การสังเคราะห์อนุภาคนาโนโดยอาศัยการขยายตัวอย่างรวดเร็วของสารละลายของไหลเหนือวิกฤติ : รายงานวิจัยฉบับสมบูรณ์

Abstract

พัฒนากระบวนการเคลือบผิววัสดุอนุภาคที่มีขนาดระดับนาโนเมตร สำหรับนำไปประยุกต์ใช้งานด้านเภสัชกรรมหรืออาหาร โดยอาศัยกระบวนการขยายตัวอย่างรวดเร็วของสารละลายเหนือวิกฤต (Rapid expansion of supercritical solution; RESS) โดยมุ่งเน้นด้านลดปริมาณการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ที่เป็นพิษและป้องกันไม่ให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่เกาะกันเป็นก้อน (agglomeration) ในการนี้คณะผู้วิจัยอาศัยหลักการที่สำคัญ 2 ประการเป็นแนวทางการศึกษาวิจัยคือ 1) ใช้คาร์บอนไดออกไซด์เหนือวิกฤต (supercritical carbon dioxide) ที่มีการเติมสาร cosolvent หรือ modifier เป็นตัวทำละลายสารเคลือบผิวแทนตัวทำละลายอินทรีย์ และ 2) ประยุกต์ใช้กระบวนการ RESS เพื่อผลิตอนุภาคของสารเคลือบผิวและเคลือบผิวอนุภาคแกน ในเบื้องต้นสารเคลือบผิวที่นำมาใช้ในการทดลองคือไคโตซาน (chitosan) และใช้ผงซิลิกา (silicon dioxide or silica) หรือไททาเนีย (titanium dioxide or titania) เป็นอนุภาคแกนแทนการใช้ผงยาจริง การขยายตัวอย่างรวดเร็วของสารละลายเหนือวิกฤต (RESS) เป็นกระบวนการของไหลเหนือวิกฤตที่มีการนำมาประยุกต์ใช้ผลิตอนุภาคสารทางเภสัชกรรมที่มีขนาดระดับไมโครเมตรและนาโนเมตร ข้อดีอันเป็นลักษณะเด่นของกระบวนการนี้คือใช้ supercritical carbon dioxide เป็นตัวทำละลายสารทางเภสัชกรรม ดังนั้นจึงไม่มีการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์หรือมีการใช้ในปริมาณน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการอื่นๆ อีกทั้งเงื่อนไขสภาวะของกระบวนการยังเหมาะสมต่อการใช้งานกับสารทางเภสัชกรรมที่โครงสร้างโมเลกุลเปลี่ยนแปลงได้ง่าย (thermal labile agents) แต่ก็มีข้อยกเว้นสำหรับสารที่ไม่ละลายหรือละลายได้น้อยในตัวทำละลายเหนือวิกฤต ทำให้ต้องมีการเติมสาร modifier หรือ cosolvent ลงไปเพื่อช่วยเพิ่มค่าการละลาย จากการทดลองพบว่า chitosan ไม่ละลายใน supercritical carbon dioxide และละลายได้อย่างจำกัดในตัวทำละลาย supercritical carbon dioxide ที่มีการเติม cosolvent ดังนั้นจึงพิจารณาเปลี่ยนชนิดสารเคลือบผิวที่ใช้เป็น poly(DL-lactide-co-glycolide) หรือ PLGA ซึ่งพบว่าสามารถละลายในตัวทำละลาย supercritical carbon dioxide ที่มีการเติมเอทานอล (ethanol) หรือ อะซิโตน (acetone) เป็น cosolvent ได้ กระบวนการ RESS ของ PLGA ทำให้ PLGA ที่ละลายในตัวทำละลายเหนือวิกฤตตกผลึกเป็นอนุภาคที่มีขนาดประมาณ 50-300 นาโนเมตรและไม่เกาะกันเป็นก้อน ซึ่งเหมาะสำหรับนำไปใช้เคลือบผิวอนุภาคแกนที่มีขนาดระดับ submicron หรือไมโครเมตร จากการทดลองพบว่าเงื่อนไขสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการผลิตอนุภาค PLGA ด้วยกระบวนการ RESS เพื่อใช้เคลือบผิวอนุภาคคือ ที่อุณหภูมิ 40 องศาสเซลเซียล ความดันระหว่าง 25-30 MPa และความเข้มข้นของ ethanol ระหว่าง 11-22 wt.% ในงานวิจัยนี้ได้ดัดแปลงกระบวนการ RESS ของ PLGA เพื่อเคลือบผิวอนุภาคแกนโดยใช้วิธีผสมอนุภาคแกนลงไปในระบบสารละลายเหนือวิกฤตของ PLGA อนุภาคแกนที่ไม่ละลายในตัวทำละลายเหนือวิกฤต ทำให้ระบบของผสมในขั้นตอนแรกอยู่ในรูปสารแขวนลอยเหนือวิกฤต (supercritical suspension) ซึ่งเมื่อเกิดกระบวนการ RESS ขึ้นจึงทำให้อนุภาค PLGA ตกผลึกลงบนผิวอนุภาคแกนทันที และเมื่อมีอนุภาค PLGA ที่มาเกาะรวมกันที่ผิวเป็นจำนวนมากพอจึงเกิดการสร้างเป็นชั้นฟิล์มเคลือบขึ้น จากการทดลองพบว่าสามารถใช้เทคนิคนี้เคลือบผิวอนุภาค silica ที่มีขนาดเฉลี่ย 1.4 ไมครอนและอนุภาค titania ที่มีขนาดเฉลี่ย 70 นาโนเมตรด้วย PLGA ได้โดยมีความหนาของชั้นฟิล์มเคลือบประมาณ 10-50 นาโนเมตรและไม่ทำให้อนุภาคที่ถูกเคลือบเกาะกันเป็นก้อนมากนัก