Các yếu tố ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước hạt trong quá trình

2.2. Hạt micro-nano được chế tạo bằng phương pháp electrospraying

2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước hạt trong quá trình

2.2.2.1. Dung dịch polymer

Khi tiến hành Electropspraying dung dịch polymer, các giọt polymer trải qua quá trình bay hơi và khuếch tán đồng thời. Các chuỗi rối hình thành trong quá trình và quyết định đến hình thái cuối cùng của hạt. Sự đồng đều và kích thước hạt sẽ nhỏ hơn khi giới hạn được chuỗi rối [30]. Số lượng rối trên một chuỗi trong dung dịch, (ne)sol, được tính toán thông qua nồng độ dung môi: ( )e sol w

e

n M

M

 

23

kính tròn của một mạch dài polymer và tỷ lệ với độ nhớt thực của polymer () [31]:

C 1

ov [ ]

Khi nồng độ polymer trong dung dịch C nhỏ hơn Cov, trong dung dịch không xuất hiện sự rối chuỗi và chế độ này được gọi là “dilute regime”. Khi C lớn hơn Cov, nồng độ polymer trong dung dịch đủ lớn để các mạch polymer có thể gối lên nhau nhưng chưa đủ để có thể hình thành mức độ rối lớn. Chế độ này được gọi là “semi- dilute unentangled regime”. Tuy có một vài chuỗi rối được quan sát thấy hạt thu được lại bị thay đổi hình dạng trong quá trình bay hơi dung môi và hình dạng hạt trở nên xấu đi. Chế độ này được sử dụng để sản xuất các màng phim mỏng hoặc một vài thiết bị vận chuyển dùng để chữa trị khác. Nhiều lớp màng phim polymer có chứa nhiều loại thuốc có thể tạo được tạo thành bởi phương pháp Electrospraying khi tiến hành phun ở chế độ “dilute regime” hay “semi-dilute unentangled regime”. Các hệ vận chuyển này có thể điều khiển quá trình nhả thuốc thông qua độ dày của màng phim [32].

Để có thể tạo thành các hạt bằng phương pháp Electrospraying, chế độ sử dụng phải là “semi-dilute moderately entangled regime”. Điều này xảy ra đối với nồng độ Cent, đây là nồng độ mà chế độ “semi-dilute unentangled regime” chuyển qua chế độ “semi-dilute moderately entangled regime”. Tại nồng độ này, một hàm lượng lớn các chuỗi rối được hình thành xếp chồng lên nhau. Các hạt rắn và có dạng hình

24

cầu được hình thành trong quá trình phun. Tuy nhiên khi nồng độ polymer trong dung dịch C> 3Cov, lực liên kết giữa các phân tử polymer trở nên quá lớn để mà có thể thực hiện quá trình electrospraying. Các chuỗi hạt và sợi có thể hình thành trong trường hợp này, tương ứng với chế độ “semi-dilute highly entangled regime”. Để tối ưu hóa quá trình tạo hạt bằng phương pháp Electrospraying, nồng độ tối thiểu cần thiết phải lớn hơn Cent, nhưng không vượt quá 3Cov. Trọng lượng phân tử trung bình khối (Mw) và độ đa phân tán của polymer cũng ảnh hưởng rất nhiều đến Cov vì sự khác biệt về độ nhớt thực của polymer. Sự tăng trọng lượng phân tử trung bình khối (Mw) dẫn đến việc giảm tỷ lệ C/Cov và làm hẹp khoảng chế độ “semi-dilute moderately entangled regime” và do đó làm hẹp lại khoảng nồng độ có thể Electrospraying của dung dịch polymer. Bên cạnh đó, độ đa phân tán lớn hơn sẽ dẫn đến tỷ lệ C/Cov >3 và làm gia tăng khoảng chế độ “semi-dilute moderately entangled regime”, làm tăng khoảng nồng độ có thể Electrospraying của dung dịch polymer [31].

25

Hình 2.17. Ảnh hưởng của nồng độ đến kết quả hạt thu được bằng phương pháp Electrospraying tương ứng với các chế độ khác nhau

26

Hình 2.18. Hạt Chitosan thu được khi tiến hành Electrospraying ở các nồng độ Chitosan (w/v) khác nhau: (a) 1%, (b) 2%, (c) 3%, (d) 4%

2.2.2.2. Dung môi

Các dung môi hữu cơ sử dụng trong phương pháp Electrospraying đòi hỏi phải hòa tan hoàn toàn polymer. Dung môi được sử dụng nhiều nhất là Dichloromethane (DCM), loại Clo – hydrocacbon có nhiệt độ sôi thấp nhất, khoảng 400C. Một số loại dung môi khác cũng thường được sử dụng như: Acetone, Chlorofom, ethanol, Acetonitrile, Acetic Acid..., có thể được sử dụng một hình hay kết hợp nhiều loại dung môi lại với nhau. Nhiệt độ sôi của dung môi là nhiệt độ mà ở đó áp suất hơi bằng với áp suất khí quyển và điều này biểu hiện bằng sự bay hơi của dung môi.

27

hạt có thể xâu lại với nhau khi sử dụng dung môi có nhiệt độ sôi thấp như Chloroform (610C), Dichloromethane (400C). Điều này xảy ra với sự bay hơi nhanh của dung môi, thời gian để các chuỗi polymer có thể kết hợp với nhau và sắp xếp lại trong thời gian các giọt polymer bay từ đầu kim đến màng thu. Sự bay hơi nhanh hơn còn dẫn đến các lỗ trên hạt và tạo ra những hạt rỗng [33].

Một điều quan trọng cần phải chú ý là sự giảm áp suất hơi làm yếu đi lực tác động chuỗi rối của polymer. Do đó, lực đẩy Coulumb sẽ dễ dàng vượt qua sức căng bề mặt của dung dịch polymer, dẫn đến sự phóng ra các hạt nhỏ và tích điện cao. Điều này có thể dễ dàng nhận thấy với hạt PLGA. Khi thêm 30% DMF vào acetone để làm giảm áp suất hơi tử 21 kPa xuống 15 kPa, hạt PLGA thu được phân tán thành 2 kích thước hạt [34].

Một điều cần chú ý là tùy thuộc vào mỗi loại polymer mà chúng có những tương tác khác nhau đối với mỗi loại dung môi. Tác động của dung môi đến những chuỗi rối và hình dạng cuối cùng của hạt thu được là khác nhau đối với loại polymer khác nhau. Nồng độ và trọng lượng phân tử cũng ảnh hưởng rất nhiều đến tương tác giữa dung môi và polymer [35].

2.2.2.3. Sức căng bề mặt của dung dịch

Do lực chống lại lực đẩy tĩnh điện là sức căng bề mặt của dung dịch polymer nên sức căng bề mặt quyết định nhiều đến khả năng tiến hành quá trình

28

electrospraying của dung dịch polymer. Sức căng bề mặt càng thấp thì khả năng tiến hành quá trình electrospraying của dung dịch polymer càng cao [33].

Một yếu tố quan trọng để làm giảm đáng kể sức căng bề mặt của dung dịch polymer là việc lựa chọn dung môi.

Hình 2.19. Sức căng bề mặt và độ nhớt của dung dịch Chitosan 7% (Mw= 106 000 g/mol) trong acid acetic với các nồng độ khác nhau

29

Hình 2.20. Ảnh hưởng của nồng độ Acetic acid (với sức căng bề mặt của dung dịch khác nhau) đến hình dạng và kích thước hạt: (a) 10%, (b) 30%, (c) 50%,

(d) 70%, (e) 90%