Sản xuất thuốc: Xử lý siêu âm đang định hình tương lai của thuốc có nguồn gốc sinh học

Siêu âm không còn chỉ là một công cụ trong phòng thí nghiệm. Trong sản xuất dược phẩm, xử lý siêu âm đang nổi lên như một công nghệ hỗ trợ mạnh mẽ cho việc sản xuất thuốc có nguồn gốc sinh học – những loại thuốc được tạo ra từ các nguồn sinh học tự nhiên, kết hợp hiệu quả với tính bền vững. Tại đây, chúng tôi trình bày kết quả của một nghiên cứu mới về các hạt nano vàng được tổng hợp qua trung gian bông cải xanh, minh họa cách xử lý siêu âm kết nối hóa học xanh với thiết kế thuốc tiên tiến.

Vậy điều gì xảy ra khi siêu âm cường độ cao kết hợp với hóa sinh thực vật?

Từ bông cải xanh đến thuốc có nguồn gốc sinh học

Việc sản xuất thuốc có nguồn gốc sinh học dựa vào các phân tử có hoạt tính sinh học như polyphenol, flavonoid, glucosinolate và peptide. Các hợp chất này có thể đóng vai trò là chất khử, chất ổn định và thậm chí là các phần cấu trúc có tác dụng điều trị. Tuy nhiên, việc chiết xuất và hoạt hóa chúng một cách hiệu quả luôn là một điểm nghẽn.

Trong một nghiên cứu được công bố gần đây, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng dịch chiết bông cải xanh bằng nước có thể được sử dụng để tổng hợp các hạt nano vàng có đặc tính chống oxy hóa, làm lành vết thương và chống ung thư chọn lọc rõ rệt. Điều then chốt là quá trình tổng hợp được thực hiện dưới tác động của sóng siêu âm bằng máy siêu âm model UP200St công suất 200 oát (Hielscher Ultrasonics, hình bên trái). Xử lý siêu âm không phải là một bước thụ động – đó là động lực giúp các hạt nano hình thành nhanh chóng, kiểm soát phân bố kích thước và tạo ra các bề mặt ổn định có chức năng sinh học.

Chỉ trong vài phút, hiện tượng xâm thực do siêu âm gây ra đã tạo nên các vi môi trường cục bộ có năng lượng cao. Những điều kiện này đẩy nhanh quá trình khử ion vàng đồng thời bảo toàn các hợp chất hóa thực vật nhạy cảm tạo nên hoạt tính sinh học.
Kết quả là gì? Các hạt nano vàng đồng đều, có kích thước siêu nhỏ, được bao phủ bởi các phân tử sinh học từ bông cải xanh và được thiết kế phù hợp cho ứng dụng y sinh.

Đây chính là nơi xử lý siêu âm công nghiệp thể hiện thế mạnh của mình.

Tổng hợp xanh AuNPs bằng dịch chiết Brassica oleracea. Dịch chiết bằng nước đóng vai trò vừa là chất khử vừa là chất ổn định trong quá trình tổng hợp bằng siêu âm. Axit chloroauric được thêm từng giọt vào dịch chiết bông cải xanh trong khi xử lý siêu âm bằng máy siêu âm UP200St, sau đó ủ ở 4◦C trong 24 h để các hạt nano hình thành. Tiếp theo, huyền phù keo được xử lý siêu âm lần thứ hai và ly tâm để loại bỏ các thành phần chưa phản ứng, thu được AuNPs tinh sạch với trạng thái phân tán ổn định.

Vì sao xử lý siêu âm quan trọng trong sản xuất thuốc có nguồn gốc sinh học

Xử lý siêu âm đưa năng lượng cơ học vào chất lỏng thông qua hiện tượng xâm thực âm học – sự hình thành và sụp đổ của các bọt khí cực nhỏ. Trong sản xuất dược phẩm và công nghệ sinh học, điều này mang lại một số lợi thế mang tính quyết định:

1. Nâng cao hiệu suất chiết xuất
   Xử lý siêu âm phá vỡ thành tế bào thực vật, giải phóng nhanh chóng các hợp chất có hoạt tính sinh học bên trong tế bào với khả năng tái lập. So với chiết xuất thông thường, hiệu suất thu hồi cao hơn, lượng dung môi sử dụng ít hơn và thời gian xử lý giảm đáng kể.
2. Tổng hợp nano có kiểm soát
   Trong tổng hợp xanh các hạt nano, xử lý siêu âm thúc đẩy sự tạo mầm đồng đều và hạn chế sự phát triển không kiểm soát. Điều này tạo ra phân bố kích thước hạt hẹp, một thông số then chốt đối với việc dẫn truyền thuốc, phân bố sinh học và tính an toàn.
3. Điều kiện xử lý ôn hòa
   Chiết xuất và tổng hợp bằng siêu âm có thể được thực hiện ở nhiệt độ thấp. Điều này có ý nghĩa khi làm việc với các phân tử sinh học nhạy nhiệt như enzyme, chất chống oxy hóa hoặc các hợp chất chứa lưu huỳnh như sulforaphane từ bông cải xanh.
4. Khả năng mở rộng quy mô và tính tái lập
   Khác với các phản ứng hóa học phụ thuộc vào từng mẻ, các quy trình siêu âm có thể mở rộng quy mô theo quan hệ tuyến tính. Với thiết bị phù hợp, các quy trình ở quy mô phòng thí nghiệm có thể được chuyển trực tiếp sang sản xuất thử nghiệm hoặc sản xuất công nghiệp.

Tóm lại, xử lý siêu âm không chỉ nhanh hơn – mà còn chính xác hơn.

Phân tích phổ tử ngoại–khả kiến xác nhận sự hình thành của AuNPs được tổng hợp bằng dịch chiết Brassica oleracea var. italica. Đỉnh SPR tại 560 nm cho thấy quá trình khử Au3+ thành Au⁰ thành công và sự hình thành của AuNPs ổn định, được bao phủ bởi các hợp chất hóa thực vật.