Trong những năm gần đây, những tiến bộ trong lĩnh vực công nghệ vi lưu được ứng dụng nhiều trong công nghệ dược phẩm để bào chế một số hệ mang thuốc nano do kỹ thuật này có thể điều khiển được các thông số dòng chảy tạo ra chất mang thuốc nano. Trong nghiên cứu này, vi kênh 2D gồm bộ phận trộn có cấu trúc xương cá được thiết kế để bào chế tiểu phân nano polymer trắng có cấu tạo từ Eudragit RS.
Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VI LƯU ĐỂ BÀO CHẾ TIỂU PHÂN NANO POLYME Trần Thị Hải Yến*, Đặng Thùy Linh*, Vũ Thị Thu**, Lý Cơng Thành*, Hồng Thục Oanh*, Phạm Thị Minh Huệ* TÓMTẮT Đặt vấn đề: Trong năm gần đây, tiến lĩnh vực công nghệ vi lưu ứng dụng nhiều công nghệ dược phẩm để bào chế số hệ mang thuốc nano kỹ thuật điều khiển thơng số dòng chảy tạo chất mang thuốc nano Trong nghiên cứu này, vi kênh 2D gồm phận trộn có cấu trúc xương cá thiết kế để bào chế tiểu phân nano polymer trắng có cấu tạo từ Eudragit RS Phương pháp nghiên cứu: Vi kênh chế tạo từ poly(dimethylsiloxane) phương pháp khắc laze đổ khuôn Tiêu phân nano polyme bào chế phương pháp vi lưu kênh chế tạo có khảo sát thay đổi thơng số tốc độ dòng chảy Kết quả: Kích thước tiểu phân nanopolyme bào chế có kích thước khoảng 100 – 140 d.nm không thay đổi tăng tổng tốc độ dòng chảy Tuy nhiên tăng tỉ lệ pha nước: pha dung mơi kích thước tiểu phân PDI giảm Kết luận: Đã thiết kế chế tạo chế kênh vi lưu ứng dụng kênh vi lưu để bào chế tiểu phân nano polymecó KTTP nhỏ khoảng phân bố kích thước hẹp Từ khóa: kỹ thuật vi lưu, tiểu phân nano polymer, tỉ lệ tốc độ dòng chảy (FRR), tổng tốc độ dòng chảy (TFR) ABSTRACT PREPARATION OF POLYMER NANOPARTICLES BY MICROFLUIDIC TECHNOLOGY Tran Thi Hai Yen, Dang Thuy Linh, Vu Thi Thu, Ly Cong Thanh, Hoang Thuc Oanh, Pham Thi Minh Hue * Ho Chi Minh City Journal of Medicine * Supplement of Vol 23 - No 2- 2019: 698-706 Introduction: In recent years, microfluidic technologies have used in pharmaceutical field for the implementation of nanomaterial production processes owing to the miniaturization of the fluidic environment and controllability of nanomaterials characteristics The aim of this study is design a 2D microfluidic channel including a staggered herringbone micromixer for preparing polymer nanoparticles, consist of Eudragit RS 100 Methods: Microchanel was conducted by lazer engraving and molding of poly(dimethylsiloxane) Polymer nanoparticles were prepared by microfluidic method when velocity of fluids was varied Results: The polymer nanoparticles’ sizes were approximately 100 to 140 nm and did not change significantly when the total flow rate or the flow rate ratio was varied However, increasing in the aqueous: solvent phases ratio reduced the particle’s size and polydispersity Conclusion: Microfluidic channel was designed and conducted to use in preparing of polymer * Trường Đại học Dược Hà Nội Trường Đại học Khoa học Công nghệ Hà Nội Tác giả liên lạc: TS Trần Thị Hải Yến ĐT: 0983674774 ** 698 Email: tranyen82@gmail.com Chuyên Đề Dược Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 Nghiên cứu Y học nanoparticles, which had small average size and narrow distribution range Key words: microfluidic, polymer nanoparticles, flow rate ratio (FRR), total flow rate (TFR) ĐẶTVẤNĐỀ Công nghệ nano bào chế dạng thuốc ứng dụng phát triển mạnh mẽ ngành Dược phẩm giới Các hệ tiểu phân nano thể ưu vượt trội, dùng làm giá mang để đưa dược chất vào thể nhằm cải thiện sinh khả dụng, đưa thuốc tới đích, làm tăng hiệu điều trị Tuy nhiên, số phương pháp áp dụng để bào chế tiểu phân nano polymer gặp vấn đề đồng lô mẻ, nâng cấp quy mơ phòng thí nghiệm lên quy mơ sản xuất Đặc biệt với tiểu phân nano polyme kích thước xác định sau bào chế, việc xử lí khó giảm đồng kích thước hạt Kỹ thuật vi lưu cơng nghệ vận dụng chuyển động dòng chất lỏng vi kênh, tạo trình hòa trộn nhanh có kiểm sốt, mơi trường phản ứng đồng Do công nghệ hấp dẫn ứng dụng nhiều lĩnh vực Trong bào chế, việc kiểm soát tinh tế thông số chip vi lưu điều kiện dòng chảy điều kiện trộn áp dụng để bào chế tiểu phân nano, tạo nên hạt có kích thước nhỏ đồng mà khơng u cầu bước xử lý sau Do nghiên cứu tiến hành với mục tiêu thiết kế chế tạo kênh vi lưu để bước đầu ứng dụng bào chế tiểu phân nano polymer Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu Nguyên liệu thiết bị Eudragit RS 100 mua Evonik, Đức; ethanol tuyệt đối, isopropanol, aceton có xuất xứ Trung Quốc; nước tinh khiết điều chế phòng thí nghiệm Việt Nam; keo dán epoxy A, keo dán epoxy B có xuất xứ Việt Nam; poly(dimethylsiloxane)-PDMS, chất đóng rắn SYLGARD 184 Silicons Elastomer có xuất xứ USA Chuyên Đề Dược Các thiết bị sử dụng nghiên cứu: hệ thống cất quay Rovapor R – 210 (Đức); bình cầu NS 29/32 dung tích 250 ml (Đức); bể siêu âm Wiseclean (Đức); máy khuấy từ gia nhiệt WiseStir® (Đức); hệ thống phân tích kích thước Zetasizer nano ZS90 (Anh); hệ thống sấy chân không LABTECH (Hàn Quốc); hệ thống kính hiển vi kết nối camera; bơm vi lưu Syringe pump R99 (Hoa Kì); hệ thống plasma áp suất thấp DIENER ELECTRONIC PCCE (Đức); cân phân tích Satorius BP121S; kim tiêm 10ml/cc; đầu kim 23G x 1” (Việt Nam); lam kính x inch (Đức); mica suốt (Trung Quốc) Phương pháp thiết kế kênh vi lưu Tham khảo mơ hình thiết kế vi lưu S Joshi cộng (2016)(4), tiến hành thiết kế 2D kênh vi lưu phần mềm CorelDRAW X7 với thơng số kỹ thuật: cấu trúc hình chữ Y, nằm gọn khn hình chữ nhật có kích thước 3x1inch; đầu vào đầu có đường kính 2mm; góc đường dẫn pha nước pha dung mơi 60o; chiều rộng lòng kênh 500 m; chiều sâu lòng kênh 300 m; cấu trúc trộn gồm chu kì sóng, đường sóng thiết kế trộn xương cá so le, tổng cộng chu kì xương cá so le cấu trúc trộn với thông số kích thước xương cá cụ thể: chiều rộng (wg) 100 m, khoảng cách xương cá (p) 200 m, góc tạo cạnh xương cá ( ) 90o, góc tạo xương cá cạnh dài kênh ( ) 45o, chiều sâu rãnh xương cá 150 m Phương pháp chế tạo kênh vi lưu Khắc lase theo mẫu thiết kế vật liệu mica để tạo khuôn âm mica Khuôn dương epoxy làm cách trộn keo epoxy A keo epoxy B tỉ lệ 7:3 v/v Đổ khuôn hỗn hợp lên khuôn mica Sau 8h, epoxy đơng rắn hồn tồn, tách lớp epoxy khỏi khuôn mica thu khuôn dương epoxy Tạo khn PDMS cách phối hợp PDMS chất đóng rắn tỉ lệ 10:1 kl/kl, khuấy đều, loại hết 699 Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 bọt khí mơi trường chân khơng, sau đổ khuôn hỗn hợp lên khuôn epoxy, để đế nhiệt 65oC 4h, PDMS đơng rắn hồn tồn Tách lớp PDMS khỏi khuôn epoxy thu khuôn kênh PDMS Đục đầu vào đầu miếng PDMS Sau đó, PDMS gắn với lam kính sử dụng oxy plasma tiến hành phòng Đưa miếng PDMS lam kính vào buồng oxy plasma lượng 300W, thời gian plama 180s, đặt tiếp xúc PDMS lam kính sau lấy khỏi buồng plasma Đưa miếng vật liệu lên đế nhiệt 110oC 30 phút(9) Phương pháp đánh giá kích thước kênh sau chế tạo Đánh giá gián tiếp kích thước kênh PDMS qua kiểm tra kích thước khn mẫu mica đầu vào hệ thống kính hiển vi kết nối camera Điều chỉnh vật kính, tiêu cự phù hợp, hình ảnh đường dẫn kênh hiển thị rõ nét hình máy tính kết nối Sử dụng thước đo tích hợp phần mềm, ta kiểm tra kích thước dài rộng đường kênh vị trí Phương pháp bào chế tiểu phân nano polyme trắng Tiểu phân nano polyme trắng bào chế nguyên tắc kết tủa thay đổi dung môi kĩ thuật vi lưu(1,6) Pha nước sử dụng nước tinh khiết nhiệt độ 50oC Pha dung môi dung dịch Eudragit RS100 ethanol nồng độ 10 mg/ml Bơm pha dung môi pha nước vào bơm xi lanh dung tích 10ml, loại bọt khí xi lanh Lắp xi lanh vào bơm vi lưu (syringe pump), điều chỉnh tốc độ phù hợp Dòng chất lỏng sau tương tác dẫn qua dây dẫn polyme, sau cất quay áp suất giảm 50oC để loại hết dung môi hữu Lần lượt bố trí thí nghiệm để khảo sát ảnh hưởng tổng tốc độ dòng (TFR) tỉ lệ tốc độ dòng pha nước/pha dung mơi (FRR) đến hình thành tiểu phân nano polyme 700 Phương pháp đánh giá số đặc tính tiểu phân nano Hình thức hỗn dịch nano tạo thành hỗn dịch màu trắng đục, đồng nhất, khơng có tiểu phân kích thước lớn quan sát mắt thường Kích thước tiểu phân trung bình (KTTP trung bình) số đa phân tán (PDI): đánh giá phương pháp nhiễu xạ ánh sáng động (DLS) thiết bị đánh giá Zetasizer ZS90 (Anh) Phân tán hỗn dịch nano thu vào nước tinh khiết lọc qua màng 0,2 m cho số lượng photon phát giây (count rate) đạt giá trị 0,05) tổng vận tốc dòng chảy Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ tốc độ dòng pha nước/pha dung mơi (FRR) đến hình thành tiểu phân nano polyme khác giữ nguyên tỉ lệ tốc độ pha Bào chế mẫu nano polymetại tỉ lệ nước/pha dung môi không đổi 4:1 Như vậy, tốc độ dòng pha nước: pha hữu (FRR) lần ảnh hưởng TFR đến KTTP trung bình, PDI lượt 3:1, 4:1, 5:1, cố định thông số nồng không đáng kể kĩ thuật vi dòng chảy độ Eudragit RS 100 ethanol 10mg/ml, tập trung điều kiện thí nghiệm Đồ thị phân TFR= 8,3 l/s 11,1 l/s, nhiệt độ cất quay bố KTTP mẫu M2 M3 giống hệt nhau, dung môi 50oC Kết cho thấy KTTP trung bình PDI mẫu khác khơng có ý nghĩa hai đường cong phân bố kích thước trùng vào Các mẫu bào chế hỗn dịch Trong đó, phân bố kích thước tiểu màu trắng đục, đồng nhất, khơng có tiểu phân mẫu M1 có độ rộng peak lớn phân kích thước lớn quan sát mắt khơng đáng kể so với độ rộng peak mẫu thường KTTP trung bình PDI mẫu M2, M3 bào chế thể hình Chuyên Đề Dược 703 Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 Nghiên cứu Y học (B) (A) (D) (C) Hình 5: Đồ thị biểu diễn KTTP PDI mẫu nano polyme TFR = 8,3µl/s (A), TFR = 11,1 µl/s (C); Đồ thị phân bố kích thước tiểu phân mẫu TFR = 8,3µl/s (B) TFR = 11,1 µl/s (D) Kết cho thấy tổng tốc độ dòng 8,3 µl/s 11,1 µl/s tăng tỉ lệ tốc độ dòng pha nước/pha dung mơi KTTP trung bình khơng biến động (p>0,05) PDI khác có ý nghĩa thống kê (p