Ảnh hưởng của nồng độ Poly(D,L-Lactide) và các thông số gia công lên hình thái vi hạt electrospray

4322(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
Giới thiệu
Trong vài thập kỷ qua, các nhà khoa học đã tiến hành 
nghiên cứu và chế tạo các hệ vật liệu mang thuốc và dẫn 
thuốc để nâng cao hiệu quả điều trị và tránh các tác dụng 
phụ của thuốc, đặc biệt là đối với bệnh tiểu đường và ung 
thư. Bên cạnh các vật liệu mang thuốc như hydrogel, mixel, 
màng đa lớp, phương pháp electrospray đã được sử dụng 
để chế tạo các vi hạt polyme ứng dụng trong dược phẩm và 
y học. Vi hạt electrospray chứa thuốc sẽ đi vào cơ thể người 
qua đường uống, tiêm hoặc hít [1, 2]. Quá trình giải phóng 
thuốc ra khỏi các vi hạt này thông qua quá trình ăn mòn dần 
nền polyme bởi môi trường sinh học trong cơ thể, quá trình 
này xảy ra bởi sự phân hủy liên kết ester của Polylactide 
acid [3]. Như vậy, điều khiển được hình thái và kích thước 
vi hạt sẽ giúp điều kiển được quá trình giải phóng thuốc ra 
khỏi vi hạt polyme [4, 5]. Hình thái hạt electrospray bị ảnh 
hưởng bởi các thông số như bản chất polyme (loại polyme, 
khối lượng phân tử), dung môi (tốc độ bay hơi, sức căng 
bề mặt và độ dẫn điện), nồng độ polyme trong dung dịch 
và lưu lượng phun [1, 6-9]. Sự ổn định về hình thái của 
hạt electrospray chỉ đạt được khi thực hiện ở chế độ phun 
cone-jet [10]. Ở nồng độ polyme thấp, vi hạt có hình dạng 
màng, đĩa hoặc bán cầu, tăng nồng độ thì tạo được hạt cầu, 
tuy nhiên khi nồng độ cao, vượt giá trị tới hạn của chuỗi rối 
polyme trong giọt electrospray thì dẫn đến hình thành các 
hạt đính sợi, thậm chí sợi nếu nồng độ đủ lớn [7, 11-13]. 
Trọng lượng phân tử lớn có thể tạo được hạt cầu mặc dù 
ở nồng độ thấp do số lượng chuỗi rối tạo ra nhiều nhờ vào 
mạch polyme dài [7]. Trong một nghiên cứu khác của nhóm 
tác giả, loại polyme và khối lượng phân tử khác nhau của 
PLA tạo ra các hình thái và kích thước vi hạt khác nhau mặc 
dù sử dụng cùng nồng độ polyme [14].
Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của nồng độ PLA trong 
chloroform, các thông số gia công như điện thế và khoảng 
cách thu mẫu lên hình thái vi hạt chế tạo bằng phương pháp 
electrospray sẽ được khảo sát bằng kính hiển vi điện tử 
truyền qua. Hình thái và kích thước của vi hạt PLA được 
điều khiển bằng cách điều chỉnh các thông số chế tạo hạt. 
Nghiên cứu tiếp theo sẽ khảo sát ảnh hưởng của hình thái và 
kích thước hạt lên quá trình giải phóng của thuốc trên mô 
hình invitro.
Ảnh hưởng của nồng độ Poly(D,L-lactide) 
và các thông số gia công lên hình thái vi hạt electrospray
Nguyễn Vũ Việt Linh1*, Tiêu Tử Doanh2, Nguyễn Thị Thanh Hiền3, Phạm Minh Cảnh4, Huỳnh Đại Phú1,4
1Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về vật liệu polymer và compozit, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh
2Phòng thí nghiệm công nghệ nano, Khu Công nghệ cao TP Hồ Chí Minh
3Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh
4Khoa Công nghệ vật liệu, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh
Ngày nhận bài 25/9/2017; ngày chuyển phản biện 27/9/2017; ngày nhận phản biện 25/10/2017; ngày chấp nhận đăng 30/10/2017
Tóm tắt:
Điều khiển quá trình giải phóng thuốc thông qua sự điều khiển hình thái và cấu trúc của vật liệu mang thuốc là vấn 
đề đang được các nhà nghiên cứu quan tâm, bởi sự giảm các tác dụng phụ của thuốc và nâng cao hiệu quả điều trị. 
Một trong các phương pháp hữu dụng chế tạo các hạt mang thuốc là electrospray nhờ các ưu điểm của nó như khả 
năng mang thuốc cao, dễ chế tạo, và phân hủy sinh học. Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của nồng độ Poly 
(D,L-lactide) acid (PLA) trong dung môi chloroform và các thông số gia công như điện thế áp vào, khoảng cách 
thu mẫu đến hình thái vi hạt. PLA được sử dụng để chế tạo vi hạt bằng phương pháp electrospray bởi sự tương 
thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học của nó. Hình thái của vi hạt sẽ được quan sát bằng kính hiển vi điện 
tử truyền qua (SEM). Có thể điều khiển được hình thái của hạt và độ đồng nhất về hình thái bằng cách điều chỉnh 
nồng độ polyme (4,5%, 5% và 5,5% PLA), điện thế (18 kV và 24 kV) và khoảng cách thu mẫu (15 cm, 20 cm và 25 
cm). Thông số tối ưu trong nghiên cứu này để tạo vi hạt hình cầu đồng nhất, ổn định là 5% PLA, 24 kV, 20 cm. Tuy 
nhiên, vi hạt vẫn có bề mặt nhăn do sử dụng chloroform có tốc độ bay hơi cao.
Từ khóa: Electrospray, hình thái, Poly (D,L- lactide), SEM, vi hạt.
Chỉ số phân loại: 2.5
*Tác giả liên hệ: Email: nguyenvuvietlinh@hcmut.edu.vn
4422(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
Nguyên liệu
Poly (D,L-lactide) acid (PLA) của hãng Sigma aldrich 
- Mỹ, trọng lượng phân tử Mw = 75.000-120.000 mol/g. 
Dung môi chloroform của Prolabo - Pháp, độ tinh khiết 
99,8% và nhiệt độ sôi 61oC.
Phương pháp nghiên cứu
Chuẩn bị dung dịch phun PLA: Đầu tiên PLA được hòa 
tan trong dung môi chloroform với nồng độ polyme lần lượt 
là 4,5%, 5% và 5,5% (khối lượng/khối lượng) bằng máy 
khuấy từ trong 2-2,5 h ở nhiệt độ phòng. Sau đó để dung 
dịch PLA ổn định trong 20-30 phút nhằm loại bỏ hoàn toàn 
các bọt khí trong dung dịch.
Chế tạo vi hạt electrospray PLA: Cho dung dịch PLA 
vào xylanh 25 ml, có gắn kim tiêm loại 20G (đường kính 
trong của kim là 0,603 mm) vào đầu xylanh. Kim tiêm cần 
được cắt và mài nhẵn ở đầu kim. Tiếp tục lắp xylanh vào hệ 
thống bơm Micropump Top-5300 (Nhật Bản), có thể điều 
chỉnh được lưu lượng phun từ 0,1 ml/h đến 100 ml/h. Áp 
điện thế cao gồm 18 kV và 24 kV vào đầu kim và bản thu 
mẫu như hình 1. Bản cực thu mẫu là tấm kim loại có phủ 
một lớp nhôm mỏng. Dưới tác dụng của điện trường, các 
giọt dung dịch polyme mang điện sẽ di chuyển từ đầu kim 
đến bảng thu mẫu tạo thành các vi hạt PLA. Mẫu sau khi 
phun sẽ được để ở nhiệt độ phòng trong 48 h cho dung môi 
bay hơi hoàn toàn.
Hình 1. Hệ thống electrospray chế tạo vi hạt PLA [14].
Phương pháp đánh giá hình thái và kích thước của vi 
hạt electrospray: Hình thái của vi hạt được quan sát và 
ghi lại bởi kính hiển vi điện từ quét (Scanning Electron 
Microscopy - SEM) Hitachi S-4800, Nhật Bản tại Phòng 
thí nghiệm công nghệ nano, Trung tâm Nghiên cứu và phát 
triển, Khu Công nghệ cao TP Hồ Chí Minh. Các mẫu trước 
khi chụp SEM đã được phủ một lớp Platin. Điện thế gia tốc 
Influence of Poly(D,L-lactide) 
and processing parameters on morphology 
of electrosprayed microparticles
Vu Viet Linh Nguyen1*, Tu Doanh Tieu2, Thi Thanh Hien Nguyen 3, 
Minh Canh Pham4, Dai Phu Huynh1,4
1National Key Laboratory of Polymer and Composite Materials, Ho Chi Minh 
city University of Technology
2Nanotechnology Laboratory, Saigon Hi-tech Park
3Ho Chi Minh City University of Food Industry
4Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
Received 25 September 2017; accepted 30 October 2017
Abstract:
Controlling the release of drug by controlling the 
morphology and structure of drug loaded microparticles 
has attracted attention from researchers due to its benefits 
of reducing the side effects of drugs and improving 
effectively the treatment. The electrospray is the useful 
method to fabricate drug loaded microparticles because 
of its advantages such as high drug loaded capacity of 
microparticles, easy manufacture, and biodegradability. 
This study focused on the effects of the Poly(D,L-
lactide) acid (PLA) concentration in chloroform solvent 
and processing parameters such as applied voltage, 
collecting distance on the microparticles morphology. 
PLA was used to fabricate microparticles by the 
electrospray method because of its biocompatibility 
and biodegradability. Morphology of the particles was 
observed by the Transmission Electron Microscopy 
(SEM). The morphology of the particles and the 
uniformity of the morphology were able to control 
by adjusting the polymer concentrations (4.4, 5, and 
5.5% PLA), voltages (18 kV and 24 kV) and collecting 
distances (15 cm, 20 cm, and 25 cm). In this study, the 
optimal parameters which created the uniform and 
stable spherical particles were 5% PLA, 24 kV, and 20 
cm. However, the particles surface was still wrinkle due 
to using chloroform which has a high evaporation rate.
Keywords: Electrospray, microparticle, mophorlogy, 
Polylactide acid, SEM. 
Classification number: 2.5
4522(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
trong quá trình quét là 5 kV.
Kích thước hạt PLA được đo bằng phần mềm ImageJ 
trên ảnh SEM và độ phân bố kích thước hạt được tính toán 
bằng phần mềm Minitab.
Kết quả
Ảnh hưởng của nồng độ PLA lên hình thái vi hạt 
PLA được pha trong dung môi chloroform ở 3 nồng 
độ % PLA là 4,5%, 5% và 5,5% (khối lượng/khối lượng). 
Thông số chế tạo hạt của máy được thiết lập cố định như 
sau: Điện thế phun: 18 kV, khoảng cách từ đầu kim đến bản 
thu mẫu: 15 cm, lưu lượng phun là 1 ml/h khi tiến hành khảo 
sát với các % PLA khác nhau. Sản phẩm hạt thu được được 
đánh giá qua ảnh SEM.
Hình 2. Ảnh SEM của vi hạt PLA ở các nồng độ khác 
nhau: (a) 4,5%, (b) 5% và (c) 5,5% (18 kV, 15 cm, 1 
ml/h, 20G).
Ảnh hưởng của điện thế áp vào lên hình thái vi hạt 
PLA
Sau khi chọn lựa nồng độ PLA phù hợp để tạo hình thái 
hạt vi cầu, tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của điện thế áp 
vào hệ lên hình thái và kích thước hạt vi cầu. Thông số chế 
tạo được thiết lập bao gồm 5% PLA, khoảng cách từ đầu 
kim đến bản thu mẫu: 15 cm, lưu lượng phun là 1 ml/h, điện 
thế được khảo sát ở 2 giá trị là 18 kV và 24 kV. Hình 3 là 
kết quả ảnh SEM ở 18 kV (3a) và 24 kV (3b).
Hình 3. Ảnh SEM của vi hạt PLA ở điện thế khác nhau: (a) 
18 kV và (b) 24 kV (5% PLA, 15 cm, 1 ml/h, 20G).
Ảnh hưởng của khoảng cách thu mẫu lên hình thái và 
kích thước vi hạt
Hình 4 là ảnh SEM của các vi hạt PLA chế tạo bằng 
phương pháp electrospray ở các thông số sau: Điện thế 18 
kV, 5% PLA, lưu lượng phun là 1 ml/h, khoảng cách từ đầu 
kim đến bản thu mẫu: 15 cm (4a), 20 cm (4b) và 25 cm (4c).
Hình 4. Ảnh SEM của vi hạt PLA ở các khoảng cách khác 
nhau: (a) 15 cm, (b) 20 cm và (c) 25 cm (5% PLA, 24 kV, 
1 ml/h, 20G).
Sau đó ảnh SEM được sử dụng để tính kích thước hạt 
PLA, hình 5 là biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của khoảng 
cách phun lên kích thước hạt PLA.
4622(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
Hình 5. Ảnh hưởng của khoảng cách phun lên kích thước 
hạt electrospray PLA (5% PLA, 24 kV, 1 ml/h, 20G).
Bàn luận
Ở nồng độ PLA thấp 4,5%, hạt có hình thái cầu, tuy nhiên 
có nhiều lỗ rỗng, khuyết do thiếu polyme (hình 2a). Tăng 
nồng độ PLA lên 5%, thì hạt cầu đã mất đi các phần rỗng 
và khuyết; tiếp tục tăng PLA lên 5,5%, các hạt đính sợi và 
các hạt thuôn dài xuất hiện (hình 2b và 2c). Nguyên nhân là 
do khi tăng nồng độ polyme, số lượng chuỗi rối trong giọt 
electrospray tăng lên và nhờ vậy hạt PLA không còn bị rỗng 
và khuyết (5% PLA), nhưng khi chuỗi rối hình thành quá 
nhiều sẽ tạo hạt thuôn dài (5,5% PLA). Hình thái hạt ở tất 
cả các nồng độ PLA đều nhăn nheo là do sử dụng dung môi 
chloroform có tốc độ bay hơi cao làm cho bề mặt của giọt 
electrospray khi bay đến bản thu hóa cứng, trong khi đó bên 
trong hạt cầu vẫn còn dung môi. Sau một thời gian, dung môi 
bên trong hạt PLA di chuyển ra ngoài môi trường, đồng thời 
có sự khuyếch tán của các mạch polyme bên trong vi hạt, 
dẫn đến bề mặt hạt bị nhăn nheo. Như vậy, 5% PLA tạo được 
hạt cầu, nên nồng độ này được dùng để nghiên cứu những 
ảnh hưởng của thông số gia công lên hình thái vi hạt PLA.
Trong hình 3, vi hạt có hình thái cầu ở nồng độ 5% 
PLA trong dung môi chloroform, lưu lượng phun là 1 ml/h, 
khoảng cách từ đầu kim đến bản thu là 15 cm ở cả 2 mức 
điện thế là 18 kV và 24 kV. Tuy nhiên ở điện thế 18 kV, các 
vi hạt chưa tách rời hoàn toàn mà bị dính vào nhau (hình 3a), 
nguyên nhân là do mức điện thế 18 kV không tạo ra lực điện 
trường đủ mạnh, trong trường hợp này là lực đẩy Culong, 
để tách giọt electrospray thành các vi hạt trong quá trình 
chúng bay từ đầu phun đến bản thu mẫu. Ở điện thế 24 kV, 
các vi hạt PLA đã tách rời nhau nhưng lại xuất hiện các sợi 
tơ mỏng giữa các hạt (hình 3b). Hiện tượng này được giải 
thích là do trong quá trình giọt electrospray bay từ đầu kim 
đến bản thu, xảy ra 2 quá trình là lực đẩy Culong tách giọt 
electrospray thành các giọt sơ cấp rồi đến vi hạt, và lực hút 
điện trường phát sinh giữa đầu kim tích điện dương và bản 
thu tích điện âm, có một sợi tơ mỏng hình thành giữa các hạt 
sau khi chúng bị chia tách. Ngay tại thời điểm sợi tơ hình 
thành, dung môi bay hơi hoàn toàn sẽ làm hóa cứng sợi tơ.
Khi khoảng cách từ đầu kim đến bản thu mẫu (khoảng 
cách thu mẫu) gần (15 cm), các hạt PLA bị dính vào nhau và 
biến dạng, nguyên nhân là do dung môi vẫn còn trong các 
vi hạt nên khi bay đến va vào bảng thu, các hạt bị thay đổi 
hình dạng và bếch dính vào nhau. Bên cạnh đó, trong quá 
trình chia tách bởi lực Culong và bay đến bản thu, khoảng 
cách gần làm cho hạt không đủ thời gian chia tách đã bay 
đến bản thu (hình 4a). Tăng khoảng cách thu mẫu lên 20 cm, 
các vi hạt PLA đủ thời gian để chia tách nên kết quả trên 
ảnh SEM là các hạt rời rạc (hình 4b). Tuy nhiên, khi khoảng 
cách thu là 25 cm, các vi hạt lại bị dính vào nhau (hình 4c). 
Hiện tượng này là do khoảng cách giữa đầu phun và bản thu 
tăng, làm giảm lực điện trường và lực đẩy Culong không đủ 
mạnh để tách rời hoàn toàn các vi hạt.
Kết quả cho thấy, kích thước hạt và độ lệch chuẩn tăng 
dần khi khoảng cách phun tăng dần (hình 5). Ở khoảng cách 
15 cm, kích thước hạt trung bình là 7,2 µm và độ lệch chuẩn 
StDev = 1,082. Tăng khoảng cách lên 20 cm, kích thước hạt 
trung bình 10,99 µm và có độ lệch chuẩn StDev = 1,352. Ở 
25 cm, kích thước hạt trung bình 11,93 µm và có độ lệch 
chuẩn StDev = 1,552. Hiện tượng này được giải thích là 
do khi tăng khoảng cách, lực điện trường giảm làm cho lực 
Culong giảm. Vì vậy, càng tăng khoảng cách thì kích thước 
hạt càng tăng do lực điện trường càng giảm, dẫn đến quá 
trình phân tách hạt không tốt, kết quả là độ đồng đều về kích 
thước hạt giảm, độ lệch chuẩn càng tăng.
Kết luận
Hình thái của vi hạt PLA chế tạo bằng phương pháp 
electrospray bị ảnh hưởng bởi các thông số chế tạo như 
nồng độ polyme, điện thế áp vào và khoảng cách từ đầu kim 
đến bản thu mẫu. Ở nồng độ PLA 5%, các chuỗi rối polyme 
hình thành vừa đủ để tạo được vi hạt hình cầu, tuy nhiên bề 
mặt hạt bị nhăn do sử dụng dung môi có tốc độ bay hơi cao 
là chloroform. Trong các điều kiện khảo sát, thông số chế 
tạo tối ưu để hình thành hạt cầu rời rạc và đồng nhất là 24 
kV và 20 cm.
Nghiên cứu này vẫn chưa tạo được các hạt có bề mặt 
nhẵn, các hạt đồng nhất và có tính lặp lại. Trong các nghiên 
cứu tới, các dung môi hoặc hệ dung môi có tốc độ bay hơi 
chậm hơn, và độ dẫn điện cao hơn sẽ được sử dụng để làm 
dung môi chế tạo hạt như dichloroethane và acetonitrile. 
Lưu lượng phun và các loại đầu kim sẽ được khảo sát để 
đánh giá ảnh hưởng lên hình thái và kích thước hạt.
4722(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
LỜI CẢM ƠN 
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại học Quốc gia TP 
Hồ Chí Minh (VNU-HCM), trong khuôn khổ đề tài mã số 
B2015 -20a-01. Các tác giả xin trân trọng cảm ơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] N. Bock, T.R. Dargaville and M.A. Woodruff (2012), “Electrospraying 
of polymers with therapeutic molecules: state of the art”, Progress in Polymer 
Science, 37, pp.1510-1551.
[2] R. Mo, T. Jiang, J. Di, W. Tai and Z. Gu (2014), “Emerging micro-and 
nanotechnology based synthetic approaches for insulin delivery”, Chemical 
Society Reviews, 43, pp.3595-3629.
[3] S. Freiberg and X.X. Zhu (2004), “Polymer microspheres for controlled 
drug release”, International Journal of Pharmaceutics, 282, pp.1-18.
[4] N. Bock, M.A. Woodruff, D.W. Hutmacher, and T.R. Dargaville (2011), 
“Electrospraying, a reproducible method for production of polymeric 
microspheres for biomedical applications”, Polymers, 3, pp.131-149.
[5] M. Enayati, Z. Ahmad, E. Stride, and M. Edirisinghe (2010), “One-step 
electrohydrodynamic production of drug-loaded micro-and nanoparticles”, 
Journal of the Royal Society, Interface/the Royal Society, 7, pp.667.
[6] S. Chakraborty, I.C. Liao, A. Adler and K.W. Leong (2009), 
“Electrohydrodynamics: a facile technique to fabricate drug delivery systems”, 
Advanced Drug Delivery Reviews, 61, pp.1043-1054.
[7] F. Meng, Y. Jiang, Z. Sun, Y. Yin and Y. Li (2009), “Electrohydrodynamic 
liquid atomization of biodegradable polymer microparticles: Effect of 
electrohydrodynamic liquid atomization variables on microparticles”, Journal of 
Applied Polymer Science, 113, pp.526-534.
[8] C.H. Park and J. Lee (2009), “Electrosprayed polymer particles: effect of 
the solvent properties”, Journal of Applied Polymer Science, 114, pp.430-437.
[9] C. Hu, J. Zhao and W. Cui (2013), “Fabrication and surface characterization 
of electrosprayed poly (L-lactide) microspheres”, Journal of Applied Polymer 
Science, 128, pp.3177-3183.
[10] M. Enayati, Z. Ahmad, E. Stride and M. Edirisinghe (2010), “Size 
mapping of electric field-assisted production of polycaprolactone particles”, 
Journal of the Royal Society Interface, doi: rsif20100099.
[11] S.L. Shenoy, W.D. Bates, H.L. Frisch and G.E. Wnek (2005), “Role of chain 
entanglements on fiber formation during electrospinning of polymer solutions: 
good solvent, non-specific polymer–polymer interaction limit”, Polymer, 46, 
pp.3372-3384.
[12] N. Arya, S. Chakraborty, N. Dube and D.S. Katti (2009), “Electrospraying: 
a facile technique for synthesis of chitosan-based micro/nanospheres for drug 
delivery applications”, J. Biomed. Mater. Res, 88B, pp.17-31.
[13] M. Enayati, Z. Ahmad, E. Stride and M. Edirisinghe (2010), “Size 
mapping of electric field-assisted production of polycaprolactone particles”, 
Journal of the Royal Society, Interface/the Royal Society, 7, pp.393-402.
[14] N.V.V. Linh and H.D. Phu (2016), “Fabrication biodegradable polyester 
microspheres by electrospraying methods for drug carrier application”, Journal 
of Science and Technology, 48, pp.99-106.