Công nghệ nano đang thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới, đặc biệt là các ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm.

Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong điều chế dược phẩm đã được công bố ngày càng nhiều. Dưới đây là một số phương pháp điều chế thuốc nano thường được thực hiện và có tiềm năng ứng dụng trong điều kiện thí nghiệm tại Việt Nam.

Phương pháp kết tập

Kết tập (agglomeration) - còn gọi là kỹ thuật từ dưới lên (bottom-up), đi từ kích thước nhỏ đến kích thước lớn là quá trình liên kết các phần tử kích thước nhỏ (ion, nguyên tử, phân tử hoặc tiểu phân nhỏ) thành các tiểu phân kích thước lớn hơn trong môi trường phân tán nhờ các liên kết hóa lý. Phương pháp kết tập có các kỹ thuật thường sử dụng như khuếch tán dung môi, nhũ hoá bay hơi dung môi, sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn.

Khuếch tán dung môi: Kỹ thuật khuếch tán dung môi tạo nên thuốc nano nhờ thay đổi bản chất của môi trường phân tán. Phương pháp dễ dàng thực hiện, không cần sử dụng nguồn năng lượng cao, nhưng hạn chế của phương pháp là sử dụng các dung môi hữu cơ và việc loại bỏ hoàn toàn các dung môi hữu cơ cũng gây cản trở cho việc nâng cỡ lô trên quy mô sản xuất.

Vận hành quy trình sản xuất nanocurcumin.

Vận hành quy trình sản xuất nanocurcumin.

Nhũ hóa bay hơi dung môi: Sử dụng quá trình nhũ hóa tạo nhũ tương, sau đó bốc hơi pha dung môi hữu cơ tạo hệ tiểu phân nano. Phương pháp đơn giản, không cần sử dụng nguồn năng lượng cao, tuy nhiên hạn chế của phương pháp là sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại đối với môi trường và con người, việc loại bỏ hoàn toàn các dung môi hữu cơ cũng gây cản trở cho việc nâng cỡ lô trên quy mô sản xuất.

Kỹ thuật sử dụng CO2 lỏng siêu tới hạn: Kỹ thuật kháng dung môi siêu tới hạn (supercritical antisolvent, SAS): Dùng dung môi có thể hỗn hòa với CO2 lỏng siêu tới hạn để hòa tan các thành phần. Do không tan trong CO2 lỏng siêu tới hạn nên khi CO2 lỏng siêu tới hạn ly trích vào dung môi khiến chất tan lập tức kết tập hình thành tiểu phân nano.

Kỹ thuật khuếch trương nhanh từ dung dịch siêu tới hạn (rapid expansion from supercritical solutions, RESS), các thành phần được hòa tan vào CO2 lỏng siêu tới hạn, sau đó, hỗn hợp đi vào vùng có áp suất thấp hơn. Sự thay đổi áp suất đột ngột làm giảm khả năng hòa tan của các thành phần trong CO2 và lập tức bị kết tập tạo hệ tiểu phân nano.

Phương pháp hạn chế được việc sử dụng các dung môi hữu cơ nhưng để thực hiện được cần có thiết bị tạo CO2 lỏng siêu tới hạn.

Ngoài các kỹ thuật kết tập trên, hệ tiểu phân nano còn được tạo thành từ các kỹ thuật kết tập khác: Kỹ thuật tạo hệ tiểu phân từ phản ứng hóa học, từ quá trình polymer hóa, gel hóa, kỹ thuật tạo phức hợp nano nhờ tương tác tĩnh điện học, kỹ thuật tạo hệ tiểu phân nhờ sự thay đổi các điều kiện vật lý như thay đổi nhiệt độ, áp suất, dung môi, pH.

Phương pháp phân tán

Phân tán (dispersion) còn gọi là kỹ thuật từ trên xuống (top-down) đi từ kích thước lớn đến kích thước nhỏ, là quá trình chia nhỏ các tiểu phân kích thước lớn thành tiểu phân kích thước nhỏ hơn trong môi trường phân tán. Phương pháp này có các kỹ thuật thường sử dụng như khuấy tốc độ cao, đồng nhất hoá dưới áp suất cao, đùn ép, nghiền bi.

Khuấy tốc độ cao (rotor-stator): Kỹ thuật thường sử dụng nhất để tạo thuốc nano nhờ thiết bị khuấy rotor-stator với tốc độ cao từ 10.000 – 24.000 vòng/phút. Kỹ thuật đơn giản, dễ thực hiện và hiện nay đã có thiết bị nâng cỡ lô trên quy mô 50kg.

Đồng nhất hóa dưới áp suất cao: Sử dụng thiết bị đồng nhất hóa dưới áp suất cao, hệ phân tán thô khi đi qua buồng tạo áp suất cao, các tiểu phân trương phồng va chạm sẽ vỡ ra tạo nên hệ tiểu phân nano.

Kỹ thuật đơn giản, dễ thực hiện tạo hệ tiểu phân nano đồng nhất, dễ dàng nâng cỡ lô trên quy mô sản xuất và hiện nay đã có thiết bị nâng cỡ lô trên quy mô 2.000 lít/giờ. Tuy nhiên, hệ thống thiết bị tạo áp suất cao khá đắt tiền.

Đùn ép: Kỹ thuật chia nhỏ tiểu phân thô khi nén qua hệ thống màng lọc theo kiểu lọc tuyến tính tạo thuốc nano. Kỹ thuật đơn giản, dễ dàng đạt được sự đồng nhất về kích thước và dãy phân bố kích cỡ tiểu phân nano, nhưng khó khăn khi nâng cỡ lô trên quy mô sản xuất lớn do kỹ thuật lọc theo kiểu tuyến tính khá phức tạp.

Nghiền bi: Pha phân tán, môi trường phân tán, chất ổn định và khoảng 40% bi được cho vào thùng quay. Quay thùng theo một chiều, trong quá trình chuyển động, các thành phần trộn lẫn vào nhau kết hợp tạo hệ tiểu phân. Khi chuyển động quay của thùng, dưới tác động của lực ma sát và sự va đập lên nhau giữa các thành phần với bi làm giảm kích thước tiểu phân giúp hình thành hệ tiểu phân nano.

Kỹ thuật đơn giản, dễ dàng nâng cỡ lô trên quy mô sản xuất lớn. Tuy nhiên, kích thước hệ tiểu phân nano khó đạt được sự đồng nhất về dãy phân bố kích cỡ.

Ngoài các kỹ thuật thường gặp trên, một số công nghệ cũng được nghiên cứu sản xuất thuốc nano như kỹ thuật siêu âm, chiếu xạ, hồ quang điện, vi hóa lỏng…

Kết hợp kết tập và phân tán

Trong thực tế, điều chế hệ tiểu phân nano thường kết hợp giữa kỹ thuật kết tập và phân tán. Kết tập tạo hệ tiểu phân thô, sau đó phân tán giảm kích thước để thu được hệ tiểu phân nano. Chẳng hạn, điều chế hệ tiểu phân liposome bằng kỹ thuật tạo lớp màng phim lipid kép rồi hydrat hóa tạo hệ liposome MLV hoặc LUV kích thước ở hàng micromet. Để giảm kích thước xuống hàng nanomet, sử dụng các kỹ thuật phân tán như siêu âm, đùn ép, đồng nhất hóa.

Kỹ thuật làm khô thu tiểu phân nano

Sau khi điều chế hệ phân tán nano, làm khô hệ tiểu phân nano giúp tăng độ bền hóa lý của thuốc nano do hạn chế ảnh hưởng của các tác động môi trường bảo quản, tránh nguy cơ nhiễm khuẩn và thuận tiện cho quá trình vận chuyển.

Kỹ thuật đông khô và phun sấy là hai kỹ thuật hiện đại được sử dụng để làm khô các sản phẩm thuốc nano. Kỹ thuật phun sấy tiết kiệm chi phí hơn so với đông khô nhưng cần dùng thành phần pha phân tán có nhiệt độ tan chảy trên 70oC và sản phẩm thu được có thể bị kết tụ hoặc tan chảy. Chính vì thế, kỹ thuật đông khô được sử dụng rộng rãi hơn khi nghiên cứu sản xuất thuốc nano. Đông khô là quá trình loại nước ra khỏi vật liệu ở điều kiện đông lạnh nhờ thay đổi tiến trình nhiệt độ và áp suất để nước từ trạng thái rắn chuyển trực tiếp sang trạng thái hơi (thăng hoa).

Tóm lại, có rất nhiều công nghệ sản xuất thuốc nano, tuỳ vào điều kiện cụ thể, sản phẩm cụ thể mà nhà sản xuất lựa chọn phương pháp sản xuất phù hợp.

PGS.TS. Hoàng Minh Châu, TS. Trương Công Trị

Bình luận