Nghiên cứu ảnh hưởng polyme tới quá trình kết tinh và hòa tan của rotundin

BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TRẦN THỊ QUYÊN
MÃ SINH VIÊN: 1101426

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG POLYME
TỚI QUÁ TRÌNH KẾT TINH VÀ
HÒA TAN CỦA ROTUNDIN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI – 2016


BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TRẦN THỊ QUYÊN
MÃ SINH VIÊN: 1101426

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG POLYME
TỚI QUÁ TRÌNH KẾT TINH VÀ
HÒA TAN CỦA ROTUNDIN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

Người hướng dẫn:
TS. Nguyễn Thạch Tùng
Nơi thực hiện:
Bộ môn Bào chế

HÀ NỘI – 2016

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo TS. Nguyễn Thạch Tùng,
người thầy đã hết lòng hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện khóa
luận này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các anh chị kỹ thuật viên thuộc
bộ môn Bào chế đã có những giúp đỡ quý báu trong quá trình em học tập và thực
nghiệm tại bộ môn.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, phòng Đào tạo, các Bộ
môn Công nghiệp dược, Bộ môn Thực vật và các phòng ban liên quan trong nhà
trường, đã có nhiều giúp đỡ thiết thực về cơ sở vật chất, trang thiết bị và hóa chất
thí nghiệm trong quá trình em thực hiện đề tài.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè, những người đã
luôn giúp đỡ và động viên trong em suốt một năm qua.
Hà Nội, Tháng 5 năm 2016
Sinh viên

Trần Thị Quyên


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT.................................. 1
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .......................................................... 1
ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................. 2
1.1 Tổng quan về rotundin .....................................................................................2
1.1.1 Công thức cấu tạo ....................................................................................2
1.1.2 Tính chất lý hóa .......................................................................................2

1.1.3 Tác dụng dược lý .....................................................................................2
1.2 Tổng quan về động học quá trình kết tinh .....................................................3
1.2.1 Cơ chế kết tinh của dược chất .................................................................3
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình kết tinh của dược chất .....................7
1.2.3 Một số kỹ thuật đánh giá quá trình kết tinh ...........................................10
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 15
2.1 Nguyên vật liệu, thiết bị ..................................................................................15
2.1.1 Nguyên vật liệu......................................................................................15
2.1.2 Thiết bị nghiên cứu ................................................................................16
2.2 Nội dung nghiên cứu .......................................................................................16
2.3 Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................16
2.3.1 Phương pháp bào chế ............................................................................16
2.3.2 Phương pháp đánh giá ...........................................................................17
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .......................... 21
3.1 Nghiên cứu tiền công thức ..............................................................................21
3.1.1 Xây dựng đường chuẩn định lượng rotundin bằng phương pháp đo
quang UV-VIS ..................................................................................................21


3.1.2 Độ tan bão hòa của rotundin trong một số dung môi………………….21
3.1.3 Kết quả hòa tan rotundin .......................................................................22
3.1.4 Trạng thái kết tinh của rotundin ............................................................23
3.2 Ảnh hưởng của polyme tới quá trình kết tinh của rotundin ......................25
3.2.1 Phương pháp tráng phim .......................................................................25
3.2.2 Trạng thái thù hình của rotundin qua nhiễu xạ tia X .............................28
3.3 Ảnh hưởng của polyme tới quá trình hòa tan của rotundin .......................30
3.3.1 Độ tan bão hòa của rotundin trong môi trường pH 6,8 .........................30
3.3.2 Phương pháp chuyển dung môi .............................................................31
3.3.3 Phương pháp chuyển pH .......................................................................34
3.4 Nghiên cứu tương tác giữa rotundin và polyme ..........................................38

3.4.1 Phổ hồng ngoại ......................................................................................38
3.4.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ..................................................................39
3.5 Sơ bộ đánh giá độ ổn định của hệ phân tán rắn tối ưu ...............................41
3.5.1 Đánh giá trạng thái thù hình của rotundin qua phổ nhiễu xạ tia X .......41
3.5.2 Khả năng hòa tan của hệ phân tán rắn chứa rotundin ...........................41
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .................................................................................. 43
Kết luận .................................................................................................................. 43
Đề xuất ................................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CH2Cl2

Dicloromethan

DC

Dược chất

DĐVN

Dược điển Việt Nam

DSC

Quét nhiệt lượng vi sai

HPMCAS

Hydroxypropyl methyl cellulose acetat succinat

HPMC

Hydroxypropyl Methycellulose

HPMCP

Hydroxypropyl Methycellulose Phtalat

HPTR

Hệ phân tán rắn

1

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (phổ proton)

H NMR

KTTP

Kích thước tiểu phân

IR

Phổ hồng ngoại

MeOH

Methanol

PAA

Acid polyacrylic

PLM

Kính hiển vi ánh sáng phân cực

PVP

Polyvinylpyrrolidon

PVP-VA

Polyvinylpyrrolidon Vinyl acetat

RTD

Rotundin

TB±ĐLC

Trung bình ± độ lệch chuẩn

Tg

Nhiệt độ chuyển dạng thủy tinh

VĐH

Vô định hình

XRD

Phổ nhiễu xạ tia X

MeOH

Methanol


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Một vài nghiên cứu về quá trình kết tinh của dược chất ..........................14
Bảng 2.1. Nguyên liệu và các hóa chất làm nghiên cứu ...........................................15
Bảng 2.2. Thiết bị nghiên cứu ...................................................................................16
Bảng 3.1. Độ tan bão hòa của rotundin trong một số dung môi ...............................22
Bảng 3.2. Thiết kế thí nghiệm tráng phim: rotundin – polyme.................................26
Bảng 3.3. Độ tan bão hòa rotundin trong môi trường đệm pH 6,8 có chứa polyme 30
Bảng 3.4. Thiết kế công thức hệ phân tán rắn ...........................................................35
Bảng 3.5. Bảng thiết kế thí nghiệm mẫu hệ phân tán rắn chứa HPMCP ..................37


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Công thức cấu tạo phân tử của rotundin ....................................................2
Hình 1.2. Mô hình mô tả quá trình kết tinh của dược chất từ HPTR [29]. ................4
Hình 1.3. Kết quả tráng phim itraconazol và kollidon VA 64 .................................11

Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ
rotundin trong methanol ............................................................................................21
Hình 3.2. Kết quả hòa tan rotundin bằng phương pháp chuyển dung môi ..............22
Hình 3.3. Kết quả hòa tan rotundin bằng phương pháp chuyển pH.........................23
Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc giữa cường độ nhiễu xạ và góc 2-theta ...24
Hình 3.5. Hình dạng tinh thể rotundin .....................................................................24
Hình 3.6. Kết quả tráng phim rotundin bảo quản theo thời gian .............................25
Hình 3.7. Kết quả tráng phim rotundin - polyme (1-1) theo thời gian....................27
Hình 3.8. Kết quả tráng phim rotundin – HPMCP với các tỉ lệ khác nhau .............28
Hình 3.9. Phổ nhiễu xạ tia X của nguyên liệu RTD, HPTR chứa HPMC, HPMCP29
Hình 3.10. Khả năng cải thiện độ tan của loại polyme ............................................31
Hình 3.11. Khả năng cải thiện độ tan của lượng polyme .........................................33
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn % RTD hòa tan theo phương pháp chuyển pH ...........35
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn % rotundin hòa tan của mẫu hệ phân tán rắn chứa
HPMCP theo phương pháp chuyển pH .....................................................................37
Hình 3.14. Phổ hồng ngoại: RTD, polyme, HPTR các mẫu ...................................38
Hình 3.15. Cấu trúc hóa học của rotundin và HPMCP ............................................39
Hình 3.16. Phổ 1H-NMR của: nguyên liệu RTD, HPMCP và các tỷ lệ khác nhau
của hệ chứa RTD – HPMCP .....................................................................................40
Hình 3.17. Phổ nhiễu xạ tia X của nguyên liệu rotundin, HPTR chứa HPMCP với
các tỷ lệ khác nhau ....................................................................................................41
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn % RTD hòa tan theo thời gian của các mẫu HPTR chứa
HPMCP ở các tỷ lệ khác nhau theo phương pháp chuyển pH ..................................42


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, sự ra đời của hàng loạt dược chất mới đã đóng góp một phần quan
trọng cho nhu cầu điều trị. Tuy nhiên, có tới 40% dược chất trong các chế phẩm

thuốc trên thị trường có độ tan kém [41]. Từ đó dẫn tới giảm sinh khả dụng của
dược chất khi dùng theo đường uống. Đã có nhiều biện pháp được ứng dụng để giải
quyết vấn đề này. Trong đó, hệ phân tán rắn là một trong những phương pháp được
sử dụng rất nhiểu để giải quyết vấn đề về độ tan của dược chất kém tan trong nước,
qua đó cải thiện sinh khả dụng của dược chất. Tuy nhiên, dược chất trong hệ phân
tán rắn, trong quá trình bảo quản có thể bị kết tinh lại, dẫn tới độ tan của dược chất
sẽ giảm đi khi tiếp xúc với dịch sinh học, như vậy sẽ làm giảm hiệu quả cải thiện độ
tan dược chất của hệ phân tán rắn. Do đó, điều cần thiết là phải nghiên cứu quá trình
kết tinh của dược chất khi tiếp xúc với các điều kiện môi trường khác nhau, từ đó
tìm những chất ức chế quá trình kết tinh của dược chất. Hiện nay, polyme là một
chất được sử dụng rộng rãi trong bào chế để giải quyết vấn đề này [26], [38].
Rotundin là một dược chất được sử dụng từ lâu với tác dụng an thần, gây ngủ.
Đây là một alkaloid có tính bazơ, không tan trong nước, có độ tan phụ thuộc vào pH
môi trường. Tan tốt ở pH 1,2 nhưng khi chuyển sang pH 6,8 thì nó có thể bị kết tinh
lại. Hệ phân tán rắn là một biện pháp được ứng dụng để giải quyết vấn đề này. Tuy
nhiên trong quá trình bảo quản, dược chất vẫn có thể bị kết tinh, dẫn tới giảm độ tan
của rotundin trong môi trường nước, giảm hấp thu, giảm sinh khả dụng của thuốc.
Với mục đích tìm hướng khắc phục tình trạng bị kết tinh lại của rotundin khi thay
đổi pH môi trường, khi bảo quản, nhằm cải thiện sinh khả dụng, nhóm nghiên cứu
tiến hành đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng polyme tới quá trình kết tinh và hòa tan
của rotundin” với 2 mục tiêu sau:
1. Nghiên cứu lựa chọn polyme có khả năng ức chế trạng thái kết tinh lại và
tăng độ hòa tan của rotundin.
2. Ứng dụng polyme tìm ra để bào chế được hệ phân tán rắn chứa rotundin.


2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về rotundin

1.1.1 Công thức cấu tạo
H 3CO
H 3CO

N
OCH 3
OCH 3

Hình 1.1. Công thức cấu tạo phân tử của rotundin
Tên khoa học:
5,8,13,13a – tetrahydro – 2,3,9,10 – tetramethoxy – 6H – dibenzo[a,g]quinolizin.
Tên khác: l - tetrahydropalmatin, gindarin, caseanin, hyndarin.
Công thức phân tử: C21H25NO4; khối lượng phân tử: 355,4 g/mol.
1.1.2 Tính chất lý hóa
Lý học: Tinh thể màu trắng hay hơi vàng, không mùi, không vị. Bị chuyển
thành màu vàng khi tiếp xúc với ánh sáng hoặc nhiệt. Tan trong cloroform, hơi tan
trong ethanol và ether, không tan trong nước, dễ tan trong acid sulfuric loãng [1].
Hóa học: rotundin có N bậc ba, có phản ứng với thuốc thử chung của alkaloid,
tạo muối với các acid vô cơ.
1.1.3 Tác dụng dược lý
Rotundin có tác dụng an thần gây ngủ, hạ huyết áp, điều hòa nhịp tim, giãn cơ
trơn, do đó giảm các cơn đau do co thắt cơ trơn. Ngoài ra rotundin còn có tác dụng
hỗ trợ điều trị cai nghiện.
Trong nghiên cứu của Zheng Yang và cộng sự [48] về tác dụng của rotundin để
làm giảm tình trạng thèm thuốc và tăng tỷ lệ cai thuốc trên 120 người nghiện
heroin, 120 người này được sử dụng rotundin loại viên 30 mg, ngày 2 lần trong
khoảng thời gian một tháng, xét nghiệm một tháng sau đó và theo dõi thêm ba tháng
tiếp theo. Kết quả chỉ rằng: rotundin làm giảm đáng kể các triệu chứng cai nghiện,
đặc biệt là giảm triệu chứng thèm thuốc, tăng tỉ lệ người cai nghiện thành công,
giảm tỷ lệ người tái nghiện. Cơ chế được cho là: rotundin là chất đối vận với

3

receptor dopalmin, đặc biệt là D2 và D3, hai receptor này đóng vai trò quan trọng
trong việc giảm tình trạng thèm thuốc. Ngoài ra cũng có rất nhiều nghiên cứu trên
mô hình động vật chứng minh rotundin có tác dụng trong điều trị nghiện heroin [44]
và nghiện cocain [23].
Một nghiên cứu khác của Nguyễn Hoàng Anh và cộng sự [3] vừa công bố năm
2016 đã chứng minh được rằng rotundin với liều 0,3 mg/kg hoặc 1,0 mg/kg có tác
dụng giải lo trên chuột nhắt trắng được gây lo âu bằng phương pháp nuôi cô lập.
1.2 Tổng quan về động học quá trình kết tinh
Theo hệ thống phân loại sinh dược học (BCS), các dược chất được chia thành 4
nhóm chính: nhóm 1 – độ tan tốt, tính thấm tốt; nhóm 2 – độ tan kém, tính thấm tốt;
nhóm 3 - độ tan tốt, tính thấm kém; nhóm 4: độ tan kém, tính thấm kém. Độ tan và
tính thấm sẽ ảnh hưởng tới sinh khả dụng của thuốc khi dùng đường uống. Với vấn
đề về độ tan, đã có rất nhiều phương pháp tiến hành để cải thiện độ tan của dược
chất như giảm kích thước tiểu phân, sử dụng chất diện hoạt, tạo dạng muối, tạo
phức với cyclodextrin,... Một trong những phương pháp được ứng dụng nhiều trong
bào chế là tạo hệ phân tán rắn, mục đích để tạo dạng vô định hình của dược chất,
qua đó cải thiện một cách đáng kể độ tan cho dược chất khi được dùng theo đường
uống. Hệ phân tán rắn là một hệ rắn trong đó một hay nhiều dược chất được phân
tán trong một hay nhiều chất mang trơ về mặt tác dụng dược lý, được điều chế bằng
phương pháp thích hợp [16], [2].
Tuy nhiên dược chất lại có thể bị kết tinh trong quá trình bảo quản hay khi tiếp
xúc với dịch sinh học trong cơ thể.
Sau đây sẽ trình bày sơ lược về quá trình kết tinh của dược chất, những yếu tố
ảnh hưởng và một số kỹ thuật đánh giá quá trình kết tinh của dược chất.
1.2.1 Cơ chế kết tinh của dược chất
Quá trình kết tinh của dược chất từ dung dịch bao gồm 2 con đường: kết tinh qua

cốt (matrix crystallization), kết tinh trung gian qua dung dịch (solution-meditated
crystallization).


4

Hình 1.2. Mô hình mô tả quá trình kết tinh của dược chất từ HPTR [29].
1.2.1.1 Kết tinh qua cốt polyme
Quá trình hòa tan hệ phân tán rắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tỷ lệ DC – polyme,
độ tan và độ nhớt của polyme, độ tan của dược chất (phụ thuộc vào DC tồn tại ở
dạng tinh thể hay vô định hình), cũng như các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hòa
tan của dược chất như diện tích bề mặt. Khi lượng dược chất sử dụng cao hơn
polyme, thì tốc độ giải phóng thường được kiểm soát bởi dược chất, còn khi lượng
dược chất sử dụng ít hơn polyme thì tốc độ giải phóng thường được kiểm soát bởi
polyme [39]. Trên thực tế có rất nhiều hệ phân tán rắn, lượng DC dùng ít hơn so với
polyme, do đó polyme sẽ quyết định tới việc giải phóng DC khỏi hệ. Những trường
hợp này, việc giải phóng DC ra khỏi hệ cần được xem xét dựa trên việc giải phóng
thuốc từ cốt giàu polyme. Như hệ phân tán rắn chứa BMS-A sử dụng 2 polyme
HPMCAS và PVP-VA, hàm lượng DC chiếm 40% [18]. Trong nghiên cứu này,
phần hệ phân tán rắn không tan được lấy ra, làm khô và phân tích xem liệu trong đó
DC có tồn tại ở dạng tinh thể hay không. Trong dung dịch, PVP-VA tan nhanh hơn
DC nên làm tăng lượng DC chưa hòa tan, dẫn tới dược chất kết tinh nhanh chóng.
HPMCAS có độ tan tương tự như DC nên không phát hiện được phần DC chưa hòa
tan trong dung dịch. Do đó HPMCAS hiệu quả hơn PVP-VA trong việc ức chế kết


5

tinh dược chất. Điều này có thể do tốc độ hòa tan của PVP-VA quá nhanh làm giảm
hiệu quả bảo vệ của nó với DC.

1.2.1.2 Kết tinh qua trung gian dung dịch
Trường hợp DC giải phóng vào dung dịch nhanh hơn quá trình kết tinh từ cốt
polyme, thì sẽ tạo ra dung dịch quá bão hòa [36], khi đó cần đánh giá tác động của
polyme tới quá trình ức chế kết tinh của DC trong dung dịch quá bão hòa. Quá trình
kết tinh bao gồm hai giai đoạn: quá trình tạo mầm tinh thể từ những hạt nhỏ
(embryonic crystal) và quá trình phát triển từ mầm thành tinh thể (2 giai đoạn này
có thể xảy ra đồng thời). Mỗi quá trình này sẽ được mô tả sau đây.
 Quá trình tạo mầm tinh thể (nucleation)
Quá trình tạo mầm tinh thể: các phân tử tự tập hợp lại với nhau, khi đạt tới một
giới hạn nhất định thì sẽ xuất hiện mầm tinh thể. Quá trình này xảy ra trong dung
dịch quá bão hòa. Số lượng phân tử có thể từ mười cho tới vài nghìn. Các phân tử
(A) có thể tập hợp lại với nhau như mô hình sau:
A + A ↔ A2

A2 + A ↔ A3

An-1 + A ↔ An

Cứ như vậy, ion hay phân tử trong dung dịch tương tác với nhau tạo thành những
khối tồn tại trong thời gian ngắn, hoặc những lớp hay thậm chí có thể tạo ra mạng
lưới tinh thể. Quá trình này xảy ra nhanh chóng và chỉ có ở những phần dung dịch
có trạng thái quá bão hòa. Sau đó những hạt nhân này có thể bị hòa tan trở lại do nó
rất kém ổn định. Tuy nhiên, một khi những hạt này đạt tới một kích thước nhất định
thì những hạt đó sẽ ổn định và tiếp tục phát triển tạo thành mầm tinh thể, rồi phát
triển thành tinh thể [21].
Mầm tinh thể có thể chia làm 2 loại: mầm sơ cấp và mầm thứ cấp [21].
Mầm sơ cấp xuất hiện trong những hệ mà trong đó không có bất kỳ một loại tinh
thể nào, mầm thứ cấp thì hình thành xung quanh những tinh thể đã có sẵn trong hệ,
thường là những dung dịch có sẵn tinh thể trong đó. Mầm sơ cấp có thể xảy ra một
cách tự phát hoặc là do sự tác động của những dị thể (heterogeneous) chẳng hạn

như tạp chất xuất hiện trong dung dịch.


6

Tốc độ tạo mầm J, được tính theo công thức sau [29]:
∆ ∗ ∆

J=A
Trong đó:
∆G* = ∆GS + ∆GV = 4пr2ɣ +

пr3∆Gv ; ∆GV =

∆

(

)

∆G*: năng lượng nhiệt động học ngăn cản quá trình tạo mầm; ∆Ga: năng lượng kích
hoạt để phân tử di chuyển tới các mầm tinh thể đang phát triển; ∆GS: năng lượng
cần để hình thành bề mặt mới; ∆GV: chênh lệch năng lượng tự do giữa pha vô định
hình và pha tinh thể; A: hệ số mũ; T: nhiệt độ; kB: hằng số Boltzman; ɣ: sức căng bề
mặt giữa tiểu phân và dung dịch; ∆Hfus: biến thiên nhiệt của phản ứng; Tm: nhiệt độ
nóng chảy của dạng tinh thể.
Công thức trên cho thấy:
Các hạt nhân cần đạt được một bán kính nhất định thì mới có thể phát triển tiếp
để tạo mầm.
Tốc độ tạo mầm phụ thuộc vào nhiệt độ, khi mức chênh lệch (Tm-T) tăng thì tốc

độ tạo mầm tăng và tăng đến một giá trị cực đại sau đó giảm. Điều này được cho là
do khi giảm nhiệt độ thì tính linh động của phân tử giảm, độ nhớt tăng. Như vậy có
thể thấy, tốc độ tạo mầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố gồm: nhiệt động học (độ tan,
nhiệt độ,..), động học (trạng thái quá bão hòa, tính linh động của phân tử,…), cấu
trúc (liên kết hydro,…).
Ngoài ra, liên quan đến quá trình tạo mầm còn có thời gian mầm xuất hiện, t
[29], đó là khoảng thời gian từ khi hệ bào chế được cho vào dung dịch cho tới khi
xuất hiện mầm tinh thể: t = kc1-p
Trong đó: k: là hằng số; p: số lượng phân tử trong một hạt nhân tới hạn, c: nồng độ
dung dịch quá bão hòa ban đầu.
Thời gian này có thể từ vài giây cho tới vài ngày, phụ thuộc vào mức độ quá bão
hòa của dung dịch.


7

 Quá trình phát triển tạo tinh thể (crystal growth)
Khi tồn tại các mầm kết tinh trong dung dịch, các phân tử trong dung dịch sẽ
chuyển dần tới bề mặt các mầm này và phát triển lớn dần tạo thành các tinh thể.
Jackson [22] đã đưa ra mô hình lý thuyết tính toán tốc độ phát triển tinh thể như
sau:

v=

ʌ

−

∆

[1 − exp −

∆

]

Trong đó: a: đường kính phân tử, D: hệ số khuếch tán, ʌ: khoảng cách khuếch tán; f:
tỷ lệ vùng bề mặt lớn lên; ∆S: sự chênh lệch entropy giữa 2 pha; k: hằng số khí
Boltzmann, ∆G: chênh lệch năng lượng tự do giữa 2 pha, T: nhiệt độ.
Tốc độ phát triển, trước tiên sẽ tăng khi nhiệt độ giảm, do sự tăng của lực nhiệt
động học, và sau đó sẽ giảm do giảm tính linh động của phân tử. Do đó, tốc độ phát
triển từ mầm thành tinh thể sẽ có một giá trị cực đại.
Nhìn chung, động học quá trình kết tinh: phụ thuộc vào tốc độ tạo mầm, tạo tinh
thể, thời gian để mầm hình thành. Nếu không có những yếu tố ảnh hưởng chẳng hạn
như tạp chất trong dung dịch thì thời gian để hình thành mầm là tương đối lớn.
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình kết tinh của dược chất
1.2.2.1 Yếu tố về dược chất
 Yếu tố vể cấu trúc
Đặc tính cấu trúc thường được sử dụng để mô tả đặc điểm nhiệt động học của
trạng thái vô định hình so với dạng tinh thể. Đặc tính này bao gồm: entropy cấu trúc
(Sconf), biến thiên entropy (∆Sm), enthalpy cấu trúc (Hconf), năng lượng tự do cấu trúc
(Gconf), nhiệt dung cấu trúc (Cp,conf). Zhou [15] chỉ ra rằng những hợp chất có Sconf
cao nhất và tính linh động thấp nhất thì biểu hiện xu hướng kết tinh thấp nhất.
Trong nghiên cứu so sánh độ ổn định vật lý của hệ phân tán rắn chứa felodipin và
nifedipin, Marsac [27] đã chỉ ra rằng nifedipin kết tinh dễ dàng hơn felodipin do lực
thúc đẩy nhiệt động học cho quá trình kết tinh của nifedipin là cao hơn so với
felodipin (Gconf).


8

 Tính linh động của phân tử
Quá trình kết tinh bị ảnh hưởng mạnh bởi sự chuyển động của các phân tử [11].
Thông thường, tốc độ kết tinh sẽ tăng nếu như tính linh động của phân tử tăng, tất
cả các yếu tố khác được giữ cố định. Trong nhiều yếu tố làm tăng tính linh động của
phân tử thì nhiệt độ và độ ẩm là quan trọng nhất.
Tính linh động của phân tử thay đổi theo nhiệt độ. Tính linh động ảnh hưởng
khác nhau tới quá trình tạo mầm và quá trình tạo tinh thể. Tốc độ tạo mầm tối đa
thường xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn so với tốc độ tạo tinh thể [30].
Andronis chỉ ra rằng khi tăng độ ẩm bảo quản hệ phân tán indomethacin thì cũng
làm tăng độ ẩm hấp thụ vào hệ, dẫn đến làm giảm Tg và làm tăng tốc độ kết tinh
[6]. Trong nghiên cứu về ảnh hưởng của độ ẩm tới quá trình kết tinh của felodipin
và nifedipin [32], Marsac cho thấy tốc độ tạo mầm tinh thể của cả 2 dược chất này
như một hàm của độ ẩm. Khi tăng độ ẩm từ 0% tới 75%, tốc độ tạo mầm của hệ
chứa nifedipin tăng từ 2000/m3/s lên tới 400000/m3/s, còn với hệ chứa felodipin thì
tốc độ tăng chậm hơn, từ 300/m3/s lên tới 2000/m3/s.
Ngoài nhiệt độ, độ nhớt cũng là một yếu tố tác động tới tính linh động của phân
tử.
1.2.2.2 Yếu tố về tá dược
Những hệ phân tán vô định hình đơn thành phần (hệ chỉ có dược chất) sẽ kết tinh
nhanh hơn thời gian bảo quản mong muốn của sản phẩm, vì vậy cần phải đưa thêm
vào những chất ức chế kết tinh. Hiện nay, polyme đã được sử dụng rộng rãi để ức
chế kết tinh cũng như cải thiện hòa tan. Ở phần này sẽ chỉ nêu ra sơ lược về ảnh
hưởng của polyme.
Polyme chỉ có hiệu quả ức chế kết tinh dược chất khi polyme và dược chất trộn
lẫn với nhau ở mức độ phân tử. Do đó trước tiên cần xem xét khả năng trộn lẫn giữa
dược chất và polyme.
 Khả năng trộn lẫn giữa dược chất và polyme
Các thành phần của một hệ bào chế được coi là trộn lẫn ở mức độ phân tử khi
chúng tạo ra một hệ mà những thuộc tính của hệ khác với những thuộc tính ban đầu

9

của các thành phần trong hệ (chẳng hạn Tg của hệ khác với Tg của dược chất và
polyme được sử dụng trong hệ bào chế).
Vì thế, nếu trong hệ xảy ra quá trình kết tinh của dược chất, thì hệ sẽ không được
coi là trộn lẫn nữa. Trong nghiên cứu xác định sự tách pha trong hệ phân tán rắn
chứa itraconazol và eudragit E100 [25], Karel Six chỉ ra rằng với hàm lượng DC từ
20% trở lên thì hệ có sự tách pha, biểu hiện qua xuất hiện hai giá trị Tg, điều này
chứng tỏ ở nồng độ này DC và polyme không thể trộn lẫn thành một pha đồng nhất.
 Ảnh hưởng của loại polyme tới quá trình kết tinh dược chất
Tốc độ kết tinh dược chất của hệ phân tán rắn vô định hình phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như: xu hướng kết tinh của bản thân DC [27], nhiệt độ bảo quản [51], hàm
lượng nước [49], lượng và loại polyme sử dụng [49]. Polyme có khả năng làm giảm
xu hướng kết tinh của DC là do polyme làm ổn định hệ, bao gồm giảm tính linh
động của phân tử [13], phá vỡ tương tác DC – DC [50], hình thành tương tác giữa
polyme – dược chất [50].
Hầu hết những loại polyme được sử dụng trong hệ phân tán rắn, có Tg cao
(thường >1000C). Tg của DC khoảng 2/3Tm (theo nhiệt độ Kelvin), do đó, Tg của
DC thường từ -450C (ibuprofen [17], Tm = 770C) tới 1000C (ví dụ: telaprevir,
Tg=1050C, Tm=2460C [7]). Do đó, nếu polyme có Tg cao hơn kết hợp với DC có Tg
thấp hơn thì polyme này sẽ hoạt động như một chất hóa dẻo, làm giảm tính linh
động của phân tử DC trong hệ vô định hình và hạn chế phân tử DC di chuyển tới
hình thành hạt nhân, do đó làm giảm xu hướng kết tinh. Ngoài ra, những polyme có
khối lượng phân tử cao sẽ làm tăng Tg cuả dược chất, dẫn tới hiệu quả hơn trong ức
chế kết tinh [26].
Khả năng ức chế kết tinh còn phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của polyme. Một
nghiên cứu về khả năng ức chế tái kết tinh acetaminophen của PAA và PVP, chỉ ra
rằng PAA có hiệu quả hơn PVP, có thể là do tương tác nhóm carboxyl của PAA với

nhóm hydroxyl của acetaminophen mạnh hơn tương tác giữa nhóm carbonyl của
PVP với hydroxyl của acetaminophen [51].


10

1.2.2.3 Phương pháp bào chế
Trong bào chế, có nhiều phương pháp tạo hệ vô định hình như: làm lạnh nhanh
từ hệ đang nóng chảy, ngưng tụ từ dạng hơi, kết tủa từ dung dịch và làm khô [14].
Mỗi phương pháp khác nhau sẽ cho hệ những đặc tính nhiệt động học khác nhau.
Và do đó thời gian hình thành tinh thể cũng khác nhau. Ví dụ về hệ vô định hình
của trehalose [34] được bào chế theo 4 phương pháp: loại nước (dehydrated), đông
khô, phun sấy, đun chảy (melt-quenched). Dựa trên quan sát những yếu tố nhiệt
động học người ta thấy rằng xu hướng kết tinh của hệ bào chế theo phương pháp
loại nước có xu hướng kết tinh cao nhất, tiếp theo đó là đông khô, phun sấy và cuối
cùng là đun chảy.
Ngoài ra phương pháp bào chế còn ảnh hưởng tới kích thước tiểu phân của dược
chất, kích thước tiểu phân nhỏ hơn thì kết tinh nhanh hơn so hệ có kích thước tiểu
phân lớn hơn [42]. Có thể do, với hệ có kích thước tiểu phân nhỏ hơn thì tỉ lệ diện
tích bề mặt trên thể tích lớn hơn so với hệ có kích thước tiểu phân lớn hơn, do đó
kết tinh nhanh hơn.
1.2.3 Một số kỹ thuật đánh giá quá trình kết tinh
1.2.3.1 Kính hiến vi ánh sáng phân cực
Hầu hết những dược chất tồn tại ở dạng kết tinh có tính không đẳng hướng và do
đó nó có hiện hượng khúc xạ kép. Còn khi tồn tại ở dạng vô định hình, thì các dược
chất này có tính đẳng hướng và không có hiện tượng khúc xạ kép. Kính hiển vi ánh
sáng phân cực là một kỹ thuật làm tăng cường tương phản giúp cải thiện hình ảnh
khúc xạ kép. Những vùng tinh thể thường chỉ ra có màu. Còn dạng vô định hình thì
thường chỉ có màu nhẹ so với nền, thường là màu đen. Do đó, có thể dễ dàng phát
hiện được một lượng nhỏ tinh thể trong hệ vô định hình. Với kính hiển vi ánh sáng

phân cực thì chỉ cần một lượng mẫu nhỏ. Do đó, đây là một kĩ thuật sàng lọc dễ
dàng.
Eerdenbrugh đã ứng dụng phương pháp này bằng cách: hòa tan DC và polyme
trong một dung môi, đổ dung dịch lên lớp nền trong suốt, sau đó bay hơi dung môi
thu được hệ phân tán rắn vô định hình. Khả năng ức chế kết tinh của các polyme


11

trong suốt quá trình bay hơi và bảo quản theo thời gian có thể dễ dàng đánh giá
bằng cách kiểm tra lớp phim dùng kính hiển vi ánh sáng phân cực [10].
Một nghiên cứu khác cũng ứng dụng kỹ thuật này để đánh giá trạng thái kết tinh
của itraconazol [31]. Dưới đây là một số hình ảnh của itraconazol cùng với polyme
kollidon VA 64 ở 3 tỷ lệ dược chất – polyme khác nhau (0-1, 2-8, 3-7) dưới kính
hiển vi ánh sáng phân cực:

Hình 1.3. Kết quả tráng phim itraconazol và kollidon VA 64
Trong hình trên, a,b,c là là mẫu ngay sau tráng phim, d,e,f là mẫu sau bảo quản 1
tháng trong điều kiện 400C, 75% độ ẩm. Hình ảnh cho thấy mẫu DC – polyme ở tỷ
lệ 3-7 sau 1 tháng xuất hiện hiện tượng khúc xạ kép, chứng tỏ có xuất hiện kết tinh.
Nghiên cứu cũng sử dụng công cụ nhiễu xạ tia X để khẳng định lại kết quả này.
1.2.3.2 Phổ nhiễu xạ tia X
Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) là một trong những tiếp cận thông thường nhất được
sử dụng để phát hiện và định lượng sự có mặt của tinh thể trong hệ vô định hình.
Việc phát hiện tinh thể trong hệ phân tán rắn vô định hình là dựa trên sự xuất hiện
của những đỉnh nhiễu xạ chồng lên phổ của hệ vô định hình. Điều quan trọng khi áp
dụng phương pháp này là cần chuẩn bị được một cỡ mẫu thích hợp đại diện được
cho cả hệ phân tán rắn. Nếu có tương tác giữa DC và polyme trong hệ phân tán rắn
thì nó sẽ ảnh hưởng tới hình dạng đường vô định hình. Do đó, hỗn hợp vật lí của
DC và polyme không thể cho hình dạng nhiễu xạ tương tự như hỗn hợp DC polyme được trộn lẫn ở mức độ phân tử. Dựa trên sự khác nhau này, phổ nhiễu xạ

tia X được sử dụng để đánh giá khả năng trộn lẫn.
Có nhiều nghiên cứu sử dụng phổ nhiễu xạ tia X làm công cụ đánh giá trạng thái
của hệ phân tán rắn. Chẳng hạn đánh giá ảnh hưởng của loại polyme và độ ẩm lên


12

động học kết tinh của felodipin [4]. Kết quả cho thấy, PVP và HPMC có hiệu quả
ức chế tái kết tinh felodipin tương tự nhau ở điều kiện độ ẩm thấp nhưng khi độ ẩm
tăng lên 75% thì quá trình kết tinh hệ chứa PVP xảy ra nhanh hơn. Hiệu quả ổn định
HPTR chứa resveratrol của các loại polyme khác nhau cũng được đánh giá qua đỉnh
nhiễu xạ (đỉnh kết tinh) trên phổ nhiễu xạ tia X theo thời gian [45].
1.2.3.3 Quét nhiệt lượng vi sai
Quét nhiệt lượng vi sai thường để xác giá trị Tg của DC hoặc của hệ phân tán rắn.
Biết được giá trị Tg khá quan trọng vì quá trình kết tinh được biết đến là xảy ra
nhanh hơn khi nhiệt độ ở trên Tg so với khi nhiệt độ ở dưới Tg [43]. Do đó tốt hơn
nhất là tạo ra hệ phân tán rắn có Tg cao hơn nhiệt độ bảo quản mẫu.
Một ứng dụng quan trọng khác của quét nhiệt lượng vi sai là xác định liệu có kết
tinh xảy ra hay không (xuất hiện điểm thu nhiệt). Yoshihashi [46] đã sử dụng
phương pháp này để đánh giá động học kết tinh của một hệ phân tán rắn. Mẫu được
chạy chương trình nhiệt (làm nóng – làm lạnh – rồi giữ ở một nhiệt độ không đổi),
sau đó quan sát khi nào có hiện tượng kết tinh. Đo thời gian xuất hiện kết tinh, qua
đó xác định được rằng PVP có hiệu quả làm giảm tốc độ tạo mầm và nó hiệu quả
với tolbutamid hơn flurbiprofen.
Phương pháp này cũng được ứng dụng trong việc xác định lượng DC đã kết tinh
trong hệ phân tán rắn [47] bằng cách: làm nóng mẫu lên trên Tg, độ lớn của lượng
nhiệt thu vào này được sử dụng để ước tính lượng nguyên liệu vô định hình còn lại.
Khi tăng thời gian bảo quản, nhiều nguyên liệu đã kết tinh và do đó lượng nhiệt thu
vào giảm. Phần nifedipin vô định hình còn lại được tính toán từ tỉ số của lượng
nhiệt thu được sau khi bảo quản trong một thời gian nhất định với mẫu vô định hình

ban đầu.
1.2.3.4 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân được sử dụng để đánh giá một vài khía cạnh của hệ
phân tán rắn. Bao gồm: khả năng trộn lẫn DC và polyme [9], tinh linh động của
phân tử [8], tương tác phân tử [5], phát hiện [33] và định lượng tinh thể trong hệ
phân tán [24].


13

Trong nghiên cứu tương tác hydro giữa acetaminophen và PVP, Tatton đã chỉ ra
có sự dịch chuyển vị trí pic của 14N, 1H trong hệ phân tán rắn chứa 2 chất này so với
phổ của từng chất, từ đó chứng minh được có sự tương tác giữa DC và polyme [5].
1.2.3.5 Phổ hồng ngoại
Hiện nay phổ hồng ngoại được ứng dụng nhiều trong ngành bào chế để đánh giá
khả năng trộn lẫn giữa dược chất và polyme qua đó chứng minh tương tác giữa DC
và polyme. Trong nghiên cứu của Hajime Konno và cộng sự đã cho thấy, có sự dịch
chuyển số sóng của nhóm N-H và carbonyl trên phổ của hệ phân tán rắn so với phổ
của DC và polyme [19], sự tương tác này chứng minh có sự trộn lẫn DC và polyme
ở mức độ phân tử.
Khi sử dụng phổ hồng ngoại, cần lưu ý tới việc kiểm soát loại bỏ ẩm. Vì nước có
thể làm che khuất đi dải hấp thụ của tương tác DC – polyme [28]. Ngoài ra hấp thụ
ẩm có thể phá vỡ tương tác này, làm tách thành 2 pha vô định hình. Do đó làm giảm
hiệu quả ức chế tái kết tinh DC của polyme [28] [35].


14

Bảng 1.1. Một vài nghiên cứu về quá trình kết tinh của dược chất
Phương

Năm TLTK

Dược chất

Polyme

pháp

bào chế
(Công cụ đánh

Kết quả

giá)

2012
[45]

Resveratrol

PVP,

PVP có tương tác hydro mạnh

HPMC,

với dược chất, eudragit E100

HPMCAS,

Cô quay

do có tương tác kiểu acid-base

PAA,

(XRD, IR, DSC)

với dược chất nên 2 polyme

Eudragit

này có hiệu quả ức chế kết tinh

E100,

resveratrol tốt nhất.
Tốc độ kết tinh phụ thuộc vào

2012
[42]

Đùn chảy
Felodipin

PVP

(XRD; PLM;
Ramma)

kích thước tiểu phân, càng nhỏ
kết tinh càng nhanh. Hệ chỉ có
felodipin kết tinh trong 7 ngày,
khi có thêm PVP thì ổn định tới
6 tháng.

2011
[40]

Ibipinabant

PVP

Tạo hạt khô

Độ ẩm có ảnh hưởng đáng kể

(Ramma)

tới độ ổn định của ibipinabant.
Có tương tác giữa felodipin và
PVP trên phổ IR, ngoài ra Tg

2006
[19]

PVP,
Felodipin

HPMC,

HPMCAS

Cô quay
(IR, DSC)

của hệ chứa felodipin và PVP
có tăng Tg, nên hệ chứa 2 thành
phần này ổn định hơn hệ của
dược chất với HPMC hay
HPMCAS

2006

Tolbutamid,

[46]

flurbiprofen

PVP

Cô quay
(DSC)

PVP có hiệu quả ức chế kết
tinh với cả 2 dược chất, nhưng
với tolbutamid tốt hơn.


15

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nguyên vật liệu, thiết bị
2.1.1 Nguyên vật liệu
Bảng 2.1.Nguyên liệu và các hóa chất làm nghiên cứu
STT

Nguyên liệu

Nguồn gốc

Tiêu chuẩn

1

Rotundin

Việt Nam

DĐVN IV

2

HPMCP 55

Nhật

TCNSX

3

Eudragit L100

Đức

TCNSX

4

HPMC 606

Nhật

TCNSX

5

PVP K30

Trung Quốc

TCNSX

6

PEG 6000

Singapo

TCCS

7

Eudragit EPO

Đức

TCNSX

8

Eudragit E100

Đức

TCNSX

9

Aereosil 200

Trung Quốc

TCNSX

10

Ethanol

Trung Quốc

TCNSX

11

Dicloromethan

Trung Quốc

TCNSX

12

Methanol

Trung Quốc

TCNSX

13

Acid Clorohydric

Trung Quốc

TCNSX

14

Natri hydroxit

Trung Quốc

TCNSX

15

Trinatri phosphat

Trung Quốc

TCNSX

16

Kali dihydrophosphat

Trung Quốc

TCNSX

17

Dinatri hydrophosphat

Trung Quốc

TCNSX

16

2.1.2 Thiết bị nghiên cứu
Bảng 2.2.Thiết bị nghiên cứu
STT

Thiết bị

Xuất xứ

1

Máy thử độ hòa tan ERWERKA DT 600

Đức

2

Máy ly tâm Hermle Z200A

Đức

3

Máy quang phổ UV-VIS OPTIMA SP-3000

Nhật

4

Máy đo pH Eutech Instruments pH 510

Nhật

5

Máy phun sấy Buchi mini spray dryer B 191

Đức

6

Kính hiển vi Nikon Eclipse Ci-L/Camera: DS-Fi2-U3

Nhật

7

Máy lọc nước PURELAB Classic UV, ELGA

Anh

8

Máy quang phổ hồng ngoại FTIR Shimadzu

Nhật

9

Máy cộng hưởng từ hạt nhân Bruker Avance 500

Đức

10

Tủ vi khí hậu Climacell MMM

Anh

11

Bể lắc điều nhiệt WiseBath

Đức

2.2 Nội dung nghiên cứu
 Nghiên cứu xây dựng mô hình đánh giá ảnh hưởng của polyme tới quá trình kết
tinh và hòa tan của rotundin.
 Đánh giá tương tác giữa rotundin và polyme tối ưu.
 Sơ bộ đánh giá độ ổn định của hệ phân tán rắn chứa rotundin và polyme tối ưu.
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp bào chế
Phương pháp bào chế hệ phân tán rắn: Phương pháp phun sấy.
Hòa tan rotundin và polyme vào hỗn hợp dung môi methanol - dicloromethan (11), với hàm lượng chất rắn là 10%. Sau đó phân tán 5% aerosol.
Mẫu đem đi phun sấy với thông số phun sấy như sau:
‐

Nhiệt độ đầu vào: 600C

‐

Tốc độ thông gió: 70%

‐

Tốc độ phun dịch: 5 ml/phút


17

2.3.2 Phương pháp đánh giá
2.3.2.1 Định lượng rotundin trong methanol
Định lượng rotundin bằng phương pháp đo quang, tham khảo DĐVN IV, phát
triển phương pháp định lượng rotundin trong dung môi methanol [1].
Mẫu chuẩn:
Cân chính xác khoảng 0,0500 g rotundin hòa tan vừa đủ trong 100 ml MeOH
được dung dịch A (dd A).
Pha loãng dung dịch A để được dãy chuẩn có nồng độ trong khoảng 5-50 μg/ml.
Mẫu trắng là MeOH. Đo độ hấp thụ quang của dãy dung dịch chuẩn tại bước
sóng 281 nm.
Mẫu thử: Pha loãng mẫu thử bằng dung môi ở tỷ lệ nhất định để được nồng độ
dung dịch thử trong khoảng 5-50 μg/ml. Đo độ hấp thụ quang của mẫu thử và mẫu
chuẩn ở bước sóng 281 nm. Xây dựng đường chuẩn và phương trình biểu diễn mối
quan hệ độ hấp thụ và nồng độ rotundin để tính toán kết quả.
2.3.2.2 Xác định độ tan bão hòa rotundin trong một số dung môi
Phương pháp tiến hành xác định độ tan bão hòa được tham khảo theo nghiên cứu
Kang và cộng sự [12]. Cho vào mỗi ống thủy tinh có nắp đậy khoảng 5 ml dung môi
(có hoặc không có polyme đã hòa tan trước đó), cho một lượng dư rotundin vào
ống. Đậy chặt nắp và cho vào bể lắc điều nhiệt ở nhiệt độ 250C trong 48 giờ với tốc

độ 250 vòng/phút. Sau đó lấy các ống thử, ly tâm ở 5000 vòng/phút trong 10 phút,
hút lớp dịch phía trên đem lọc qua màng lọc 0,2 µm. Sau đó pha loãng bằng
methanol và định lượng. Nồng độ rotundin hòa tan được xác định bằng phương
pháp đo quang tại bước sóng 281 nm.
2.3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của polyme tới quá trình kết tinh
 Phương pháp tráng phim
Phương pháp tiến hành được tham khảo theo nghiên cứu của Parikh [31]. Hòa tan
một lượng rotundin và polyme (polyme sử dụng với các tỉ lệ khác nhau) vào hỗn
hợp dung môi methanol : dicloromethan (1:1) sao cho hàm lượng chất rắn đạt 0,2
g/ml. Nhỏ một giọt lên phiến kính thủy tinh, tiến hành cán một lớp mỏng bề dày