Bước đầu ứng dụng kỹ thuật vi dòng chảy để bào chế liposome indomethacin

BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI

VŨ THỊ HƢƠNG
Mã sinh viên: 1101247

BƢỚC ĐẦU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VI
DÒNG CHẢY ĐỂ BÀO CHẾ
LIPOSOME INDOMETHACIN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ

HÀ NỘI – 2016


BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI

VŨ THỊ HƢƠNG

BƢỚC ĐẦU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT
VI DÒNG CHẢY ĐỂ BÀO CHẾ
LIPOSOME INDOMETHACIN

Giáo viên hướng dẫn:
TS. Trần Thị Hải Yến
Nơi thực hiện:
Bộ môn bào chế
Trường Đại học Dược Hà Nội

HÀ NỘI – 2016

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới:
TS. Trần Thị Hải Yến
Là người thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa
luận. Đồng thời cô cũng luôn động viên để tôi vượt qua những khó khăn trong suốt
quá trình thực hiện, giúp tôi hoàn thiện được khóa luận này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô, các anh chị kỹ thuật viên bộ
môn Bào chế - Trường Đại học Dược Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện trong quá
trình làm khóa luận.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong ban giám hiệu, các phòng
ban và cán bộ nhân viên Trường Đại học Dược Hà Nội, những người đã dạy bảo tôi
trong suốt 5 năm học tập tại trường.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè những người đã động
viên, giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập và làm khóa luận.
Hà Nội, tháng 5 năm 2016
Sinh viên
Vũ Thị Hương


MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................2
1.1. Đại cương về liposome .....................................................................................2
1.1.1. Khái niệm ...................................................................................................2
1.1.2. Thành phần .................................................................................................2
1.1.3. Phân loại ....................................................................................................3
1.1.4. Các phương pháp bào chế liposome ..........................................................3
1.1.5.Công nghệ vi dòng chảy và bào chế liposome ............................................4

1.2. Tổng quan về dược chất ..................................................................................17
1.2.1. Công thức hóa học ...................................................................................17
1.1.2. Đặc tính lí hóa ..........................................................................................17
1.1.3. Dược lý và cơ chế tác dụng. .....................................................................17
1.1.4. Chỉ định. ...................................................................................................18
1.1.5. Chống chỉ định. ........................................................................................18
1.1.6. Tác dụng không mong muốn (ADR). ........................................................18
1.1.7. Liều dùng. .................................................................................................18
1.1.8. Các dạng bào chế của indomethacin trên thị trường. ..............................19
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................20
2.1. Đối tượng nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị nghiên cứu ............................20
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ...............................................................................20
2.1.2. Nguyên liệu và thiết bị nghiên cứu ...........................................................20
2.2. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................22
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................22
2.3.1. Phương pháp bào chế liposome ...............................................................22
2.3.2. Phương pháp đánh giá liposome indomethacin .......................................23
2.3.3. Phương pháp định lượng indomethacin trong hỗn dịch liposome ...........25
3.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn ......................................................................27


3.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ tốc độ pha nước/pha dầu (FRR) đến đặc tính
của liposome trắng. ................................................................................................27
3.3. Xác định thông số kĩ thuật phù hợp để bào chế liposome indomethacin .......29
3.4. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố công thức và quy trình đến đặc tính
của liposome indomethacin ...................................................................................31
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ cất quay ..............................................31
3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ lipid ....................................................33
3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dược chất ...........................................35
3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của thông số dòng chảy đến đặc tính của liposome

indomethacin ......................................................................................................36
3.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của đường kính kênh dẫn các pha ..........................39
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .............................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................43
PHỤ LỤC .................................................................................................................46


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TT

Viết tắt

Từ/cụm từ đầy đủ

1

IPA

Isopropanol

2

PBS

Dung dịch đệm phosphate

3

PDMS

4

CF

5

VFR

Volumetric Flow Rate (Tốc độ dòng chảy)

6

FRR

Flow Rate Ratio (Tỉ lệ tốc độ chảy của pha nước so với pha dầu)

7

TFR

8

SHM

9

HSPC

10

KTTP

Kích thước tiểu phân

11

NSX

Nhà xản xuất

12

PDI

Chỉ số đa phân tán (Polydispersity index)

13

PTFE

Polytetraflouroethylene

14

Zaverage

Kích thước tiểu phân trung bình

15

TKHH

Tinh khiết hóa học

16

USP

17

PEEK

Polyether ether ketone

18

COC

Cyclic Olefin Copolymer

19

DĐVN

20

SMPP

Polydimethylsiloxane
Carboxyluoresecin

Total Flow Rate (Tổng tốc độ dòng chảy của pha nước so với pha
dầu)
Staggered Herringbone Mixing
Phosphatidylcholin đậu nành hydrogen hóa (Hydrogennated soy
phosphatidylcholine)

United States Pharmacopie (Dược điển Mĩ)

Dược điển Việt Nam
(Screw-driven Multi-channel Peristaltic Pump) Bơm nhu động kết
hợp nhiều kênh với trục vít xoắn


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Số hiệu

Tên bảng biểu

Trang

Bảng 2.1

Nguyên liệu

20

Bảng 2.2

Thiết bị

20

Bảng 3.1

Mật độ quang của các dung dịch chuẩn trong dung dịch 1%

27

triton X100
Bảng 3.2

Thiết kế thông số thí nghiệm

28

Bảng 3.3

Kết quả ảnh hưởng của FRR đến đặc tính của liposome
trắng

28

Bảng 3.4

Thiết kế thông số thí nghiệm

30

Bảng 3.5

Thiết kế thông số thí nghiệm

32

Bảng 3.6

Kết quả KTTP và PDI khảo sát ở các nhiệt độ khác nhau với
FRR 6,82

32

Bảng 3.7

Kết quả KTTP và PDI khảo sát ở các nhiệt độ khác nhau với
FRR 15.91

33

Bảng 3.8

Thiết kế thông số thí nghiệm

34

Bảng 3.9

Kết quả đánh giá đặc tính liposome indomethacin ở các
nồng độ lipid khác nhau

34

Bảng 3.10

Thiết kế thông số thí nghiệm

35

Bảng 3.11

Đánh giá đặc tính của liposome indomethacin ở các tỷ lệ
dược chất khác nhau

35

Bảng 3.12

Thiết kế thông số thí nghiệm

36

Bảng 3.13

Kết quả đánh giá liposome indomethacin ở các thông số
dòng chảy khác nhau

37

Bảng 3.14

Thiết kế thông số thí nghiệm

39

Bảng 3.15

Kết quả đánh giá liposome indomethacin khi thay đổi
đường kính kênh dẫn các pha

40


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Số hiệu

Tên hình vẽ, đồ thị

Trang

Hình 1.1

Cấu tạo liposome

2

Hình 1.2

Cấu tạo của một chip vi dòng chảy

5

Hình 1.3

Cơ chế hình thành liposome và nguyên lý tương tác trong

7

thiết bị vi dòng chảy
Hình 1.4

Thiết bị tương tác sử dụng trong thí nghiệm

8

Hình 1.5

Cấu tạo thiết bị SHM – vi dòng chảy để bào chế liposome

9

Hình 1.6

Ảnh hưởng của FRR đến KTTP liposome

10

Hình1.7

Các chip “Off-the-shelf” được sử dụng tạo liposome

10

Hình 1.8

Cấu tạo thiết bị vi dòng chảy thường được sử dụng

11

Hình 1.9

Đặc tính của liposome được bào chế bằng phương pháp

11

khác nhau
Hình 1.10

Bơm nhu động với nhịp bơm gián đoạn

14

Hình 1.11

Đồ thị biểu diễn sự biến đổi vận tốc theo thời gian khi sử

14

dụng bơm nhu động 1 kênh (a) và sử dụng bơm nhu động
kết hợp nhiều kênh có pha chảy ngược nhau(b)
Hình 1.12

Đồ thị biểu diễn sự biến đổi áp suất theo thời gian ở các tốc

15

độ bơm khác nhau của bơm nhu động trong 1 kênh dẫn.
Hình 1.13

Bơm xilanh sử dụng trong thiết bị vi dòng chảy (a) và cấu

15

tạo bơm nhu động (SMPP- screw-driven multi-channel
peristaltic pump) kết hợp nhiều kênh với trục vít xoắn (b)
Hình 1.14

Nâng cấp quy mô thiết bị vi dòng chảy bằng cách kết hợp

16

các tương tác
Hình 2.1

Bơm nhu động sử dụng

21

Hình 2.2

Bộ phận connector sử dụng trong nghiên cứu

22

Hình 2.3

Sơ đồ thiết bị bào chế liposome indomethacin bằng kỹ thuật

22

vi dòng chảy


Hình 3.1

Đồ thị sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ

27

indomethcin trong môi trường dung dịch 1% Triton X100
Hình 3.2

Ảnh hưởng của FRR đến đặc tính của liposome trắng

29

Hình 3.3

Đồ thị KTTP và PDI của liposome indomethacin khi bào

30

chế với thông số tương tự liposome trắng với pha nước
NaCl 0,9%
Hình 3.4

Đồ thị KTTP và PDI của liposome indomethacin khi bào

31

chế với thông số tương tự liposome trắng ở nhiều tỉ lệ 2 pha
khác nhau
Hình 3.5

Ảnh hưởng của nhiệt độ cất quay đến KTTP và PDI của

32

liposome indomethacin ở FRR 6,82
Hình 3.6

Ảnh hưởng của nhiệt độ cất quay đến KTTP và PDI của

33

liposome indomethacin ở FRR 15,91
Hình 3.7

Ảnh hưởng của nồng độ lipid đến đặc tính của liposome

34

indomethacin
Hinh 3.8

Ảnh hưởng của tỷ lệ dược chất đến KTTP và PDI của

36

liposome indomethacin
Hình 3.9

Ảnh hưởng của thông số dòng chảy đến đặc tính liposome

37

indomethacin
Hình 3.10

Ảnh hưởng của đường kính kênh đến đặc tính của liposome

40

indomethacin
Hình 3.11

Phổ hấp thụ quang của dung dịch indomethacin trong

PL

khoảng bước sóng 200-600 nm trong dung dịch 1% Triton

X100
Hình 3.12

Đồ thị KTTP và PDI của liposome indomethacin ở tỷ lệ

PL

dược chất 15mol% với FRR là 6,82.
Hình 3.13

Mẫu liposome sau bào chế ở tốc độ tỉ lệ 2 pha FRR= 6.82

PL


ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ ngày càng có nhiều
dạng thuốc mới ra đời với những tính năng vượt trội hơn so với các dạng thuốc quy
ước. Trong đó, liposome được đánh giá là hệ vận chuyển thuốc có tính tương hợp
sinh học cao, có khả năng vận chuyển thuốc hướng đích tác dụng, tăng sinh khả
dụng và giảm độc tính của thuốc. Vì vậy mà việc nghiên cứu và cải tiến các phương
pháp bào chế liposome đang được quan tâm nhiều ở các nước trên thế giới và ở Việt
Nam trong những năm gần đây.
Các đặc tính về cấu trúc, hình dạng, kích thước có vai trò quan trọng ,quyết
định đến các đặc tính lý hóa của liposome và tác dụng điều trị của thuốc .Vì vậy
việc kiểm soát được các thông số kỹ thuật, công thức trong quá trình bào chế
liposome rất được chú trọng để có thể tạo ra liposome với đặc tính theo yêu cầu. Có
nhiều phương pháp bào chế liposome đã được áp dụng trong quy mô phòng thí
nghiệm như tiêm ethanol, hydrate hóa màng film, bốc hơi pha đảo… Nhược điểm
của các phương pháp này là khó nâng cấp quy mô, khó kiểm soát các đặc tính của

liposome tạo thành hay cần công đoạn để làm giảm kích thước của liposome. Kỹ
thuật vi dòng chảy có ưu điểm là có thể điều chỉnh các thông số dòng chảy để tạo ra
liposome có kích thước mong muốn với độ đồng nhất cao mà không cần quá trình
làm giảm kích thước. Hơn nữa, việc nâng cấp quy mô sản xuất cũng có thể thực
hiện dễ dàng với kĩ thuật này. Vì vậy chúng tôi lựa chọn indomethacin làm mô hình
để tiến hành thực hiện đề tài “Bƣớc đầu ứng dụng kĩ thuật vi dòng chảy để bào
chế liposome indomethacin” nhằm mục tiêu:
+ Bào chế được liposome indomethacin bằng kỹ thuật vi dòng chảy.
+ Đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu tố công thức và quy trình đến một
số đặc tính của liposome indomethacin.

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đại cƣơng về liposome
1.1.1. Khái niệm
Liposome là dạng đặc biệt của vi nang và siêu vi nang, bao gồm một vỏ
phospholipid kép có đầu thân nước hướng ra ngoài, gồm 1 hay nhiều lớp đồng trục
bao bọc ngăn nước ở giữa hoặc ngăn cách bới các ngăn nước, có kích thước thay
đổi từ hàng chục đến hàng ngàn nanomet. Trong liposome dược chất thân nước
được phối hợp vào ngăn nước, còn dược chất thân dầu phối hợp trong lớp vỏ lipid.
Liposome là một nhóm của hệ đưa thuốc tới đích, là hệ điều trị phát triển ở
mức cao hơn thuốc tác dụng kéo dài.[8]
A: Bề mặt ưa nước của lớp vỏ lipid
B: Lớp kỵ nước của lớp vỏ lipid kép
C: Nhân nước bên trong có thể chứa dược
chất tan trong nước
D: Các dược chất kết tinh bên trong nhân
E: Các dược chất thân dầu trong lớp vỏ lipid

Hình 1.1: Cấu tạo liposome
1.1.2. Thành phần
Phần vỏ liposome bao gồm:
- Phospholipid:
Là thành phần cơ bản cấu tạo nên tiểu phân liposome, là những phân tử vừa
thân dầu vừa thân nước, cấu tạo từ khung phân tử glycerol gắn với các nhóm phân
cực và các acid béo. Các phospholipid có khả năng tự đóng vòng để tạo thành
liposome khi chúng được trộn lẫn với môi trường nước, đầu phân cực sẽ hướng ra
ngoài tương tác với môi trường nước, chuỗi acid béo sẽ quay vào trong, tạo ra lớp
lipid kép. Có nhiều loại phospholipid khác nhau:
Phospholid tự nhiên: phosphatidylcholine (PC), phosphatidylethanolamin (PE),
phosphatidyl serin (PS),…

2


Phospholipid tổng hợp: dioleoyl phosphatydyl choline (DOPC), distesroyl
phosphatidylcholine (DSPC), dioleoyl phosphatidylethanolamin (DOPE)… Ngoài
ra có thể dùng lipid khác để bào chế liposome như các sphingolid (sphingomyelin,
sphingosin, ceramid…)
- Cholesterol
Cholesterol và các dẫn chất được sử dụng trong bào chế liposome với vai trò
làm tăng tính cứng và giảm tính thấm của lớp màng lipid đối với các chất mang.
Sự có mặt của cholesterol làm nới rộng khoảng chuyển pha và giảm enthalpy
chuyển pha, giảm diện tích không gian giữa các phân tử, giảm chuyển động quay
của các hydrocacbon, làm cho các phân tử phospholipid sắp xếp một cách có trật tự
và tạo thành một lớp màng lipid kép cứng chắc hơn.
1.1.3. Phân loại
Đặc điểm nổi bật của liposome là rất đa dạng về cấu trúc và chức năng, do đó
có rất nhiều cách phân loại liposome khác nhau, tuy nhiên cách phân loại đơn giản là

phân loại theo số lớp phospholid và kích thước:
 Liposome 1 lớp: Vỏ chỉ có 1 lớp phospholipid kép bao bọc 1 nhân nước
trung tâm, cấu tạo nhân vỏ giống siêu vi nang.
 Liposome nhiều lớp: (MLV-multilamellar vesicle) cấu tạo bởi nhiều lớp
phospholipid kép và nhiều nang nước xen kẽ đồng trục, đường kính từ 0,5 -3,5 µm.
Liposome loại này có kích thước không đồng nhất nhưng tỉ lệ dung tích nước và hiệu
suất liposome hóa khá cao. Liposome nhiều lớp tương đối bền trong quá trình bảo
quản nhưng cũng bị thanh thải khỏi hệ tuần hoàn.
 Nanoliposome: là liposome có kích cỡ nanomet, thường là liposome nhỏ 1
lớp, dùng tiêm tĩnh mạch.
 Liposome nhiều ngăn: (MLV- multi vescular liposome): là liposome có kích
thước lớn (> 0,5 μm) trong chưa nhiều liposome nhỏ. [1]
1.1.4. Các phương pháp bào chế liposome
Có nhiều phương pháp bào chế liposome đang được sử dụng sử dụng phổ biến
hiện nay:
3


-

Phương pháp Bangham (hydrate hóa màng film)

-

Phương pháp pha loãng ether

-

Phương pháp tiêm ethanol

-

Phương pháp bốc hơi pha đảo

-

Phương pháp đông khô

-

Phương pháp hòa tan và thẩm tách chất diện hoạt

-

Phương pháp màng tiếp hợp

-

Phương pháp bốc hơi pha đảo siêu tới hạn
So với các phương pháp trên, việc ứng dụng kỹ thuật vi dòng chảy có nhiều ưu

điểm vượt trội. Vì vậy kỹ thuật này được nghiên cứu nhiều để bào chế liposome.
1.1.5.Công nghệ vi dòng chảy và bào chế liposome
1.1.5.1. Tổng quan về công nghệ vi dòng chảy
Vi dòng chảy (Microfluidic): Là khoa học nghiên cứu đặc tính của chất lỏng
hay chất khí trong vi kênh và các công nghệ sản xuất sử dụng các thiết bị kích cỡ
micromet gồm các buồng chứa và các kênh dẫn chất lỏng.
Vi lỏng về cơ bản là chuyển động của chất lỏng trong các kênh có kích cỡ
micromet. Chất lỏng có những đặc tính khác khi chảy ở quy mô siêu nhỏ so với
dòng chảy thường gặp trong cuộc sống hàng ngày, điều này tạo ra những đặc tính

độc đáo, là chìa khóa cho các thí nghiệm khoa học mới và ứng dụng.[19]
Các thông số vật lý: sự chuyển động của chất lỏng ở quy mô cỡ micro khá
phức tạp, do có thể có vài hiện tượng diễn ra cùng một lúc, do vậy thường sử dụng
các thông số để diễn tả một số quá trình chủ yếu xảy ra, một trong các thông số
được trích dẫn nhiều nhất là chỉ số Reynolds, R e. Chỉ số này được biểu diễn tỉ lệ
của lực quán tính so với độ nhớt của dòng chất lỏng. Theo đó, số Re thấp (<2000)
dòng chảy là dòng chảy phân lớp ( với kiểu dòng chảy này, ảnh hưởng của độ nhớt
tương đối có vai trò quan trọng hơn tác động lực quán tính).Trong khi đó, chỉ số
Reynold cao (> 3000) cho thấy dòng chảy hỗn loạn. Một số thông số khác cũng
thường được đề cập đến là chỉ số Péclet, chỉ số này diễn tả tỷ lệ giữa sự hòa trộn đối
lưu và khuếch tán của các dòng chảy. [19]

4


Chip vi dòng chảy (Hình 1.2) là thiết bị thường được sử dụng trong phòng thí
nghiệm, gồm các vi kênh được tạo ra bằng cách đúc hoặc khắc từ các nguyên liệu
như thủy tinh, silicon hoặc polymer như PDMS – polydimethylsiloxan.
Hình 1.2: Cấu tạo của một chip vi dòng chảy
1.Vị trí pha lipid được đưa vào kênh
2.Vị trí pha nước được đưa vào kênh
3.Các pha được

tương tác

dọc theo

chiều dài kênh hình thành liposome
4. Dòng liposome được đưa ra khỏi kênh
Trong chip vi dòng chảy, chất lỏng (hay chất khí) được tiêm vào hay dẫn ra

ngoài thông qua các lỗ nhỏ. Hệ thống này được tích hợp với hệ thống bên ngoài để
đẩy dòng chảy theo cách chủ động (như thiết bị điều khiển áp suất, bơm đẩy xilanh
hay bơm nhu động) hoặc bằng cách thụ động (như dựa vào áp lực thủy tĩnh).
Các thiết bị vi dòng chảy đơn giản nhất hiện nay bao gồm các vi kênh được
tạo khuôn trong một khối polymer được gắn với một mặt phẳng (ví dụ một bản thủy
tinh). Polymer phổ biến nhất được sử dụng để tạo chip vi dòng chảy là PDMS. [19]
Nguyên liệu đƣợc sử dụng để chế tạo các thiết bị vi dòng chảy:
Nhiều nguyên liệu được sử dụng cho các thiết bị vi dòng chảy như polymers
(PDMS…), ceramics (như thủy tinh…), chất bán dẫn (như silicon…) và kim loại…
Việc lựa chọn nguyên liệu dựa trên các đặc tính như: đặc tính quang học, tính tương
hợp về mặt hóa học và sinh học, khả năng tạo mẫu nhanh làm giảm giá thành sản
phẩm, khả năng cảm biến điện và cuối cùng là phụ thuộc vào mục tiêu ứng dụng.
Silicon, thủy tinh là các nguyên liệu thường được sử dụng để chế tạo các chip
vi dòng chảy do đặc tính quang học tốt, khả năng tản nhiệt và chống chịu tốt với các
tác động cơ hóa. Loại thủy tinh thường được sử dụng là borosilicate, thạch anh…
Trong những năm gần đây thì polymer được coi là nguồn nguyên liệu cơ bản
cho các thiết bị vi dòng chảy. Polymer được ưa chuộng hơn cả là PDMS do đặc tính
dễ dàng tạo khuôn, tạo kiểu để hình thành vi kênh, nó cũng dễ tạo ra các chi tiết với
kích thước cỡ micromet với độ chính xác cao, trong suốt và tính thấm nước thấp.

5


Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của PDMS trong tổng hợp liposome có sử dụng
dung môi hữu cơ là khả năng chống chịu dung môi hữu cơ của PDMS kém. Nó có
thể bị trương phồng lên khi tương tác với dung môi như là hydrocacbon thơm, hay
ngay cả với dung dịch amin và acid mạnh. Khắc phục nhược điểm này, một số
nguyên liệu đang được xem xét sử dụng gần đây như là PDMS đã biến đổi,
acrylate, PEEK và COC.
Ngày nay, nhiều nhà nghiên cứu sử dụng PDMS và kỹ thuật in bản thạch (soft

–lithography) để thiết kế chip vi dòng chảy do quá trình thực hiện nhanh chóng và
đơn giản. [19]
Ứng dụng của kĩ thuật vi dòng chảy:
Công nghệ vi dòng chảy được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, chủ yếu là:
Trong lĩnh vực y sinh học, với các chip trong phòng thí nghiệm, cho phép tích
hợp nhiều xét nghiệm y tế trên một chip duy nhất.
Trong nghiên cứu sinh học tế bào, do các vi kênh có kích thước tương tự như
các tế bào sinh học. Do đó, chip vi dòng chảy cho phép thao tác dễ dàng với các tế
bào đơn lẻ.
Trong kết tinh protein do các thiết bị vi dòng chảy cho phép hình thành số
lượng lớn các điều kiện kết tinh (nhiệt độ, độ pH, độ ẩm ...) trên một chip duy nhất.
Và cũng có ứng dụng trên nhiều lĩnh vực khác: dò tìm thuốc, xét nghiệm
glucose, vi phản ứng hóa học, điện hóa học, làm mát bộ vi xử lý...
1.1.5.2. Kỹ thuật vi dòng chảy trong bào chế liposome
a, Cơ chế hình thành liposome bằng phương pháp tập trung dòng chảy liên tục
trong thiết bị vi dòng chảy.
Cơ chế hình thành liposome:

6


(a)

(b)

Hình 1.3: Cơ chế hình thành liposome (a) và nguyên lý tương tác trong thiết bị
vi dòng chảy (b) [22].
Cơ chế hình thành liposome (hình 1.3a) được giải thích như sau: Quá trình
hình thành được bắt đầu bằng sự kết tụ của các đĩa kép lipid, khi mà các phần kị
nước được phân tán đều trong alcol, các đĩa này phát triển lớn lên bằng cách kết

hợp với nhau hoặc kết hợp với các phân tử phospholid khác tới khi chúng đủ lớn và
nồng độ alcol giảm đến lượng đủ nhỏ để chúng bắt đầu việc bẻ cong và cuối cùng
nhanh chóng tạo thành các tiểu phân liposome hình cầu. [22]
b, Ưu điểm của kĩ thuật vi dòng chảy trong bào chế liposome.
So với các phương pháp bào chế liposome khác, kỹ thuật vi dòng chảy bào chế
liposome có nhiều ưu điểm:
 Có thể điều chỉnh dòng chảy liên tục để tạo ra sự tương tác mong muốn giữa
các pha trong môi trường tương tác đồng nhất.
 Có thể kiểm soát tốt nhiệt độ trong quá trình tương tác
 Kiểm soát được quá trình hình thành các tiểu phân thông qua điều chỉnh thời
gian tương tác giữa các kênh.
 Kiểm soát được các đặc tính của tiểu phân bằng việc kiểm soát các thông số
dòng chảy như tốc độ dòng chảy, tỉ lệ tốc độ chảy của 2 pha...
 Có thể kiểm soát sản phẩm đầu ra nhờ vào hệ thống phân tích, đo lường trên
hệ thống phân tích độc lập.
 Có thể nâng cấp quá trình thông qua tăng số lượng tương tác. [23]

7


1.1.5.3. Một số thiết bị vi dòng chảy để bào chế liposome
Có nhiều thiết bị được thiết kế khác nhau để bào chế liposome bằng kĩ thuật vi
dòng chảy. Dưới đây mô tả một số thiết bị được thiết kế theo nguyên tắc tập trung
dòng chảy 2 pha (nước-dầu) thực hiện trong phòng thí nghiệm để bào chế liposome.
1. Thiết kế đơn giản dựa trên nguyên tắc tập trung dòng chảy để bào chế liposome

Hình 1.4.Thiết bị tương tác sử dụng trong thí nghiệm.[26]
Mô tả thiết kế thí nghiệm: (hình 1.4)
 Pha lipid: khảo sát với 2 loại phospholipid khác nhau
HSPC được hòa tan trong isopropanol, mẫu được đun cách thủy đến 65°C (trên

nhiệt độ chuyển pha của lipid) trước khi phối hợp 2 pha.
Phosphatidylcholine trứng (egg PC) được hòa tan trong ethanol


Pha nước được đưa vào connector qua bơm tiêm 10ml, pha dầu được bơm

bởi bơm tiêm 1ml, piston trong mỗi xilanh được đẩy với cùng tốc độ để đạt dòng
tổng 2 pha TFR=1,27ml/phút. Trong thí nghiệm này FRR duy trì không đổi=10.


Đường kính trong của ống dẫn pha nước và ống dẫn liposome là 2mm.



Các kim tiêm pha dầu được khảo sát có kích cỡ 16, 18, 21, 26, 27 G (tương

ứng đường kính trong là 1,194 mm; 0,838mm; 0,495mm; 0,241mm và 0,191mm).
Kết quả: Liposome nhỏ nhất với đường kính 49,2nm được tạo ra với nồng độ egg
PC là 5m/ml, sử dụng đường kính kim nhỏ nhất 0,191mm và ở tốc độ dòng tổng cao
nhất 1,27 ml/phút. Ngược lại liposome có kích thước lớn nhất (đường kính 164,5

8


nm) được tạo ra ở nồng độ egg PC 10mg/ml, sử dụng đường kính kim lớn nhất
(1,194 mm) và tốc độ dòng tổng thấp nhất (0,34 ml/phút).
2, Thiết bị tương tác SHM để bào chế liposome.

Hình 1.5: Cấu tạo thiết bị SHM – vi dòng chảy để bào chế liposome.[20]
Mô tả thiết kế thí nghiệm :

Nguyên tắc thí nghiệm được thể hiện ở hình 1.5 với:
 Pha dầu: hỗn hợp lipid gồm POCP (1-palmitoyl, 2- oleoyl phosphatidylcholine),
cholesterol và triolein trglyceride được hòa tan hoàn toàn trong ethanol.
 Pha nước: dung dịch muối NaCl 154mM.
Hai pha được dẫn vào kênh qua các kim tiêm 21G, sử dụng bơm tiêm có dung
tích 1ml, 3ml, 5ml. Các bơm xilanh được sử dụng để kiểm soát tốc độ dòng chảy
(VFR) và tỉ số tốc độ dòng chảy của pha nước so với pha dầu (FRR).
 Tốc độ dòng của pha dầu (VFR pha dầu) được cố định là 0,5ml/min
 Tốc độ dòng của pha nước (VFR pha nước) được tăng dần trong khoảng 0,54,5ml/min. Tương ứng với FRR ( FRR=VFR pha nước: VFR pha dầu) thay đổi từ 1
đến 9. Tốc độ dòng tổng của 2 pha (TFR= VFR pha dầu + VFR pha nước) được
thay đổi từ 1-5ml.
Liposome trắng sau bào chế được đổi đệm bên ngoài thay dung dịch NaCl bằng
dung dịch muối amoni sulfate 300mM,

9

pH 7,4 bằng cột Sephadex G-50.


Doxorubicin hydrochloride được hòa tan trong dung dịch muối ở nồng độ 5mg/ml.
và thêm vào hỗn dịch liposome trắng và ủ ở 60°C trong 30 phút.
Kết quả: Hình 1.6 cho thấy ảnh hưởng của FRR đến KTTP của liposome
Thí nghiệm đã chứng minh được rằng tăng FRR là giảm KTTP, do tăng FRR
tạo ra việc hòa trộn nhanh và quá trình pha loãng xảy ra mạnh mẽ. Ở FRR cao, nồng
độ ethanol thấp làm giảm việc hình thành các tiểu phân lớn.
Thí nghiệm cũng chứng minh
được rằng ở tốc độ dòng là 2ml/min,
FRR=3 thì thời gian hòa trộn
khoảng 3ms (mili giây).
Hình 1.6: Ảnh hưởng của FRR đến

KTTP liposome
3. Thiết bị “Off-the-shelf” để bào chế liposome.
Dựa trên nguyên tắc tập trung dòng chảy, nhiều thiết bị đơn giản được chế
tạo với giá thành rẻ hơn.
Tác giả sử dụng thiết bị vi lỏng “Off-the-shelf” để thay thế cho các chip vi
dòng chảy đắt tiền được sử dụng trong phòng thí nghiệm (hình 1.7)

Hình 1.7: Các chip “Off-the-shelf” được sử dụng tạo liposome.[15]
10


Thí nghiệm này so sánh
các đặc tính liposome tạo thành
bởi thiết bị

“Off-the-shelf”

(chip 1,2-hình 1.7) với chip số 3
(hình 1.8) là thiết bị vi dòng
chảy thường được sử dụng.
Hình 1.8: cấu tạo thiết bị vi dòng chảy thường được sử dụng.[15]
Mô tả thiết kế thí nghiệm:
Chip 1: được kết nối với xilanh thông qua kim tiêm có đường kính trong là 0,75mm
Chip 2: được nối với xilanh thông qua ống PEEK 1/32”
Sử dụng bơm xilanh để kiểm soát tốc độ các dòng chảy
FRR được thay đổi từ 10 đến 50
Việc hình thành liposome được khảo sát ở lực cắt khác nhau của dòng chảy
pha nước tới pha dầu bằng việc thay đổi TFR từ 18,75 đến 75,00 µl/min
Dược chất sử dụng là ivermectin được thêm vào trong dung dịch alcol đã hòa
tan lipid

Tất cả các thí nghiệm được tiến hành ở 20ºC
Kết quả:

Hình 1.9 : Đặc tính của liposome được bào chế bằng phương pháp khác nhau

11


Hình 1.9 cho thấy thiết bị “Off-the-shelf” tạo ra liposome với kích thước lớn
hơn so với 2 phương pháp còn lại.Tuy nhiên tạo ra liposome với chỉ số phân bố kích
thước hẹp hơn.
Đồng thời kết quả cũng cho thấy FRR tăng làm giảm KTTP và TFR ảnh
hưởng không đáng kể đến KTTP.
1.1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính của liposome
Theo kết quả thu được từ một số nghiên cứu bào chế liposome bằng các thiết
bị vi dòng chảy, ta có thể đưa ra một số kết luận về ảnh hưởng của một số yếu tố lên
quá trình bào chế liposome:
- Khi so sánh 2 kỹ thuật phối hợp 2 pha là vi dòng chảy và tiêm alcol, kết quả
cho thấy liposome tạo bằng kỹ thuật vi dòng chảy cho kích thước nhỏ hơn và phân
bố kích thước hẹp hơn [12].
- Hầu hết các tài liệu thống nhất cho rằng tăng FRR làm giảm KTTP của
liposome [10],[11],[16],[17],[21]. Điều này được giải thích là khi dòng lipid tiếp
xúc với pha nước, phần lipid ở vị trí tiếp xúc nhanh chóng đạt nồng độ tới hạn trong
alcol mà tại đó xảy ra hiện tượng tự bao gói tạo thành liposome.
- Khi giữ nguyên FRR và thay đổi vận tốc các pha cho thấy KTTP và PDI hầu
như không đổi, điều này cho thấy lực cắt không ảnh hưởng đáng kể đến KTTP và
PDI trong quá trình hình thành liposome [11]. Tuy nhiên, báo cáo gần đây cho thấy
lực cắt ảnh hưởng đến tiểu phân nano hình thành trong môi trường vi lỏng [10], bởi
tăng lực cắt làm giảm thời gian tương tác.
- Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy tăng FRR làm tăng PDI [16],[17]

- Tăng FRR làm giảm hiệu suất liposome hóa [27].
- Kích thước tiểu phân có thể được điều chỉnh bởi tốc độ các dòng và thời gian
tương tác [14], giảm thời gian tương tác 2 pha làm giảm KTTP [28].
- Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể lên KTTP, hầu hết kết quả nghiên cứu cho thấy
tăng nhiệt độ làm giảm KTTP [14], [22], [23]. Nhiệt độ ảnh hưởng lên hình thành
liposome thông qua: năng lượng tự do, độ nhớt, độ cứng màng, sức căng bề mặt 2
pha[10],[16]. Tăng nhiệt độ ít ảnh hưởng đến hiệu suất liposome hóa. [27]

12


- Tăng nồng độ dược chất làm tăng KTTP. [21]
- Thêm cholesterol làm tăng kích thước do tăng modul bẻ cong của các đĩa kép
lipid. [10]
- Ảnh hưởng của sự hòa trộn 2 pha: có 2 kiểu hòa trộn hay được đề cập tới là
hòa trộn khuếch tán và hòa trộn khuếch tán- đối lưu.
Ở tốc độ dòng chảy nhỏ cỡ micromet, tốc độ chảy 2 pha nhỏ và tốc độ 2 pha ít
có sự khác biệt tạo ra sự hòa trộn khuếch tán ở trạng thái ổn định mà không có sự
mất ổn định trong quá trình tương tác giữa 2 pha. Khi mức độ tập trung thấp, FRR
nhỏ tạo ra độ rộng của dòng trung tâm trong kênh lớn, thời gian hòa trộn lớn do sự
khuếch tán phân tử thường diễn ra chậm, điều kiện hòa trộn này dẫn đến sự biến đổi
nồng độ alcol chậm, tỉ số diện tích/thể tích tương tác 2 pha thấp. Nồng độ alcol duy
trì mức cao ở trung tâm dòng tập trung trong kênh, vì vậy mà phân tử liposome có
kích thước lớn được hình thành trong khi đó tỉ lệ liposome được hình thành ở vùng
hòa trộn khuếch tán – đối lưu thấp.[13]
FRR cao tạo ra dòng tập trung trong kênh hẹp, tại đó thời gian hòa trộn trở
thành yếu tố quan trọng bởi sự dịch chuyển khuếch tán đối lưu tại vùng tập trung.
Trong điều kiện khuấy trộn cao , tăng tỉ số diện tích/thể tích tiếp xúc 2 pha và sự
giảm nồng độ alcol nhanh chóng gây ra do quá trình khuếch tán- đối lưu, làm cho
nhiều phân tử lipid được bao gói thành liposome với kích thước nhỏ.Việc tăng FRR

có thể thực hiện cho tới khi thời gian hòa trộn là nhỏ nhất [13].
Ở tốc độ dòng cao, sự hòa trộn được sinh ra bới các dòng chảy hỗn loạn , điều
này tạo ra sự khác biệt so với quy mô nhỏ, dẫn tới làm tăng diện tích bề mặt tương
tác và giảm quãng đường hòa trộn [23].Đồng thời sự khuấy trộn càng mạnh, KTTP
càng giảm [10],[23]. Điều này được giải thích là: để hình thành lên liposome với
kích thước lớn, các đĩa kép lipid màng cần sự lớn lên về kích thước trước khi tự bao
gói, khi khuấy trộn mạnh, sự lớn lên hầu như không diễn ra giúp cho việc bao gói
diễn ra sớm, tạo lên liposome với kích thước nhỏ. Một số nghiên cứu đã sử dụng
sóng siêu âm làm tăng quá trình chuyển khối bên trong môi trường vi kênh. [18]

13


- TFR có ảnh hưởng đến KTTP và PDI, vì vậy có thể kiểm soát thông số này để
điều chỉnh đặc tính của liposome tạo thành [13].Tuy nhiên cũng có một số kết quả
nghiên cứu cho thấy răng tăng TFR không ảnh hưởng đến KTTP và phân bố kích
thước tiểu phân. [16]
- Cấu tạo thiết bị vi dòng chảy cũng ảnh hưởng đến sản phẩm liposome tạo thành
Trong các thiết kế vi dòng chảy, thiết bị bơm đẩy dòng chất lỏng có thể là bơm
xi lanh, bơm nhu động hay bơm điều chỉnh áp suất. Trong đó, bơm xilanh thường
được sử dụng.
So với thiết bị bơm xilanh được sử dụng trong các nghiên cứu, bơm nhu động
được sử dụng có vận tốc biến đổi theo thời gian, tốc độ bơm càng nhỏ thì chu kì
biến đổi vận tốc trong dây dẫn trong 1 nhịp bơm càng kéo dài, khoảng biến đổi vận
tốc trong kênh dẫn càng lớn, ảnh hưởng xấu đến PDI. Điều này giải thích khi tốc độ
bơm nhỏ thì phân bố kích thước liposome càng rộng. [10]

Hình 1.10. Bơm nhu động với nhịp bơm gián
đoạn

Hình 1.11. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi vận tốc theo thời gian khi sử dụng bơm nhu
động 1 kênh (a) và sử dụng bơm nhu động kết hợp nhiều kênh có pha chảy ngược
nhau (b). [24]

14


Hình 1.11 cho thấy khi sử dụng bơm nhu động kết hợp nhiều kênh tạo ra dòng
chảy ổn định hơn.

Hình 1.12. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi áp suất theo thời gian ở các tốc độ
bơm khác nhau của bơm nhu động trong 1 kênh dẫn.[24]
Hình 1.12 cho thấy tốc độ bơm càng nhỏ, 1 nhịp bơm có chu kì càng kéo dài,
khoảng biến đổi vận tốc dòng trong kênh dẫn càng lớn. Điều này khiến PDI phân bố
rộng ở vận tốc bơm nhỏ.

(a)

(b)

Hình 1.13. Bơm xilanh sử dụng trong thiết bị vi dòng chảy (a) và cấu tạo bơm nhu
động (SMPP- screw-driven multi-channel peristaltic pump) kết hợp nhiều kênh với
trục vít xoắn (b) [24]
Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bơm SMPP: phần vỏ được là bằng nhựa
polymethyl methacrylate trong suốt để có thể nhìn thấy phần bên trong, phần nối
được làm bằng hợp kim nhôm. Có 8 kênh dẫn đơn được lắp song song nhau và song
song với trục vít xoắn, các kênh này được làm bằng silicon, PDMS có tính đàn hồi.
Khi trục vít quay phần đường xoắn trên trục làm biến dạng và đóng kênh ( vai trò

15

như van). Khi trục quay tạo ra các vị trí mà kênh bị ép lại và ép dòng chảy. Mỗi
kênh đơn lẻ có 2 pha đối nhau do phần xoắn trên trục ép mỗi kênh ở các điểm khác
nhau. Tuy nhiên kết hợp nhiều kênh 2 pha đối nhau thì dòng chất lỏng tổng ở đầu ra
của thiết bị có vận tốc ổn định.
1.1.5.5. Nâng cấp quy mô với kỹ thuật vi dòng chảy.
Để có thể nâng cấp một quy trình sản xuất thường khá phức tạp, nhìn chung
thường trải qua 3 pha:
Pha 1: Thực hiện trên quy mô phòng thí nghiệm để có cái nhìn cụ thể về các
tương tác động học, đặc tính chuyển khối, thông tin về thủy động lực học chất lỏng
của quá trình. Các thông tin này là thiết yếu cho các nhà khoa học để hiểu được cơ
chế của sự tương tác và sự hình thành đến sản phẩm để tối ưu hóa quá trình bào chế.
Pha 2: Đánh giá các thông số quy trình trong phòng thí nghiệm trong 1 vài quy
mô lớn để tối ưu hóa quy trình.
Pha 3: Nâng cấp quy mô lên sản xuất lớn.
Tuy nhiên cách tiếp cận này có nhược điểm là những thay đổi về thể tích
tương tác giữa các dòng chảy trong các giai đoạn khác nhau sẽ gây ra sự bất ổn định
về đặc tính chuyển động khối và chuyển động nhiệt, gây ảnh hưởng xấu đến chất
lượng của sản phẩm khi áp dụng với quy mô lớn. [25]
Có 2 hướng để nâng cấp quy mô với thiết bị vi kênh :
Hướng thứ nhất : Tăng tốc độ dòng [23], tăng kích thước thiết bị.[25]
Hướng thứ 2

: Tăng số lượng các tương tác. [18],[14],[23].

So với hướng thứ nhất thì hướng thứ 2 có ưu điểm là các quy trình tối ưu hóa
được nghiên cứu trên quy mô
phòng thí nghiệm sẽ được sử dụng
và hạn chế được những khó khăn

khi tăng kích thước thiết bị.
Hình 1.14: Nâng cấp quy mô thiết
bị vi dòng chảy bằng cách kết hợp
các tương tác.[18]

16