Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật vi lưu để bào chế tiểu phân nano polyme

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