sản phẩm cuối cùng và động học của quá trình Phun dịch thường được thực hiện bởi đĩa phun ly tâm, vòi phun áp lực và vòi phun khí nén Trong đó, loại phổ biến nhất là đĩa phun ly tâm và vòi phun áp lực đơn dòng [16]

Trang 27

Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị phun sấy

2 Caloriphe 6 Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí thoát ra

3 Thùng chứa nguyên liệu cần sấy 7 Cyclon vận chuyển sản phẩm

4 Bơm nguyên liệu 8 Hệ thống quạt hút và màng lọc

Thiết bị hoạt động theo nguyên lý: Phun một dung dịch hoặc hỗn dịch các nguyên liệu dưới dạng sương mù hoặc giọt nhỏ để bốc hơi trong một luồng không khí nóng, các giọt nhỏ được sấy khô ngay lập tức thành các tiểu phân hình cầu Kích thước các tiểu phân phụ thuộc vào kích thước vòi phun, tốc độ phun và nồng độ dung dịch (hỗn dịch) Các tiểu phân sẽ được tách khỏi hỗn hợp bằng cách thổi qua các cyclon [7]

1.4.4 Một số thông số quan trọng của phun sấy

- Nhiệt độ khí vào: Nhiệt độ khí vào cao làm quá trình bốc hơi dung môi nhanh hơn, nhưng có thể thay đổi tính chất vật lý của tiểu phân dược chất và độ ổn định đối với các hoạt chất nhạy cảm với nhiệt [27]

- Nồng độ chất rắn trong dịch phun: Nồng độ cao giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình phun sấy Nồng độ thấp tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình Thực tế nồng độ vào khoảng: 45 – 52% [9]

Trang 28

- Các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình phun sấy là tốc độ bơm đưa dòng nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy, cấu tạo

và kích thước buồng sấy [9]

1.5 Một số nghiên cứu bào chế nano rutin

1.5.1 Một số nghiên cứu bào chế nano rutin trên thế giới

Bảng 1.3 Một số nghiên cứu bào chế nano rutin trên thế giới

công thức

Phương pháp

1 Development of

an oral rutin nanocrytal formualation

10% Rutin : 0,2% Natri Dodecyl Sulfat trong nước

Đồng nhất hóa ở áp suất cao

Kích thước tiểu phân rutin thu được là 727 nm với PDI là 0,265

[27]

2 Rutin –

Increased Antioxidant Activity and Skin Penentration by Nanocrystal Technology

18% Rutin, 2%

polysorbate 80 , 1% PE 9010 và nước vừa đủ 100%

Kết hợp nghiền ướt với đồng nhất hóa ở

áp suất cao

Kích thước tiểu phân nano rutin

là 240 nm với PDI là 0,215

Kích thước hạt tăng nhẹ sau 6 tháng bảo quản ở

25 oC ± 2 oC, tăng lên 318 nm

[20]

3 Nanocrystals for

use in topical cosmetic formulations and method of

Hỗn dịch gồm:

18% rutin, 2%

polysorbate 80 , 1% PE 9010 và nước vừa đủ 100% đem

Kết hợp nghiền ướt với đồng nhất áp suất cao

KTTP rutin trung bình thu được sau nghiền ướt 1005

nm, sau đồng nhất áp suất cao

là 640 nm

[29]

Trang 29

production thereof

nghiền ướt Sau

đó hỗn dịch được pha loãng đến nồng độ 5%

rutin, 2%

polysorbate 80, 5% glycerol 85,0% và 1% PE

9010 để đồng nhất hóa

4 Kinetic

solubility and dissolution velocity of rutin nanocrystals

- Hỗn dịch A:

10% rutin, 2%

Polyxame 188, 88% nước

áp suất

1500 bar

Sau đó loại

bỏ dung môi bằng đông khô hoặc phun sấy

Nghiền ướt - Kích thước hạt

thu được ở quy

[21]

Trang 30

Poorly Soluble

Plant

Compounds Using an Ultra-Small-Scale Approach

nhỏ: 5mg rutin, 2,5mg SDS trong 0,5ml nước

- Quy mô phòng thí nghiệm thông thường:

50mg rutin, 25

mg SDS trong 5ml nước

mô phòng thí nghiệm siêu nhỏ

là 438 nm

- Kích thước hạt thu được ở quy

mô phòng thí nghiệm thông thường là 508 nm

1.5.2 Một số nghiên cứu bào chế nano rutin tại Việt Nam

Bảng 1.4 Một số nghiên cứu bào chế nano rutin tại Việt Nam

1 Nghiên cứu bào

chế hệ tiểu phân Nano Rutin

Tạo nhũ tương và đồng nhất hóa

Kích thước và dãy phân bố kích thước hạt

từ 66,6 nm đến 339,3 nm

[12]

2 Nghiên cứu tạo

hệ Nano từ Rutin

- Công thứ 1:

5% rutin, 0,1%

PEG 400, nước vừa đủ 100%

220 nm

- Công thức 2:

kích thước tiểu phân là 995

nm

[3]

Trang 31

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Bào chế được nano rutin bằng kỹ thuật nghiền bi

- Đánh giá một số đặc tính của tiểu phân nano rutin bào chế được

2.1.2 Nội dung nghiên cứu

- Định lượng rutin bằng phương pháp đo quang phổ hấp thụ UV – VIS

- Khảo sát độ tan bão hòa của rutin trong nước, tốc độ hòa tan của rutin trong môi trường nước và môi trường pH 6,8

- Bào chế nano rutin bằng phương pháp nghiền ướt và đánh giá một số đặc tính của hỗn dịch nano rutin như: KTTP, PDI và thế zeta

- Chuyển hỗn dịch nano rutin về dạng bột bằng phương pháp phun sấy và đánh giá một số đặc tính của bột phun sấy

2.2 Hóa chất, thiết bị và đối tượng nghiên cứu

2.2.1 Nguyên liệu, hóa chất

Bảng 2.1 Nguyên liệu, hóa chất nghiên cứu

1 Hydroxypropyl Methylcellulose E15 Trung Quốc NSX

2 Hydroxypropyl Methylcellulose K4M Trung Quốc NSX

3 Hydroxypropyl Methylcellulose E6 Trung Quốc NSX

Trang 32

11 Natri Carboxymethyl Cellulose Trung Quốc NSX

2.2.2 Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu

Thiết bị

- Cân kỹ thuật Shimadzu UX4200H (Nhật Bản)

- Máy đo quang UV-2600 Shimadzu (Nhật Bản)

- Hệ thống thiết bị phân tích kích thước thế zeta Horiba SZ100 (Nhật Bản)

- Máy nghiền bi SFM-1 (Mỹ)

- Máy phun sấy EYELA SPRAY DRYER SD 1010 (Nhật Bản)

- Tủ sấy Binder ( Đức )

- Cân phân tích AY 129, Shimadzu (Nhật Bản)

- Máy đo độ hòa tan ( Dissolution system ) (Ấn Độ)

- Máy đo tỉ trọng ERWEKA (Đức)

- Máy đo hàm ẩm MB45 (Switzerland)

- Máy phân tích nhiệt vi sai quét DSC LINSEIS (Đức)

Dụng cụ

- Cốc thủy tinh, đũa thủy tinh, ống đong, ống nghiệm, bình định mức

- Pipet, pipet bầu, micro pipet

2.2.3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: nano rutin

Trang 33

2.3.Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Định lượng rutin bằng phương pháp đo quang

Phương pháp định lượng rutin bằng phương pháp đo quang được tham khảo và xây dựng lại theo nghiên cứu của Malay và các cộng sự [14]

Tìm bước sóng hấp thụ cực đại

Cân chính xác khoảng 25 mg rutin chuẩn, hòa tan vào vừa đủ 100 ml methanol Lấy 10 ml dung dịch trên cho vào bình định mức 100 ml, thêm methanol tới vạch, thu được dung dịch A có nồng độ 25 mg/L Tiến hành quét độ hấp thụ quang của dung dịch

A ở dải bước sóng từ 800 - 200 nm Từ đó xác định được bước sóng hấp thụ cực đại của rutin dựa vào hình ảnh quang phổ

Dựng đường chuẩn

- Mẫu chuẩn: Từ dung dịch A ở trên, pha loãng với methanol thành các dung dịch

có nồng độ chính xác khoảng lần lượt là 5,03 mg/L; 10,06 mg/L; 12,58 mg/L; 15,10 mg/L; 20,13 mg/L Đo độ hấp thụ quang của các mẫu với mẫu trắng là methanol ở cực đại Xây dựng đường chuẩn và phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa độ hấp thụ và nồng độ rutin để tính toán

Mẫu trắng: Dung dịch methanol

- Mẫu thử: Mẫu thử đem lọc qua màng cellulose acetat 0,45 μm, đem pha loãng bằng methanol ở tỷ lệ nhất định để được nồng độ dung dịch thử trong khoảng 5 đến 20 mg/L Đo độ hấp thụ quang của mẫu thử ở bước sóng cực đại

2.3.2 Xác định độ tan bão hòa trong nước, tốc độ hòa tan của nano rutin và rutin nguyên liệu trong các môi trường

Độ hòa tan bão hòa

Phân tán một lượng rutin nguyên liệu hoặc nano rutin dư trong 20 ml nước cất trong cốc có mỏ bọc kín, khuấy từ ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ Lọc dịch lọc qua màng lọc cellulose acetat 0,45 μm Pha loãng dung dịch bằng nước đến nồng độ phù hợp Sau

đó đem đo độ hấp thụ quang ở bước sóng cực đại

Tốc độ hòa tan trong các môi trường

Chuẩn bị

Định dạng
Số trang	67
Dung lượng	1,76 MB