Sản xuất Niosome bằng siêu âm cho y học nano
Niosomes là hệ thống vesicle dựa trên chất hoạt động bề mặt không ion, đã thu hút sự quan tâm ngày càng tăng như các chất mang đa năng cho các hợp chất sinh học và dược phẩm. Khả năng bao bọc cả các phân tử ưa nước và ưa dầu, kết hợp với tính tương thích sinh học và ổn định tốt, khiến chúng trở thành các lựa chọn hấp dẫn thay thế cho liposome. Siêu âm đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và tối ưu hóa niosomes, đặc biệt trong việc kiểm soát kích thước vesicle, cấu trúc lớp và hiệu suất bao bọc.
Niosomes – Cải thiện quá trình hình thành và bao bọc bằng siêu âm
Niosomes là các hạt nano dạng túi được cấu tạo chủ yếu từ các chất hoạt động bề mặt không ion (ví dụ: Span®, Tween®) và cholesterol, tự lắp ráp thành cấu trúc hai lớp khi được hydrat hóa. Trong quá trình hydrat hóa màng mỏng truyền thống, các túi đa lớp ban đầu được hình thành, thường có phân bố kích thước rộng và độ tái hiện hạn chế. Do đó, siêu âm được áp dụng rộng rãi như một bước sau khi hình thành để tinh chỉnh đặc tính của các túi.
Sonication tạo ra hiện tượng cavitation âm thanh năng lượng cao, sinh ra lực cắt cục bộ và các tia vi mô, giúp phân tách các vesicle đa lớp lớn thành các cấu trúc đơn lớp hoặc đa lớp nhỏ hơn, đồng nhất hơn. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng sonication dạng đầu dò làm giảm đáng kể kích thước trung bình của hạt xuống phạm vi nano (thường là 150–300 nm) đồng thời giảm chỉ số đa phân tán xuống dưới 0,3, cho thấy độ đồng nhất được cải thiện.
Ngoài việc kiểm soát kích thước, siêu âm còn nâng cao hiệu suất bao bọc (EE) bằng cách cải thiện sự phân bố thuốc trong lớp kép hoặc lõi nước. Các hợp chất lipophilic như simvastatin, artemisone và curcumin có xu hướng phân bố ưu tiên vào lớp kép chất hoạt động bề mặt, trong khi các thuốc hydrophilic như ceftizoxime tập trung trong các khoang nước. Thời gian siêu âm tối ưu (thường từ 4–7 phút) đã được chứng minh là cho ra giá trị EE vượt quá 75–95%, tùy thuộc vào thành phần chất hoạt động bề mặt và tỷ lệ cholesterol.
Niosomes được chuẩn bị bằng phương pháp siêu âm với thiết bị UP400St
Niosomes: Ứng dụng trong ngành Dược phẩm và Mỹ phẩm
Tính ứng dụng dược phẩm của niosome được siêu âm đã được khẳng định rõ ràng trong nhiều lĩnh vực điều trị. Trong điều trị kháng khuẩn, việc bao bọc bằng niosome làm tăng đáng kể hiệu quả của kháng sinh và các chất kháng khuẩn tự nhiên đối với các vi khuẩn kháng thuốc. Ví dụ, việc bao bọc chung ceftizoxime và curcumin vào niosome đã dẫn đến giảm hơn 64 lần nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) đối với Staphylococcus aureus và Klebsiella pneumoniae kháng đa thuốc, đồng thời duy trì giải phóng thuốc trong 72 giờ.
Trong lĩnh vực ung thư học, niosomes đã được chứng minh là có khả năng cải thiện chỉ số điều trị của các tác nhân chống ung thư ít tan trong nước. Niosomes chứa artemisinin đã thể hiện độc tính tế bào tăng đáng kể đối với tế bào melanoma đồng thời giảm độc tính đối với tế bào keratinocyte bình thường, lợi ích này được cho là do cơ chế giải phóng có kiểm soát và quá trình hấp thu tế bào thông qua vesicle.
Trong các ứng dụng thẩm mỹ và da liễu, niosomes đặc biệt hữu ích cho việc đưa thuốc qua da. Việc bao bọc chiết xuất Withania somnifera vào niosomes đã cải thiện khả năng thấm sâu vào da, bảo vệ các hợp chất thực vật nhạy cảm khỏi sự phân hủy và cho phép giải phóng có kiểm soát vào các lớp da cụ thể, hỗ trợ các ứng dụng trong chống lão hóa và điều trị da.
Tổng hợp lại, các nghiên cứu này cho thấy rằng các niosome được tối ưu hóa bằng siêu âm cải thiện khả năng hấp thu, độ ổn định và hiệu quả điều trị trong các lĩnh vực dược phẩm và mỹ phẩm.
Ưu điểm của máy siêu âm dạng đầu dò so với bồn siêu âm trong sản xuất niosome
Mặc dù cả hai loại máy siêu âm dạng đầu dò và dạng bồn đều dựa trên hiện tượng cavitation âm thanh, chúng là hai thiết bị hoàn toàn khác nhau với khả năng hoạt động khác biệt đáng kể. Máy siêu âm dạng bồn chủ yếu được thiết kế cho các ứng dụng làm sạch và loại bỏ khí, trong khi máy siêu âm dạng đầu dò hoạt động như các thiết bị đồng nhất hóa hiệu suất cao và do đó mang lại những ưu điểm quyết định cho việc sản xuất niosome hiệu quả và có kiểm soát.
Các thiết bị siêu âm dạng đầu dò truyền năng lượng âm thanh trực tiếp vào mẫu, dẫn đến mật độ công suất cao hơn đáng kể và quá trình tạo bọt hiệu quả hơn. Điều này giúp giảm kích thước vesicle nhanh hơn, cải thiện độ tái hiện và kiểm soát tốt hơn các đặc tính của hạt cuối cùng.
Các so sánh thí nghiệm cho thấy rằng phương pháp siêu âm bằng đầu dò đạt được kích thước vesicle nhỏ hơn và hiệu suất bao bọc cao hơn trong vòng vài phút, trong khi bể siêu âm thường yêu cầu thời gian tiếp xúc kéo dài và vẫn cho ra phân bố kích thước rộng hơn. Hơn nữa, hệ thống đầu dò cho phép điều chỉnh chính xác biên độ, chu kỳ xung và lượng năng lượng đầu vào, điều này rất quan trọng cho việc mở rộng quy mô và tối ưu hóa quy trình.
Một ưu điểm quan trọng khác là tính nhất quán. Máy siêu âm Probetype giúp giảm thiểu sự biến động giữa các mẻ sản xuất, một yếu tố quan trọng đối với sản xuất dược phẩm và tuân thủ quy định. Như đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu sử dụng máy siêu âm Hielscher, quá trình siêu âm bằng đầu dò tạo ra các niosome nano có độ phân tán hẹp và độ ổn định cao một cách đáng tin cậy.
Hướng dẫn từng bước chi tiết và mẫu mực
Phương pháp tổng quát sau đây tổng hợp các thực hành tốt nhất được báo cáo trong các nghiên cứu được trích dẫn:
- Chuẩn bị pha hữu cơ
Hòa tan chất hoạt động bề mặt không ion đã chọn (ví dụ: Span 60, Tween 60), cholesterol và thuốc hoặc hợp chất sinh học có tính lipophilic trong dung môi hữu cơ bay hơi như chloroform hoặc hỗn hợp chloroform–methanol. - Hình thành màng mỏng
Loại bỏ dung môi dưới áp suất giảm bằng cách sử dụng máy bay hơi quay ở nhiệt độ cao (≈60 °C) để tạo thành một lớp màng lipid mỏng đều trên thành bình. - Hydrat hóa
Hydrat hóa màng khô bằng pha nước (ví dụ: dung dịch đệm phosphate) chứa các thuốc có tính hút nước (nếu có), trong điều kiện nhiệt độ được kiểm soát và khuấy trộn để tạo ra các vesicle đa lớp. - Sonication
Áp dụng siêu âm dạng đầu dò (ví dụ: 50–200 W, chế độ xung) trong 5–7 phút đồng thời làm mát để tránh quá nhiệt. Bước này giúp giảm kích thước vesicle và cải thiện quá trình bao bọc. - Lọc và Phân tích
Loại bỏ thuốc không được bao bọc bằng cách ly tâm hoặc siêu lọc. Xác định kích thước, độ đa phân tán, tiềm năng zeta và hiệu suất bao bọc bằng các phương pháp DLS, TEM và quang phổ.
Quy trình này đã được áp dụng thành công cho kháng sinh, thuốc chống ung thư và các chất hóa học thực vật, cho ra các niosome nano ổn định với hiệu suất cao.
Sử dụng Sonicator để tạo ra Niosomes chất lượng cao!
Siêu âm là công nghệ then chốt cho việc hình thành hiệu quả các niosome và quá trình bao bọc thuốc và hợp chất sinh học với hiệu suất cao. Máy siêu âm Hielscher cho phép kiểm soát vượt trội về kích thước, độ đồng nhất và hiệu suất bao bọc của các vesicle. Các nghiên cứu về kháng khuẩn, chống ung thư và đưa thuốc tại chỗ đều cho thấy rằng các niosome được tối ưu hóa bằng siêu âm cải thiện khả năng hấp thu, hiệu quả điều trị và độ ổn định đồng thời giảm độc tính. Khi khoa học bào chế tiến tới các hệ thống nano-vận chuyển có thể mở rộng và tái tạo, sản xuất niosome bằng siêu âm đại diện cho một nền tảng mạnh mẽ và có ý nghĩa công nghiệp cho các ứng dụng dược phẩm và mỹ phẩm.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdt |
| 15 đến 150L | 3 đến 15L / phút | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000hdT |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000hdT |
Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức
Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.
Sonicator UP200St Sử dụng sonotrode S26d7D và buồng dòng FC7GK để chuẩn bị niosomes trực tiếp trong quá trình sản xuất.
Văn học / Tài liệu tham khảo
- Asalipisheh, A., Ashrafi, F., Ghane, M. et al. (2025): Enhanced antibacterial activity of 3D-printed niosome-curcumin/ceftizoxime scaffolds against drug-resistant pathogens. BMC Microbiol 25, 650 (2025).
- Anupma Dwivedi, Anisha Mazumder, Lissinda du Plessis, Jan L. du Preez, Richard K. Haynes, Jeanetta du Plessis (2015): In vitro anti-cancer effects of artemisone nano-vesicular formulations on melanoma cells. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, Volume 11, Issue 8, 2015. 2041-2050.
- Akbarzadeh I., Keramati M., Azadi A., Afzali E., Shahbazi R., Chiani M., Norouzian D., Bakhshandeh H. (2021): Optimization, physicochemical characterization, and antimicrobial activity of a novel simvastatin nano-niosomal gel against E. coli and S. aureus. Chem Phys Lipids. 2021 Jan;234:105019.
- Chinembiri T.N., Gerber M., du Plessis L.H., du Preez J.L., Hamman J.H., du Plessis J. (2017): Topical Delivery of Withania somnifera Crude Extracts in Niosomes and Solid Lipid Nanoparticles. Pharmacognosy Magazine 2017 Oct;13 (Suppl 3):S663-S671.
Các câu hỏi thường gặp
Niosomes là gì?
Niosomes là hệ thống vận chuyển thuốc dạng vesicle nano, được cấu tạo từ các chất hoạt động bề mặt không ion và cholesterol, tự lắp ráp thành cấu trúc hai lớp màng có khả năng bao bọc cả các hợp chất ưa nước trong lõi nước và các hợp chất ưa lipid trong lớp màng hai lớp. Chúng được sử dụng để cải thiện độ ổn định, sinh khả dụng, giải phóng có kiểm soát và vận chuyển có mục tiêu của thuốc và các phân tử sinh học hoạt tính.
Sự khác biệt giữa Niosomes và Liposomes là gì?
Sự khác biệt chính giữa niosomes và liposomes nằm ở thành phần màng của chúng: niosomes được hình thành từ các chất hoạt động bề mặt không ion, trong khi liposomes chủ yếu được cấu tạo từ phospholipid. Do đó, niosomes thường có độ ổn định hóa học cao hơn, chi phí sản xuất thấp hơn và thời hạn sử dụng dài hơn so với liposomes, trong khi liposomes có cấu trúc tương tự màng sinh học hơn và thường được coi là tương thích sinh học hơn nhưng dễ bị phân hủy oxy hóa và có chi phí công thức cao hơn.
Những loại nanocarrier phổ biến nhất là gì?
Các loại nanocarrier phổ biến nhất được sử dụng trong việc vận chuyển thuốc và hợp chất sinh học bao gồm liposome, niosome, hạt nano polymer, hạt nano lipid rắn, hạt nano lipid có cấu trúc nano, nanoemulsion, micelle, dendrimer và hạt nano vô cơ, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng biệt về khả năng tải thuốc, hành vi giải phóng, độ ổn định và tiềm năng định hướng.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.