BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐẶNG THUỲ LINH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
KỸ THUẬT VI LƯU ĐỂ BÀO CHẾ
LIPOSOME VÀ TIỂU PHÂN NANO
POLYME

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2018


BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐẶNG THUỲ LINH
MÃ SINH VIÊN: 1301232

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ
THUẬT VI LƯU ĐỂ BÀO CHẾ
LIPOSOME VÀ TIỂU PHÂN NANO
POLYME
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
Người hướng dẫn:
1. TS. Trần Thị Hải Yến
2. ThS. Lý Công Thành
Nơi thực hiện:
Bộ môn Bào chế

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................2
1.1 Kĩ thuật vi lưu ...................................................................................................2
1.1.1. Khái niệm ............................................................................................... 2
1.1.2. Các thông số vật lí .................................................................................. 2
1.1.3. Cấu tạo của kênh vi lưu .......................................................................... 3
1.1.4. Phân loại ................................................................................................. 5
1.1.5. Ứng dụng ................................................................................................ 7
1.2. Ứng dụng công nghệ vi lưu để bào chế một số hệ tiểu phân nano ..................7
1.2.1. Bào chế hệ tiểu phân nano liposome ...................................................... 7
1.2.2. Bào chế tiểu phân nano polyme ........................................................... 10
1.2.3. Ưu nhược điểm của công nghệ vi lưu trong bào chế hệ tiểu phân nano
........................................................................................................................13
1.2.4. Nâng cấp quy mô với kĩ thuật vi lưu.................................................... 13
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................16
2.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................16
2.2. Hóa chất, nguyên liệu, thiết bị nghiên cứu ....................................................16
2.2.1. Hóa chất và nguyên liệu sử dụng ......................................................... 16
2.2.2. Thiết bị ................................................................................................. 16
2.3. Nội dung nghiên cứu......................................................................................17
2.4. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................17
2.4.1. Thiết kế kênh vi lưu ............................................................................. 17


2.4.2. Chế tạo kênh vi lưu .............................................................................. 18
2.4.3. Đánh giá kích thước kênh sau chế tạo ................................................. 20
2.4.4. Bào chế hệ tiểu phân nano liposome trắng bằng kĩ thuật vi lưu .......... 20
2.4.5. Bào chế hệ tiểu phân nano polyme trắng bằng kĩ thuật vi lưu ............. 21
2.4.6. Đánh giá một số đặc tính tiểu phân nano ............................................. 21

Bảng 3.6. KTTP trung bình và PDI của nano polyme tại các FRR (TFR= 8,3 µl/s) ...36
Bảng 3.7. KTTP trung bình và PDI của nano polyme tại các FRR (TFR=11,1 µl/s) ...37


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Một số dạng cấu tạo hình học đơn giản của chip vi lưu ..................................3
Hình 1.2. Hình ảnh 1 chip vi lưu và sơ đồ hoạt động để sản xuất liposome ...................4
Hình 1.3. Mô hình cấu trúc trộn xương cá so le trong kênh vi lưu .................................5
Hình 1.4. Sơ đồ hình thành liposome trong dòng chảy tập trung ....................................6
Hình 1.5. Một số mô hình đơn giản sử dụng trong hệ thống dòng chảy nhỏ giọt...........6
Hình 1.6. Mô hình thí nghiệm hình thành liposome .......................................................7
Hình 1.7. Liposome mang metformin.HCl, glipizid được sản xuất bằng phương pháp
vi lưu MHF ..............................................................................................................9
Hình 1.8. Hình ảnh của các phương pháp MHF với 5 cổng đầu vào để chuẩn bị các
liposome chứa oligonucleotide ................................................................................9
Hình 1.9. Sơ đồ thiết bị bào chế liposome indomethacin bằng kỹ thuật vi lưu ............10
Hình 1.10. Cấu trúc PNP ...............................................................................................11
Hình 1.11. Các chip với dạng hình học khác nhau để bào chế PLGA-Dox PNP .........12
Hình 1.12. Một số mô hình bào chế PNP ......................................................................13
Hình 1.13. Nâng cấp quy mô thiết bị vi lưu bằng cách kết hợp các tương tác .............14
Hình 1.14. Hình ảnh thiết bị nhỏ giọt quy mô lớn Telos...............................................15
Hình 1.15. Hình ảnh hệ thống NanoAssemblr™ Benchtop ..........................................15
Hình 2.1. Quá trình hình thành liên kết đồng trị giữa lam kính và PDMS ...................19
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình chế tạo kênh vi lưu...............................................................19
Hình 3.1. Thiết kế kênh vi lưu dùng trong thí nghiệm cùng các thông số ....................23
Hình 3.2. Hình ảnh khuôn mica và khuôn epoxy ..........................................................24
Hình 3.3. Khuôn PDMS ................................................................................................24
Hình 3.4. Kênh vi lưu sử dụng trong thí nghiệm...........................................................25
Hình 3.5. Hình ảnh kiểm tra kích thước khuôn mica tại các vị trí ................................25
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi KTTP trung bình và PDI của liposome theo

Tên viết tắt

Tên đầy đủ

Re

Số Reynolds

KTTP

Kích thước tiểu phân

PDI

Chỉ số đa phân tán (Polydisperity index)

TFR

Tổng tốc độ dòng (Total flow rate)

FRR

Tỉ lệ tốc độ dòng (Flow rate ratio)

SHM

Cấu trúc trộn xương cá so le
(Staggered herringbone micromixer)

PDMS

Poly (acid lactic-co-glycolic)-Doxorubicin

PLGA-PEG

Poly (acid lactic-co-glycolic)-b-poly (ethylen glycol)

ON

Oligonucleotide

PTFE

Polytetraflouroethylen

N

Nước

D

Dầu

s

Giây


ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngành dược phẩm thế giới đang có một bước tiến lớn với sự phát triển mạnh mẽ
của công nghệ nano trong việc bào chế các dạng thuốc và bước đầu đã đạt được những

1.1 Kĩ thuật vi lưu
1.1.1. Khái niệm
Vi lưu là công nghệ thao tác và xử lý chất lỏng trong vi kênh - là các kênh có kích
thước từ hàng chục đến hàng trăm micromet. Sự chuyển động của chất lỏng trong các
kênh kích cỡ siêu nhỏ tạo ra những đặc tính độc đáo, mang lại nhiều ứng dụng trong
các lĩnh vực khác nhau [47].
1.1.2. Các thông số vật lí
Sự chuyển động của chất lỏng được phân loại thành hai chế độ: chế độ chảy thành
lớp song song và chế độ chảy hỗn loạn. Số Reynolds là một trong những thông số vật
lí được quan tâm nhất để phản ánh sự chuyển động của chất lỏng ở quy mô cỡ
microlit.
Số Reynolds thường được ký hiệu là Re và được tính theo công thức:
Re =

ρul
µ

=

ul
Ʋ

Trong đó: ρ là là mật độ vật chất của môi trường đang xét (kg/m3).
u là vận tốc đặc trưng của dòng chảy (m/giây).
l là quy mô tuyến tính (độ dài) đặc trưng của dòng chảy (m).
µ là độ nhớt động lực học của môi trường.
Ʋ là độ nhớt động học của môi trường.
Trong cơ học chất lưu, chỉ số Reynolds là một giá trị không thứ nguyên biểu thị độ
lớn tương đối giữa ảnh hưởng gây bởi lực quán tính và lực ma sát (tính nhớt) lên dòng
chảy. Sự chuyển tiếp của chỉ số Re nói chung trong khoảng 1500 - 2500 mang lại

Cấu trúc của kênh vi lưu
Các chip vi lưu đơn giản nhất hiện nay bao gồm các vi kênh được tạo khuôn trong
một khối polyme được gắn với một mặt phẳng. Một số cấu tạo hình học đơn giản của
chip hay được sử dụng là cấu trúc chữ T, chữ Y hay cấu trúc chữ thập (hình 1.1) [42].

Hình 1.1. Một số dạng cấu tạo hình học đơn giản của chip vi lưu [42]
A- Cấu trúc chữ T; B- Cấu trúc chữ Y; C- Cấu trúc chữ thập
3


Trong chip vi lưu, chất lỏng được tiêm vào hay dẫn ra ngoài thông qua các lỗ nhỏ
gọi là đầu vào (inlet) và đầu ra (outlet). Hệ thống này được tích hợp với hệ thống bên
ngoài để đẩy dòng chảy một cách chủ động như bơm xilanh, bơm nhu động, thiết bị
điều khiển áp suất (hình 1.2) [47].

Hình 1.2. Hình ảnh 1 chip vi lưu và sơ đồ hoạt động để sản xuất liposome
Trong ứng dụng kĩ thuật vi lưu để bào chế nano, các điều kiện của dòng chảy ảnh
hưởng trực tiếp đến quá trình phản ứng trong vi kênh. Hai thông số dòng chảy được
quan tâm là:
 Tổng tốc độ dòng (Total flow rate) = Tốc độ của pha nước + pha dung môi.
 Tỉ lệ dòng chảy giữa hai pha (Flow rate ratio) = Tốc độ pha nước / tốc độ pha
dung môi.
Việc kiểm soát tổng tốc độ dòng và tỉ lệ dòng chảy giữa hai pha đem lại những
thành công trong tổng hợp tiểu phân nano nhỏ, đồng nhất với năng suất cao [8], [18],
[30], [31] .
Cấu trúc vi trộn xương cá so le trong kênh vi lưu
Đối với nhiều phản ứng, tốc độ trộn có thể quyết định tốc độ tạo thành sản phẩm,
đặc biệt là các phản ứng liên quan đến quá trình chuyển khối trong chất lỏng. Sự pha
trộn chất lỏng được xem xét ở hai cấp độ vĩ mô và vi mô. Ở cấp độ vĩ mô, quá trình
trộn liên quan đến việc phân bố chất lỏng này vào chất lỏng kia, thường đạt được bằng

1.1.4.1. Hệ thống vi dòng chảy tập trung
Hệ thống vi dòng chảy tập trung (MHF) là kỹ thuật vi dòng được nghiên cứu rộng
rãi nhất, tạo ra các sản phẩm liposome với sự kiểm soát tinh vi về kích thước.
5


Mô hình thí nghiệm: 1 dung dịch đệm (pha nước) chảy dọc từ hai phía đối diện của
một kênh hình chữ nhật, trong khi dung dịch phospholipid trong alcol isopropyl chảy
giữa các lớp nước dọc theo trục của kênh (hình 1.4). Trong mô hình này, pha trộn giữa
dung dịch phospholipid/alcol và dung dịch nước được xảy ra trong vi kênh. Sự khuếch
tán của dung môi đồng tan vào nước làm giảm độ tan của phospholipid dẫn đến tự lắp
ráp phospholipid thành các chuỗi đơn, chuỗi lớp kép cuối cùng đóng thành liposome
[33].

Hình 1.4. Sơ đồ hình thành liposome trong dòng chảy tập trung [33]
1.1.4.2. Hệ thống vi dòng chảy nhỏ giọt
Hình ảnh một số mô hình vi dòng chảy nhỏ giọt đơn giản được minh họa trong hình
1.5.

Hình 1.5. Một số mô hình đơn giản sử dụng trong hệ thống dòng chảy nhỏ giọt [42]
(DP: pha phân tán; CP: môi trường phân tán; E: nhũ tương)
Mô hình thí nghiệm (hình 1.6): Ban đầu, chuẩn bị nhũ tương nước trong hexan bằng
phương pháp vi lưu sử dụng sorbitan monooleat và stearylamin làm chất nhũ hoá. Các
giọt nhũ tương nước/hexan được tạo ra. Các hạt nhũ tương này được đưa vào trong 1
dung môi hữu cơ khác (toluen + cloroform) có chứa phospholipid. Sau đó nước được
thêm vào hệ, nhũ tương kép N/D/N được tạo thành. Các lớp đơn phospholipid được
xếp tại bề mặt phân cách pha dầu và nước. Khi bốc hơi pha dầu, các lớp đơn hòa trộn
6



nghệ vận dụng sự chuyển động của dòng chất lỏng trong các vi kênh, tạo ra một quá
trình hòa trộn nhanh và có kiểm soát, một môi trường phản ứng đồng nhất. Do đó, nó
là một công nghệ hấp dẫn cho nhiều ứng dụng trong tổng hợp hóa học và phân tích
sinh học. Việc kiểm soát tinh tế của dòng chảy và điều kiện trộn trong vi kênh đã được
áp dụng để làm thay đổi kích thước và cải tiến tính đồng nhất kích thước hạt. Cách
phát triển phương pháp vi lưu để điều khiển sự hình thành liposome là một phương
pháp mới đầy tiềm năng để sản xuất liposome với chất lượng được kiểm soát dễ dàng
hơn [10], [35], [42].
1.2.1.2. Một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi lưu để bào chế hệ liposome
Các nghiên cứu ở nước ngoài
S. Joshi và cộng sự (2016) nghiên cứu sản xuất liposome đóng gói đồng thời tiểu
phân thuốc thân nước và thân dầu bằng kĩ thuật vi dòng chảy tập trung (hình 1.7) [18].
Pha nước gồm metformin.HCl hòa tan trong dung dịch đệm, pha lipid gồm glipizid và
các phospholipid hòa tan trong alcol. Thiết bị vi lưu với cấu trúc tương tác SHM và
chiều rộng lòng kênh 300 µm được sử dụng trong thí nghiệm. Tiến hành dẫn 2 pha
nước và lipid vào 2 kênh đầu vào, kiểm soát tổng tốc độ dòng từ 5 đến 15 ml/phút và tỉ
lệ tốc độ dòng pha nước/pha lipid từ 5:1 đến 1:1. Kết quả thí nghiệm cho thấy, tại mọi
TFR, khi FRR=1:1 có khuynh hướng tạo ra các túi lớn nhất, kích thước khoảng 200 300 nm với giá trị PDI từ 0,38 - 0,67. Khi tăng tỷ lệ dòng nước/dung môi tới 3:1 làm
giảm kích cỡ của liposome đến khoảng 120 - 130 nm và khi tăng đến tỉ lệ 5: 1 làm
giảm kích thước đến 80 - 90 nm với PDI khoảng 0,11 - 0,22. Kết luận rằng TFR không
có ảnh hưởng đáng kể đến kích thước liposome, trong khi đó FRR lại có ảnh hưởng
quan trọng đến kích thước tiểu phân.

8


Hình 1.7. Liposome mang metformin.HCl, glipizid được sản xuất bằng phương
pháp vi lưu MHF [18]
Koh và cộng sự (2009) bào chế liposome chứa oligonucleotide bằng kĩ thuật vi
dòng chảy tập trung. Oligonucleotide (ON) đang được chú ý ứng dụng như một liệu

thì lại không có ảnh hưởng đáng kể đến KTTP và PDI. Cùng với FRR, TFR cũng ảnh
hưởng đến KTTP và phân bố KTTP của liposome. Cụ thể, ở hai giá trị FRR gần nhau
(6,75 và 6,82) khi TFR tăng từ 93 ml/phút đến 187,7 ml/phút, KTTP và PDI giảm
mạnh từ 207 nm (PDI=0,388) xuống 149,0 nm (PDI=0,164). Ngược lại, tại hai giá trị
FRR gần bằng nhau (7,8 và 7,96) việc tăng tổng tốc độ dòng TFR từ 184,7 ml/phút
(KTTP=157,3 nm; PDI=0,235) đến 217 ml/phút (KTTP= 166,8 nm; PDI=0,187) hầu
như không ảnh hưởng đến KTTP và PDI. Như vậy, có thể thấy tại khoảng FRR không
ảnh hưởng đến KTTP và PDI thì TFR cũng không ảnh hưởng, còn ở khoảng FRR còn
ảnh hưởng đến KTTP và PDI thì TFR cũng ảnh hưởng.

Hình 1.9. Sơ đồ thiết bị bào chế liposome indomethacin bằng kỹ thuật vi lưu [3]
1.2.2. Bào chế tiểu phân nano polyme
1.2.2.1. Hệ tiểu phân nano polyme
Trong những năm gần đây, các tiểu phân nano polyme (polyme nanoparticle - PNP)
nhận được sự quan tâm đáng kể với tiềm năng ứng dụng trong phạm vi rộng như chẩn
10


đoán và phân phối thuốc. Ưu điểm của PNP là khả năng giải phóng có kiểm soát, bảo
vệ các phân tử thuốc và tác dụng tại đích, tạo điều kiện nâng cao chỉ số điều trị [23],
[21]. Các tiểu phân nano polyme có thể có cấu trúc vi nang (nanocapsules) hay vi cầu
(nanospheres) (hình 1.10). Với cấu trúc vi nang, PNP có hình thái lõi - vỏ với một
khoang chứa nước hoặc dầu, trong đó thuốc được giới hạn và được bao quanh bởi một
lớp vỏ polyme. Với cấu trúc vi cầu, PNP là tiểu phân cầu trong đó thuốc và các
polyme được phân tán đồng đều [2], [12].

Tiểu phân thuốc
Polyme

Hình 1.10. Cấu trúc PNP [12]

độ dòng chảy, thành phần polyme và nồng độ polyme, thu được các PNP có kích
thước nhỏ, phân bố kích thước tiểu phân hẹp, hiệu suất tải thuốc cao với sự phóng
thích dược chất chậm hơn. Tuy nhiên, một trong những thách thức của việc sử dụng
MHF 2D là các PNP có xu hướng tập hợp lại, do đó làm tắc nghẽn kênh.
Rhee và cộng sự (2011) thiết kế thiết bị MHF 3D (hình 1.12.B) khắc phục được
những nhược điểm trên và thu được các chế phẩm đồng nhất về lô mẻ [37].
Lim và cộng sự (2014) phát triển một thiết bị MHF 3D nâng cấp quy mô bằng cách
tăng số lượng tương tác, cho phép tổng hợp PNP với tốc độ sản xuất có thể tăng lên
đáng kể. Cụ thể, khi sử dụng kết hợp 8 thiết bị MHF 3D năng suất là 84 mg/giờ cao
hơn đáng kể so với thiết bị MHF 3D đơn lẻ 4,5 mg/giờ ở điều kiện dòng chảy tương tự
(Hình 1.12.C) [25].

12


Hình 1.12. Một số mô hình bào chế PNP
(A) Thiết bị 2D; (B) Thiết bị 3D; (C) Thiết bị 3D nâng cấp quy mô
1.2.3. Ưu nhược điểm của công nghệ vi lưu trong bào chế hệ tiểu phân nano
Ưu điểm: So với các phương pháp truyền thống để bào chế các tiểu phân nano
mang thuốc, phương pháp vi lưu có nhiều ưu điểm [10]:
 Đơn giản.
 Tiểu phân nano thu được có kích thước đồng nhất, hiệu suất bắt giữ thuốc cao.
 Kiểm soát được các đặc tính của các tiểu phân thông qua việc kiểm soát các
thông số như tốc độ dòng chảy, tỉ số tốc độ dòng của 2 pha...
 Có thể nâng cấp quá trình thông qua tăng số lượng tương tác.
Nhược điểm: Thiết bị kích thước micromet không có sẵn, cần chế tạo tinh vi, giá
thành cao.
1.2.4. Nâng cấp quy mô với kĩ thuật vi lưu
Để có thể nâng cấp một quy trình sản xuất thường khá phức tạp, nhìn chung
thường trải qua 3 pha:

từ (14 µm x 17µm) đến (100 µm x 105 µm). Hệ thống cho phép tối đa 70 chip vi
14


lưu hoạt động song song với bộ máy bơm có thể nạp cho tất cả các kênh. Các giọt
thu được có kích thước từ 20 µm đến 150 µm phụ thuộc vào chip sử dụng và thông
số dòng chảy. Tốc độ sản xuất lên đến 500.000 giọt/giây, tương đương với tốc độ
sản xuất theo phương pháp truyền thống. Hệ thống được ứng dụng trong sản xuất
các giọt nhỏ, hạt hoặc sản xuất nhũ tương.

Hình 1.14. Hình ảnh thiết bị nhỏ giọt quy mô lớn Telos [50]
(A) Một chip vi lưu Telos; (B) Hệ thống nhỏ giọt Telos
 Hệ thống NanoAssemblr™ Benchtop (Nhà sản xuất: Precision Nanosystems Inc.,
Vancouver, British Columbia, Canada) (Hình 1.15) [47].

Hình 1.15. Hình ảnh hệ thống NanoAssemblr™ Benchtop [47]
NanoAssemblr™ Benchtop là một hệ thống tổng hợp hạt nano, các bộ chip vi lưu
đa dạng về kích thước và cấu trúc. Dung tích sản xuất của thiết bị từ 1 đến 20 ml mỗi
mẻ. Hệ thống cho phép kiểm soát kích thước theo quy trình và thành phần - thậm chí
tinh chỉnh các thông số quá trình như tỷ lệ pha trộn, tốc độ dòng chảy và thành phần
lipid. Hệ thống được ứng dụng trong tổng hợp hạt liposome, nano polyme.
15


CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
 Kênh vi lưu.
 Hệ tiểu phân nano liposome trắng.
 Hệ tiểu phân nano polyme trắng.
2.2. Hóa chất, nguyên liệu, thiết bị nghiên cứu

Đức

NSX

4

Ethanol tuyệt đối

Trung Quốc

DĐVN V

5

Isopropanol

Trung Quốc

DĐVN V

6

Aceton

Trung Quốc

DĐVN V

7


11

SYLGARD 184 Silicone Elastomer

Dow CorningUSA

NSX

2.2.2. Thiết bị
-

Hệ thống cất quay Rovapor R – 210 (Buchi, Đức), bình cầu NS 29/32, dung
tích 250 ml (Buchi, Đức).

-

Bể siêu âm Wiseclean (Wisd laboratory instrument, Đức).

-

Máy khuấy từ gia nhiệt WiseStir® (Wisd laboratory instrument, Đức).

-

Hệ thống thiết bị phân tích kích thước Zetasizer nano ZS90, Malvern (Anh).
16