Niên-luận-Tanh Hai PDF

Preview

Summary

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNKHOA HÓA HỌCVũ Tuấn AnhLương Thị HảiNghiên cứu tổng hợp và đánh giá độ bền của nanocurcuminBÁO CÁO NIÊN LUẬNNgành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học(Chương trình đào tạo chuẩn)Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Thế DũngHà Nội – 2020[1] G. Ipek Yucelen, R. E. ...

Description

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC

Vũ Tuấn Anh Lương Thị Hải

Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá độ bền của nano curcumin

BÁO CÁO NIÊN LUẬN Ngành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học (Chương trình đào tạo chuẩn)

Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Thế Dũng

Hà Nội – 2020 1

[1] G. Ipek Yucelen, R. E. Connell, J. R. Terbush, D. J. Westenberg, and F. Dogan, “Synthesis and immobilization of silver nanoparticles on aluminosilicate nanotubes and their antibacterial properties,” Appl. Nanosci., vol. 6, no. 4, pp. 607–614, Apr. 2016, doi: 10.1007/s13204015-0467-x. LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới TS. Nguyễn Thế Dũng, người đã cho bọn em đề tài và tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất tại phòng bộ môn Công Nghệ Hóa Học cho bọn em trong quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thiện báo cáo Niên Luận kì này. [1] Chúng em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa, các anh chị và các bạn đã nhiệt tình chỉ bảo, tạo mọi điều kiện, động viên và giúp đỡ bọn em trong suốt quá trình thực hiện Niên luận. Em xin chân thành cảm ơn[1]

Hà Nội, tháng 6 năm 2020 Sinh viên thực hiện Vũ Tuấn Anh Lương Thị Hải

1

2

DANH MỤC VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt

Tên đầy đủ

CUR PVP K30 UV-VIS

Curcumin Polyvinyl pyrrolidone K30 Ultraviolet-visible spectroscopy Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét Polyethulene glycols

DPPH SEM PEG

3

Mục Lục Chương I.Tổng quan.....................................................................................................................7 1.1Giới thiệu chung......................................................................................................................7 1.1.1 Nguồn gốc.......................................................................................................................7 1.1.2 Thành phần và tính chất..................................................................................................7 1.2 Các Kỹ thuật đóng gói curcumin..........................................................................................11 1.2.1. Vi nhũ tương.................................................................................................................11 1.2.2. Trùng hợp vi nhũ tương và trùng hợp nhũ tương.........................................................12 1.2.3. Sấy phun.......................................................................................................................13 1.2.4. Bay hơi dung môi.........................................................................................................13 1.2.5. Đóng gói hạt nano lõi dầu............................................................................................14 1.2.6. Đóng gói Liposome......................................................................................................14 1.2.7. Kết tủa kháng dung môi...............................................................................................15 1.2.8 Nanoprecipitian (Dịch chuyển dung môi).....................................................................15 1.2.9 Kết tủa chống dung môi siêu tới hạn (SAS)..................................................................16 1.3 Các kỹ thuật tổng hợp nano curcumin.................................................................................16 1.3.1. Sử dụng máy nghiền cơ học và siêu âm.......................................................................16 1.3.2 Phương pháp kết tinh chống phá hủy............................................................................17 1.4 Ứng dụng..............................................................................................................................18 1.4.1 . Chống ung thư.............................................................................................................18 1.4.2 Chống viêm loét, kháng khuẩn......................................................................................19 1.4.3 Chống oxi hóa...............................................................................................................20 1.5. Các sản phẩm thương mại hóa............................................................................................20 1.5.1 Trên thế giới..................................................................................................................20 1.5.2 Ở Việt Nam....................................................................................................................22 Chương II.THỰC NGHIỆM......................................................................................................24 2.1 Nội dung nghiên cứu............................................................................................................24 2.2 Hóa chất,thiết bị,dụng cụ thí nghiệm...................................................................................24 2.2.1 Hóa chất.........................................................................................................................24 2.2.2 Dụng cụ.........................................................................................................................24 4

2.2.3 Thiết bị...........................................................................................................................24 2.3 Phương pháp tổng hợp nano curcumin................................................................................25 2.4 Đánh giá độ bền của CUR trong môi trường kiềm..............................................................25 2.5 Đánh giá kiểm chứng sự có mặt của Cur sau khi trung hòa axit HCl dưới sự có mặt của PVP K30.....................................................................................................................................25 2.6 Các phương pháp phân tích..................................................................................................25 2.6.1 Phương pháp hấp thụ phân tử UV-VIS..........................................................................25 2.6.2 Phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR).......................................................25 Tài Liệu Tham Khảo...................................................................................................................27

5

Danh mục Hình

6

Danh mục bảng

7

Lời mở đầu

8

Chương I.Tổng quan 1.1Giới thiệu chung 1.1.1 Nguồn gốc Curcumin là gia vị màu vàng có nguồn gốc từ thân rễ của Curcuma longa L (hay còn gọi là cây nghệ ). Cây này có nguồn gốc từ Ấn Độ và ở Đông Nam Á nó thường được sử dụng trong nấu ăn và để điều trị một loạt các rối loạn trong y học nhiều năm về trước [1]. Ở Việt Nam Nghệ được trồng nhiều ở Tây Nguyên và miền Bắc. Từ lâu con người đã biết sử dụng tất cả mọi thành phần của cây nghệ để làm thuốc chữa bệnh, làm gia vị, làm phẩm màu cho việc chế biến thực phẩm. Trong y học cổ truyền, nghệ được sử dụng để chữa các bệnh như: bệnh loét dạ dày, loét ngoài da, bệnh hen suyễn, chữa bỏng.

1.1.2 Thành phần và tính chất Chiết xuất dung môi hữu cơ từ rễ của Curcuma Longa (củ nghệ) sau đó kết tinh lại thường được định nghĩa là curcumin. Tuy nhiên, chiết xuất chuẩn bao gồm một hỗn hợp của ba thành phần polyphenolic; thành phần chính là 1,7-bis- (4-hydroxy-3-methoxy-phenyl) - hepta1,6-diene-3,5-dione (còn được gọi là curcumin hoặc Diferuloylmethane) ngoài desmethoxy (demethoxycurcumin) ) và các dẫn xuất bis-desmethoxy (bis- demethoxycurcumin) ở các tỷ lệ khác nhau (Hình 1).

Hình 1. Cấu trúc hóa học của ba thành phần chính trong chiết xuất curcumin. Curcumin là một sắc tố hòa tan trong dầu, thực tế không hòa tan trong nước ở pH axit và trung tính và hòa tan trong pH kiềm. Curcumin có dạng bột màu vàng cam huỳnh quang, không mùi, bền với nhiệt độ, không bền với ánh sáng. Nhiệt độ nóng chảy 180-1850C. Khi ở dạng dung dịch, curcumin dễ bị phân hủy bởi ánh sáng và nhiệt độ, tan trong chất béo, etanol, metanol, diclometane, acetone, axetic acid và hầu như không tan trong nước ở môi trường acid hay trung tính, tan trong môi trường kiềm tạo dung dịch màu đỏ máu rồi ngã tím.

9

Chiết xuất Curcumin có một lịch sử sử dụng lâu dài như một chất gia vị và chất tạo màu. Curcumin tương đối ổn định ở pH axit, nhưng nhanh chóng phân hủy ở pH kiềm thành axit ferulic và ferulolymethane, chất này tiếp tục phân hủy thành vanillin và acetone. Curcumin thể hiện tautome keto-enol và dạng enol được chứng minh là dạng chiếm ưu thế trong dung dịch nước.

Hình 1.2. Các nghiên cứu cho thấy cấu trúc dạng enol ổn định hơn về mặt năng lượng ở dạng rắn và dạng dung dịch. Các nhóm chức o-methoxyphenol và nguyên tử H trên gốc methylene đóng vai trò quan trọng trong hoạt tính chống oxy hóa của curcumin thông qua khả năng nhường điện tử cũng như nhường nguyên tử H tới các hợp chất có tính oxy hóa mạnh. Curcumin có khả năng tương tác với các phân tử sinh học thông qua cả liên kết không cộng hóa trị lẫn liên kết cộng hóa trị.Curcumin sở hữu các tính chất hóa học riêng biệt tạo điều kiện cho sự tương tác của nó với nhiều phân tử sinh học bao gồm protein, lipid và axit nucleic.Ví dụ, tương tác liên kết hydro thông qua hợp chất  - dicarbonyl, nhóm hydroxyl phenolic và nhóm methoxy. Mặc dù curcumin có các hoạt tính sinh học độc đáo, nó vẫn gặp phải một số hạn chế bao gồm: các vấn đề về đường tiêu hóa, sinh khả dụng kém do hấp thu kém, thời gian bán hủy ngắn, khả năng hòa tan kém trong dung dịch nước, loại bỏ nhanh hệ thống và hoạt động chống huyết khối có thể gây cản trở quá trình đông máu, Vì vậy trong những năm gần đây các nghiên cứu về curcumin tập trung vào phát triển các hệ thống phân phối hiệu quả sẽ làm tăng tính ổn định, tính ưa nước, tính khả dụng sinh học cũng như phân phối mục tiêu với hiệu quả điều trị nâng cao Ta có bảng độ tan của curcumin Bảng 1.1 Độ tan của Curcumin STT Vật liệu Độ tan Phương pháp Ứng dụng 1 CUR , H2O 3.2mg/l 2 3,9µg/ml Bay hơi dung môi Bướu cổ CUR, CD

4,9µg/ml 15,6 µg/ml

Làm khô Phương Autolate 10

Pháp

3

CUR, Tocopherol polyethylene glycol 1000 succinate, Nanosuspensi ons (NSs)

PEG 6000

4

Đồng nhất siêu âm điều chế

260µg/ml

1:1 1:4 1:8

CUR, PVP, PEG 6000, PEG 4000.

PEG 4000

1:1

1:4 1:8 PEG 6000

1:1 1:4 1:8

PEG 4000

46.778 µg/ml 20.205 µg/ml 31.882 µg/ml 33.305 µg/ml 33.138 µg/ml 50.543 µg/ml 1034.6 µg/ml

1:1

5.774 µg/ml

1;4

18.075 µg/ml 43.263 µg/ml

1:8 PEG 6000

20.585 µg/ml 42.343 µg/ml Phương pháp vật lý

Phương pháp nóng chảy

Nhược điểm không mong muốn của curcumin là khả năng hoà tan kém trong dung dịch nước vì vậy để tăng cường sinh khả dụng của nó, người ta được kết hợp curcumin vào một số hệ thống phân phối thuốc : -

Ứng dụng công nghệ nano để phát triển các dạng nano của curcumin

11

Việc ứng dụng công nghệ nano để phát triển các dạng nano của curcumin đã dẫn đến khả năng hòa tan trong nước, khả dụng sinh học và cơ chế phân phối của curcumin đều được nghiên cứu và chúng đã được chứng minh là hữu ích cho liệu pháp phối hợp các loại thuốc khác được kết hợp cùng với curcumin. Điều này đồng thời làm tăng thời gian bán hủy, giảm tác dụng phụ độc hại của curcumin dẫn đến cải thiện sinh khả dụng trong dược phẩm và hiệu quả điều trị. Lợi thế ứng dụng công nghệ nano trong phân phối thuốc là phân phối mục tiêu, theo đó thuốc được phân phối tại cơ quan đích với hiệu quả điều trị được cải thiện. Hiện nay, các loại thuốc nano khác nhau đang được các nhà nghiên cứu khác nhau đánh giá như: nanoemulsions, nanomicelles, nanoliposome, hạt nano, nanocarrier, ống nano, v.v. tăng cường khả năng hòa tan trong nước, độ ổn định sinh học và cơ chế phân phối mục tiêu của thuốc kết hợp và có thể được sử dụng để điều trị kết hợp trong đó hai hoặc nhiều loại thuốc được kết hợp vào một hệ thống phân phối thuốc. Chúng cũng làm tăng thời gian bán hủy và giảm tác dụng phụ độc hại của thuốc, dẫn đến cải thiện về sinh khả dụng trong dược phẩm và tăng hiệu quả điều trị -

Sử dụng các kĩ thuật đóng gói

Các kỹ thuật đóng gói đã được áp dụng rộng rãi cho một loạt các chất hoạt tính sinh học để cải thiện tính ổn định, sinh khả dụng và tính kỵ nước và cũng để tránh các tác dụng phụ gây ra bởi liều lượng cao do một số loại thuốc yêu cầu. Trong trường hợp của curcumin, đặc tính kỵ nước và độ ổn định thấp trong điều kiện kiềm, xử lý nhiệt, ánh sáng, ion kim loại, axit ascobic và các chất khác đã làm cho nó trở lên dễ dàng cho việc đóng gói. Các nghiên cứu trong những thập kỷ qua đã chứng minh rằng đóng gói curcumin là khả thi khi được thực hiện bằng các kỹ thuật như kích thích nano, micellization, nhũ hóa và miniemulsization sau khi loại bỏ dung môi, phản ứng liên kết ngang. Tuy nhiên, phải chú ý khi chọn quy trình đóng gói vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả đóng gói và cũng do sự tồn tại của các tương tác cụ thể với cấu trúc hóa học của curcumin. Một số ví dụ là polyme vô định hình hoặc bán tinh thể tổng hợp và bán tinh thể, hydrogel, chất mang micro hoặc nano rắn, quy trình phức ion . Trong trường hợp viên nang nano, sự ổn định keo cũng là một vấn đề vì sự kết tụ dẫn đến giảm diện tích bề mặt cụ thể nói chung và tốc độ giải phóng chậm. Về kích thước viên nang, mặc dù microscale thường dẫn đến tăng khả dụng sinh học, các sử dụng lâm sàng cụ thể như điều trị ung thư đòi hỏi viên nang nano do cơ chế thực bào. Tuy nhiên, microcapsules vẫn là một phương pháp có chi phí thấp, dễ dàng mở rộng quy mô để đóng gói curcumin. Các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc mô tả đặc tính của vật liệu thu được để đảm bảo curcumin được đóng gói đúng cách và phân phối đồng nhất . Ngoài ra, lợi ích về sinh khả dụng và tác dụng dược lý phải được chứng minh rộng rãi để bù đắp cho sự phức tạp gia tăng của các kỹ thuật đóng gói.

1.2 Các Kỹ thuật đóng gói curcumin Các kỹ thuật đóng gói đã được áp dụng rộng rãi cho một loạt các chất hoạt tính sinh học để cải thiện tính ổn định, sinh khả dụng và tính kỵ nước và cũng để tránh các tác dụng phụ gây ra bởi liều lượng cao do một số loại thuốc yêu cầu. Trong trường hợp của curcumin, đặc tính kỵ nước và độ ổn định thấp trong điều kiện kiềm, xử lý nhiệt, ánh sáng, ion kim loại, axit ascobic và các chất khác biến nó thành một ứng cử viên tự nhiên cho việc đóng gói. Các nghiên cứu trong những thập kỷ qua đã chứng minh rằng đóng gói curcumin là khả thi khi được thực hiện bằng các kỹ thuật như kích thích nano, 12

micellization, nhũ hóa và miniemulsization sau khi loại bỏ dung môi, phản ứng liên kết ngang. Tuy nhiên, phải chú ý khi chọn ma trận đóng gói vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả đóng gói và cũng do sự tồn tại của các tương tác cụ thể với cấu trúc hóa học của curcumin. Một số ví dụ là polyme vô định hình hoặc bán tinh thể tổng hợp và bán tinh thể, hydrogel, chất mang micro hoặc nano rắn, ma trận phức ion và. Trong trường hợp viên nang nano, sự ổn định keo cũng là một vấn đề vì sự kết tụ dẫn đến giảm diện tích bề mặt cụ thể nói chung và tốc độ giải phóng chậm. Về kích thước viên nang, mặc dù microscale thường dẫn đến tăng khả dụng sinh học, các sử dụng lâm sàng cụ thể như điều trị ung thư đòi hỏi viên nang nano do cơ chế thực bào. Tuy nhiên, microcapsules vẫn là một phương pháp có chi phí thấp, dễ dàng mở rộng quy mô để đóng gói curcumin. Các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc mô tả đặc tính của vật liệu thu được để đảm bảo curcumin được đóng gói đúng cách và phân phối đồng nhất dọc theo ma trận. Ngoài ra, lợi ích về sinh khả dụng và tác dụng dược lý phải được chứng minh rộng rãi để bù đắp cho sự phức tạp gia tăng của các kỹ thuật đóng gói.

1.2.1. Vi nhũ tương Hệ vi nhũ tương là hệ phân tán dị thể, gồm pha dầu và pha nước phân tán đồng nhất vào nhau và được ổn định bởi phân tử các chất điện hoạt trên bề mặt phân cách hai pha, có tính đẳng hướng về mặt quang học, ổn định về mặt nhiệt động giống như một dung dịch lỏng. Nhiều nghiên cứu trong việc sử dụng hệ vi nhũ tương nhằm tăng khả năng hòa tan cũng như tính ổn định của curcumin đã được triển khai. Bergonzi và cộng sự [2] đã nghiên cứu cải thiện khả năng hòa tan và tính ổn định cũng như sự hấp thu của curcumin bằng cách phát triển một vi nhũ tương dầu trong nước. Ba loại vi nhũ tương đã được phát triển và ổn định bởi các chất hoạt động bề mặt không ion Cremophor EL, Tween 20, Tween 80 hoặc Lecitin và chứa nhiều loại dầu như dầu ô liu, dầu mầm lúa mì, vitamin E. Tính ổn định hóa học và vật lý của ba hệ thống được đánh giá trong vòng hai tháng. Sự hấp thu của curcumin trong hệ vi nhũ tương tốt nhất đã được nghiên cứu in vitro trong ống nghiệm sử dụng xét nghiệm tính thấm màng nhân tạo song song. Công thức tối ưu bao gồm 3,3 g/100 g vitamin E, 53,8 g/100 g Tween 20, 6,6 g/100 g ethanol và nước (36,3 g/100 g), với độ hòa tan tối đa của curcumin lên tới 14,57 mg / ml và tỷ lệ phần trăm thẩm thấu qua màng nhân tạo khoảng 70%. Khả năng thẩm thấu qua da của curcumin thông qua hệ vi nhũ tương cũng đã được Sintov nghiên cứu [3]. Ông đánh giá tiềm năng phân phối qua da của một hệthống vi nhũ tương mới. Ba loạt thí nghiệm đã được thực hiện để nghiên cứu các đặcđiểm của hệ thống: nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nước đến độ thẩm thấu của curcumin, nghiên cứu ảnh hưởng của vi nhũ tương đến tính thấm. Độ thẩm thấu của curcumin từ vi nhũ tương, chứa 5%, 10% của curcumin lên tính thấm của nó và đánh giá sự đóng góp của phế nang tự nhiên và 20% nước (1% curcumin) được đo in vitro sử dụng da chuột. Ông đã chứng minh rằng hệ số thấm của curcumin trong công thức chứa 10% nước (ME-10) cao hơn gấp đôi so với các giá trị thu được trong các công thức với 5% và 20% nước. Lời giải thích cho kết quả này có thể là sự giảm kích thước giọt và nồng độ curcumin trong giọt vi nhũ tương khi pha nước giảm từ 20% xuống 5%.

1.2.2. Trùng hợp vi nhũ tương và trùng hợp nhũ tương Trùng hợp vi nhũ tương là phương pháp phổ biến nhất để điều chế mạng polymer với hàm lượng chất rắn cao và tốc độ phản ứng nhanh. Trong phản ứng trùng hợp vi nhũ tương, các 13

hạt được tạo ra trong pha vi nhũ ổn định nhiệt động có chứa các micell. Để tiến hành trùng hợp nhũ tương, dung môi được chọn phải không hòa tan monomer và polymer sản phẩm với polymer sản phẩm có thể dễ dàng keo tụ với phương pháp thông thường. Duan và đồng nghiệp[4]đã tổng hợp hạt nano curcumin-chitosan-poly(butyl cyanoacrylate) bằng kỹ thuật trùng hợp nhũ tương. Ông đã thu được các hạt có dạng hình cầu, với kích thước trung bình 200nm và hiệu suất đóng gói 90.04%. Trong các nghiên cứu in vitro, hạt nano curcumin đã cho thấy khả năng điều trị tương đương với curcumin tự do trong ức chế tăng trưởng của tế bào ung thư gan và tác dụng thúc đẩy chết lập trình của tế bào. Shaikh và cộng sự đã đóng gói curcumin trong poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) bởi kỹ thuật kết tủa nano. Các hạt nano thu được có dạng hình cầu với kích thước hạt là 264 nm. Các nghiên cứu in vivo đã chỉ ra rằng curcumin được đóng gói có khả dụng sinh học đường uống cao gấp 9 lần so với curcumin thông thường. Các hạt nano Zein đã được tổng hợp thành công bởi Patel và cộng sự [5]. Ông đã thu được các hạt hình cầu với kích thước hạt trung bình khoảng 100 - 150nm. Nghiên cứu chiếu xạ UV đã chỉ ra sự tăng cường khả năng quang hóa của curcumin dưới dạng hạt nano. Bên cạnh đó, các bài báo trình bày sự ổn định keo tốt ở pH khác nhau [6]. Trong một nghiên cứu khác, kỹ thuật kết tủa nano cũng được Yallapu và cộng sự sử dụng để đánh giá vai trò của nano curcumin trong ung thư tuyến tiền liệt. Kết quả của họ đã chứng minh rằng các hạt nano PLGA có chứa curcumin có hiệu quả ức chế tăng trưởng tế bào ung thư tuyến tiền liệt in vitro và in vivo.

1.2.3. Sấy phun Để đóng gói bằng phương pháp sấy phun, hỗn hợp vật liệu được đồng nhất và đưa vào máy sấy phun. Chúng được nguyên tử hóa bằng vòi phun. Khi tiếp xúc với không khí nóng, dung môi bị bay hơi và sau đó vật liệu được hóa rắn, làm khô và th...