2.3.3.1. Bố trí thí nghiệm
Sử dụng phần mềm MODDE 8.0 (Umetrics Inc, USA) để thiết kế thí nghiệm cổ điển một cách ngẫu nhiên dựa trên nguyên tắc hợp tử tại tâm.
2.3.3.2. Phân tích và tối ưu hóa
Xác định các yếu tố ảnh hưởng và lựa chọn công thức bào chế tối ưu bằng phần mềm FormRules v2.0 và INForm v3.2 (Intelligensys Ltd, UK), dựa trên mô hình mạng neuron nhân tạo.
2.3.3.3. Chỉ số biểu diễn cho sự giống nhau f2 theo quy định của FDA
Khi so sánh giữa hai đồ thị độ hòa tan curcumin được bào chế theo công thức tối ưu và dự đoán, giá trị f2 được tính theo công thức:
Trong đó: t: số thứ tự điểm lấy mẫu. n: số điểm lấy mẫu.
Rt và Tt: % curcumin giải phóng tại thời điểm t từ viên nang theo dự đoán và từ viên nang bào chế được theo công thức tối ưu.
Hai đồ thị hòa tan được coi là tương tự nhau nếu f2 nằm trong khoảng 50-100. Giá trị f2 càng lớn, hai đồ thị càng giống nhau.
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Xác định công thức bào chế cơ bản
3.1.1. Lựa chọn nồng độ chất diện hoạt
Qua kết quả nghiên cứu của Phạm Văn Giang, khi nồng độ Tween 80 thấp thì khả năng gây thấm và phân tán thấp, hỗn dịch thu được có kích thước tiểu phân lớn và hệ số đa phân tán rộng. Khi sử dụng nồng độ cao Tween 80 có thể gây khó khăn cho quá trình phun sấy vì Tween 80 là chất lỏng không bay hơi.
Do vậy chúng tôi quyết định chọn Tween 80 khoảng nồng độ 5 - 15% (kl/kl).
3.1.2. Lựa chọn loại chất ổn định
Hệ tiểu phân nano được tạo thành có năng lượng tự do trên bề mặt cao hơn so với các tiểu phân kích thước lớn ban đầu, do đó hỗn dịch nano kém ổn định hơn so với hỗn dịch micro. Các tiểu phân nano có xu hướng nhanh chóng bị kết tụ lại với nhau. Vì vậy sự có mặt của các chất ổn định có thể làm giảm năng lượng bề mặt tiểu phân bằng cách hấp phụ trên bề mặt của chúng tạo thành lớp áo nước ngăn chặn quá trình kết tụ. Ngoài ra nó cũng hình thành rào cản về không gian hoặc hàng rào ion giúp ngăn chặn quá trình kết tụ Ostwald.
Với mục đích khảo sát ảnh hưởng của chất ổn định đến đặc tính tiểu phân curcumin, hỗn dịch nano curcumin sử dụng các chất ổn định Na CMC, PVP, PVA được bào chế theo phương pháp ở mục 2.3.1.1. Kết quả được trình bày ở bảng 1.
Bảng 2. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng một số chất ổn định đến đặc tính tiểu phân.
Mẫu Thành phần KTTP TB (nm) PDI Thế zeta (mV) Cur (g) Tw (g) PVP (g) Na CMC (g) PVA (g) Nước (ml) OD 1 1 0,1 - - - 25 - - -21 OD 2 1 0,1 0,5 - - 25 265,3 0,348 -19,9 OD 3 1 0,1 - 0,05 - 25 538,9 0,63 -39,5 OD 4 1 0,1 - - 0,5 25 247,2 0,264 -9,51
Nhận xét: Qua bảng 1 cho thấy:
- Về kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán, hai mẫu sử dụng PVP và PVA làm chất ổn định có kích thước nhỏ là 265,3 nm và 247,2 nm với hệ số đa phân
tán tương ứng là 0,348 và 0,264. Mẫu sử dụng Na CMC làm chất ổn định có kích thước lớn 538,9 nm và hệ số phân tán rộng 0,63. Mặc dù nồng độ thấp nhưng Na CMC có thể tạo môi trường có độ nhớt cao, cản trở quá trình đồng nhất hóa nên mẫu có kích thước lớn, hệ số đa phân tán cao.
- Về thế zeta, mẫu chứa Na CMC có điện thế thấp nhất là – 39,5 mV. Na CMC có vai trò ổn định qua 2 cơ chế: ổn định về mặt không gian do Na CMC là polyme thân nước bám lên bề mặt tiểu phân làm dày lớp Helmholtz ở trong; giảm thế zeta do tăng độ nhớt môi trường và sự bám dính các ion carboxylic (COO-) lên bề mặt tiểu phân nano curcumin tích điện âm [21].Nhưng curcumin có thể không ổn định trong môi trường kiềm nên trong nghiên cứu này không sử dụng Na CMC làm chất ổn định. Mẫu sử dụng PVP làm chất ổn định có thế zeta là – 19,9 mV nên có độ ổn định trung bình. Mẫu chứa PVA có độ ổn định thấp khi thế zeta là -9,51 mV.
Do đó, chúng tôi chọn PVP làm chất ổn định cho hỗn dịch nano curcumin.
Lựa chọn nồng độ chất ổn định
Tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ PVP đến đặc tính tiểu phân curcumin trong khối bột phun sấy. Kết quả được trình bày ở bảng 2, bảng 3.
Nhận xét:
Từ kết quả bảng 2 và 3 cho thấy nồng độ chất ổn định PVP ảnh hưởng đến độ hòa tan curcumin, ảnh hưởng không đáng kể đến kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán của tiểu phân nano curcumin trong bột phun sấy.
Bảng 3. Sự ảnh hưởng của PVP đến kích thước tiểu phân và hệ số đa phân tán của curcumin trong bột phun sấy.
Mẫu
Thành phần Điều kiện phun sấy
KTTP (nm) PDI Cur (g) TW 80 (g) PVP (g) Nước (ml) Vp (ml/phút) To (oC) PS 1 1 0,1 - 25 5 85 204,5 0,315 PS 2 1 0,1 0,1 25 5 85 242,7 0,388 PS 3 1 0,1 0,5 25 5 85 263,9 0,43 PS 4 1 0,1 1 25 5 85 271,7 0,478
Bảng 4. Sự ảnh hưởng của nồng độ PVP đến độ hòa tan curcumin trong bột phun sấy. Thời gian (phút) % Hòa tan PS 1 PS 2 PS 3 PS 4 0 0 0 0 0 10 46,53 58,54 63,45 74,67 20 58,27 71,45 74,26 89,38 30 65,64 78,13 83,49 95,33 40 68,29 82,58 86,23 98,54 50 70,34 85,22 87,00 100,57 60 71,45 86,49 89,36 100,31
Từ đó, chúng tôi quyết định chọn chất ổn định là PVP với khoảng nồng độ là 10 – 100% (kl/kl) so với dược chất. Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của tác giả Yen F. và cộng sự đã bào chế nano tinh thể curcumin [36].
3.2. Lựa chọn một số thông số trong quy trình bào chế.
3.2.1. Lựa chọn nhiệt độ khí vào
Dung môi của hỗn dịch nano curcumin trong nghiên cứu này là nước nên khi phun sấy ở nhiệt độ thấp (<60oC) thì quá trình bốc hơi diễn ra chậm, tiểu phân có hàm ẩm lớn, dính ngay tại buồng sấy và cyclon, ngược lại khi nhiệt độ quá cao có thể ảnh hưởng đến độ ổn định curcumin (> 180oC) và độ bền của thiết bị . Do vậy qua thực nghiệm lựa chọn khảo sát ở mức nhiệt độ đầu vào là 70 – 100oC.
3.2.2. Lựa chọn tỉ lệ thông gió
Tỉ lệ thông gió ảnh hưởng đến sự lưu thông khí trên toàn hệ thống. Thông thường tỉ lệ thông gió thấp, bột dính trong buồng sấy lớn hiệu suất giảm. Trong nghiên cứu này, chúng tôi chọn tỉ lệ thông gió ở máy phun sấy Buchi là 99%.
3.2.3. Lựa chọn tốc độ phun dịch.
Tốc độ phun dịch phù hợp với tỉ lệ thông gió và nhiệt độ. Nếu bơm chậm sẽ làm bột vận chuyển theo luồng gió sang bình hứng bị hút ngược lên theo khí thải dẫn đến hiệu suất thấp. Nếu bơm nhanh sản phẩm bị dính tại buồng sấy do không đủ thời gian tiếp
xúc với nhiệt giữa dịch phun và nhiệt độ trước khi sang bình hứng. Do tham khảo tài liệu, thực nghiệm lựa chọn tốc độ phun dịch là 1 – 5 ml/phút.
3.3. Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc về công thức và thông số quy trình bào chế đến đặc tính tiểu phân nano curcumin.
3.3.1. Thiết kế thí nghiệm.
Sau khi khảo sát sơ bộ, chúng tôi nhận thấy: nồng độ TW 80, nồng độ PVP, tốc độ phun dịch và nhiệt độ khí vào có ảnh hưởng tới các đặc tính tiểu phân nano curcumin. Vì vậy, chúng tôi chọn thông số trên là các biến đầu vào và tiến hành thiết kế thí nghiệm với công thức như sau:
Curcumin 1g
Tween 80 có thể thay đổi nồng độ từ 0,05 – 0,15 g Polyvinyl pyrolidon K-30 có thể thay đổi nồng độ từ 0,1 – 1 g
Nước cất vừa đủ 25 ml
Được bào chế theo quy trình được trình bày ở mục 2.3.1.1., cố định thời gian nghiền bi 60 phút với tần số là 25 Hz với các điều kiện phun sấy thay đổi như sau:
Nhiệt độ khí vào có thể thay đổi từ 70-100oC. Tỉ lệ thông gió: 99% Tốc độ phun dịch có thể thay đổi từ 1-5 ml/phút.
3.3.1.1. Các biến độc lập.
Các biến đầu vào được lựa chọn ở bảng 4.
Bảng 5. Kí hiệu và các mức của biến độc lập
Tên biến định lượng Kí hiệu Đơn vị Mức
dưới (-1) Mức cơ bản (0) Mức trên (1) Tỉ lệ Tween80/curcumin TWE/CUR - 0,05 0,10 0.15 Tỉ lệ PVP K30/curcumin PVP/CUR - 0,10 0,55 1 Nhiệt độ khí vào To oC 70 85 100 Tốc độ phun dịch Vp ml/phút 1 3 5
3.3.1.2. Các biến phụ thuộc
Với mục tiêu bào chế nano tinh thể curcumin với kích thước nhở cỡ nanomet, hệ số đa phân tán thấp và cải thiện độ hòa tan, các biến phụ thuộc được chọn và yêu cầu của chúng được trình bày ở bảng 5.
Bảng 6. Kí hiệu và các mức của biến phụ thuộc
Biến phụ thuộc Kí hiệu Đơn vị Yêu cầu
Hiệu suất H % % > 50
Kích thước tiểu phân trung bình KTTP TB nm < 350
Hệ số đa phân tán PDI - < 0,5
% Curcumin hòa tan sau 10 phút Y1 % Max % Curcumin hòa tan sau 20 phút Y2 % Max % Curcumin hòa tan sau 30 phút Y3 % Max % Curcumin hòa tan sau 40 phút Y4 % Max % Curcumin hòa tan sau 50 phút Y5 % Max % Curcumin hòa tan sau 60 phút Y6 % Max
3.3.1.3. Thiết kế thí nghiệm
Sử dụng phần mềm MODDE 8.0 để thiết kế thí nghiệm theo thiết kế hợp tử tại tâm, với 4 biến đầu vào cho 23 thí nghiệm và 3 thí nghiệm bổ sung được trình bày ở phụ lục 3.
Tiến hành bào chế nano tinh thể curcumin theo phương pháp ghi ở mục 2.3.1.1.
Sau khi bào chế dạng bột phun sấy, tiến hành đánh giá đặc tính hiệu suất, kích thước tiểu phân, hệ số đa phân tán (PDI) của bột phun sấy theo phương pháp ở mục 2.3.2.1. Kết quả được trình bày ở phụ lục 4.
Nhận xét:
Các mẫu nano curcumin thu được đều có kích thước tiểu phân trong khoảng 200- 500 nm, hệ số đa phân tán trong khoảng 0,3 – 0,6, hiệu suất trên 30%. Các thông số này phụ thuộc nhiều vào tỉ lệ thành phần công thức và các thông số quá trình.
Các mẫu phun sấy được tiến hành thử độ hòa tan theo phương pháp ở mục 2.3.2.1. Kết quả thử độ hòa tan các mẫu sau phun sấy được trình bày ở phụ lục 5.
Nhận xét:
Sự thay đổi tỉ lệ các thành phần trong công thức ảnh hưởng lớn đến độ hòa tan curcumin trong bột phun sấy.
3.3.2. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng.
3.3.2.1. Xử lý bằng phần mềm FormRules v2.0
Ảnh hưởng của các biến độc lập đến các biến phụ thuộc sau khi được xử lý bằng phần mềm FormRules v2.0. Kết quả được trình bày ở bảng 6.
Nhận xét:
Từ kết quả bảng 6 cho thấy:
- Kích thước tiểu phân trung bình và hệ số đa phân tán PDI phụ thuộc vào tỷ lệ Tween 80/Curcumin. Trong khi đó, độ hòa tan curcumin phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ PVP/Curcumin.
- Nhiệt độ khí vào ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất của quá trình phun sấy. Tốc độ phun dịch có ảnh hưởng đến độ hòa tan của dược chất ở một số thời điểm.
Bảng 7. Ảnh hưởng của các biến độc lập và các biến phụ thuộc.
Biến phụ thuộc Tỉ lệ Tween/cur Tỉ lệ PVP/cur Nhiệt độ khí vào Tốc độ phun dịch H% - - + - KTTP TB + - - - PDI + - - - Y1 + + - - Y2 + + + + Y3 - + - + Y4 - + - + Y5 - + - - Y6 - + - -
‘+’: có ảnh hưởng ‘-‘: không ảnh hưởng
3.3.2.2. Xử lý bằng phần mềm InForm v3.2
- Để hiểu rõ hơn về sự ảnh hưởng của biến độc lập đến biến phụ thuộc, số liệu tiếp tục được xử lý bằng phần mềm InForm v3.2.
- Kết quả luyện mạng neuron nhân tạo được trình bày ở bảng 7. R2 luyện hầu hết lớn hơn 80% chứng tỏ mạng neuron nhân tạo mô tả chính xác mối quan hệ giữa biến độc lập và biến phụ thuộc.
Bảng 8. Kết quả luyện mạng neuron nhân tạo. Biến phụ thuộc Số đơn vị đầu vào Số đơn vị đầu ra Số đơn vị lớp ẩn Số lần luyện R2 luyện (%) H% 4 1 3 1000 78 KTTP TB 4 1 3 1000 94,23 PDI 4 1 3 1000 89,85 Y1 4 1 3 1000 92,62 Y2 4 1 3 1000 91,25 Y3 4 1 3 1000 92,36 Y4 4 1 3 1000 92,88 Y5 4 1 3 1000 92,43 Y6 4 1 3 1000 92,89
Phân tích một số mặt đáp để thấy rõ được xu hướng ảnh hưởng của biến độc lập vào biến phụ thuộc.
`Ảnh hưởng của nhiệt độ khí vào và tốc độ phun dịch lên hiệu suất của quá trình phun sấy
Hình 9. Mặt đáp biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ khí vào và tốc độ phun dịch đến hiệu suất quá trình phun sấy ( cố định các yếu tố tỉ lệ TWE/CUR 0,12 và tỉ lệ PVP/CUR 0,75).
Nhận xét:
Về nhiệt độ khí vào: khi tăng nhiệt độ khí vào thì hiệu suất có xu hướng tăng lên. Nếu nhiệt độ khí vào tăng từ 72 đến 88oC, hiệu suất tăng mạnh, nhưng khi nhiệt độ tiếp tục tăng, hiệu suất ít bị ảnh hưởng. Điều này có thể do nhiệt độ cao làm quá trình bốc hơi dung môi trong dịch phun nhanh hơn, độ ẩm của bột thấp, ít bám dính vào cyclon, lượng bột thu được ở bình hứng nhiều hơn.
Về tốc độ phun dịch: khi tốc độ phun dịch tăng từ 1 ml/phút đến 2,6 ml/phút, hiệu suất quá trình phun sấy tăng. Tiếp tục tăng tốc độ phun dịch lên 5 ml/phút thì hiệu suất quá trình phun sấy lại giảm. Điều này có thể được giải thích do tốc độ phun dịch tăng cao thời gian tiếp xúc dịch phun với nhiệt độ giảm đi khiến hàm ẩm khối bột tăng lên, khối bột bám dính nhiều ở cyclon làm hiệu suất quá trình phun sấy giảm.
Ảnh hưởng của tỉ lệ Tween 80/Curcumin và nhiệt độ khí vào đến kích thước tiểu phân trung bình.
Hình 10. Mặt đáp biểu diễn sự ảnh hưởng của tỉ lệ TWE/CUR và nhiệt độ khí vào đến kích thước tiểu phân trung bình (cố định các yếu tố tỉ lệ PVP/CUR 0.75, tốc độ phun dịch 2 ml/phút).
Nhận xét:
Nhìn chung, khi giảm tỉ lệ TWE/CUR và nhiệt độ khí vào thì kích thước tiểu phân giảm. Tuy nhiên, khi tỉ lệ TWE/CUR thấp (dưới 0,06) và nhiệt độ cao (trên 94oC) thì kích thước tiểu phân lớn và ít thay đổi; tỉ lệ TWE/CUR cao ( trên 0,11) và nhiệt độ thấp (dưới 85oC) thì kích thước có xu hướng tăng.
Do Tween 80 là chất diện hoạt có khả năng gây thấm và phân tán làm giảm kích thước tiểu phân khi tăng nồng độ Tween 80. Nếu nồng độ Tween 80 quá cao mà nhiệt độ phun sấy thấp sẽ làm tăng độ ẩm bột phun sấy, tiểu phân có xu hướng kết tụ lại làm tăng kích thước.
Ảnh hưởng của tỉ lệ TWE/CUR và tỉ lệ PVP/CUR đến % Curcumin hòa tan sau 10 phút.
Nhận xét:
Khi tăng đồng thời tỉ lệ TWE/CUR và tỉ lệ PVP/CUR thì % Curcumin hòa tan sau 10 phút có xu hướng tăng. Điều này có thể giải thích do Tween 80 và PVP đều là chất gây thấm gây phân tán làm tăng độ tan của curcumin. Đặc biệt hơn, PVP tạo phức với phần curcumin hòa tan dẫn đến độ tan 10 phút đầu tăng nhanh.
Hình 11. Mặt đáp biểu diễn sự ảnh hưởng của tỉ lệ TWE/CUR và tỉ lệ PVP/CUR đến % Curcumin hòa tan sau 10 phút (cố định các yếu tố nhiệt độ khí vào 96oC và tốc độ phun dịch 2 ml/phút).
Ảnh hưởng của tỉ lệ PVP/CUR và tốc độ phun dịch đến % Curcumin hòa tan sau 30 phút.
Hình 12. Mặt đáp biểu diễn sự ảnh hưởng của tỉ lệ PVP/CUR và tốc độ phun dịch đến % Curcumin hòa tan sau 30 phút (cố định các yếu tố nhiệt độ khí vào 96oC và tỉ