KĨ THUẬT TÁN XẠ ÁNH SÁNG ĐỘNG (DLS): NGUYÊN LÍ, ỨNG DỤNG VÀ TẦM QUAN TRỌNG TRONG PHÂN TÍCH NANO

Trong kỷ nguyên của y học chính xác, sự ra đời của các hệ vận chuyển thuốc nano như Liposome, tiểu phân nano polymer, hay nhũ tương nano đã mở ra bước ngoặt mới trong điều trị. Tuy nhiên, để kiểm soát chất lượng và đảm bảo hiệu quả sinh học, việc xác định kích thước tiểu phân là yếu tố tiên quyết. Kỹ thuật DLS (Dynamic Light Scattering) chính là “tiêu chuẩn vàng” trong lĩnh vực này.

1. Kĩ thuật DLS là gì?

DLS (Tán xạ ánh sáng động), hay còn được gọi là Phổ tương quan photon (PCS), là một kỹ thuật phân tích lý hóa dùng để xác định phổ phân bố kích thước của các tiểu phân (tiểu phân nano, polymer, protein) trong dung dịch hoặc nhũ tương.

DLS đo lường sự thay đổi cường độ tán xạ ánh sáng theo thời gian để tính toán tốc độ chuyển động của tiểu phân, từ đó suy ra kích thước của chúng.

2. Nguyên lý hoạt động của DLS:

Chuyển động Brown:

Các tiểu phân nano trong chất lỏng không đứng yên mà luôn chuyển động hỗn loạn do va chạm với các phân tử dung môi. Chuyển động này gọi là chuyển động Brown. Các tiểu phân có kích thước càng nhỏ thì chuyển động càng nhanh và ngược lại.

Sự tán xạ ánh sáng:

Khi một chùm tia laser chiếu qua mẫu, các tiểu phân nano sẽ tán xạ ánh sáng theo mọi hướng. Do các tiểu phân chuyển động liên tục, cường độ ánh sáng tán xạ tại một điểm sẽ dao động theo thời gian.

DLS sử dụng các thuật toán toán học (hàm tự tương quan) để phân tích tốc độ dao động này và xác định Hệ số khuếch tán (D). Sau đó, thông qua Phương trình Stokes – Einstein, kích thước tiểu phân sẽ được tính toán:

Trong đó: v: Vận tốc tách các tiểu phân pha phân tán khỏi môi trường phân tán

d₁:       Tỉ trọng của pha phân tán

d₂:  Tỉ trọng của môi trường phân tán

r: Bán kính của tiểu phân pha phân tán

η: Độ nhớt của môi trường phân tán

g: Gia tốc trọng trường

3. Các thông số quan trọng trong kết quả DLS

Khi phân tích một báo cáo DLS, người làm dược phẩm cần đặc biệt lưu tâm đến 3 thông số chính:

• Z-Average (d.nm): Đây là giá trị trung bình cộng hưởng cường độ, thông số quan trọng nhất để đánh giá kích thước tiểu phân trung bình của toàn hệ mẫu.
• PDI (Polydispersity Index – Chỉ số đa phân tán): Đo lường mức độ đồng đều của các tiểu phân.

• • PDI < 0.1: Hệ đơn phân tán (rất đồng đều).
  • 0.1 – 0.3: Hệ phân tán tốt.
  • PDI > 0.7: Hệ không đồng đều, có hiện tượng kết tụ.

• Biểu đồ phân bố: Cho thấy sự hiện diện của các quần thể tiểu phân khác nhau.

4. Tại sao DLS lại cần thiết trong nghiên cứu hệ nano?

Trong công nghệ dược phẩm, đặc biệt là tại các lab nghiên cứu của các trường y dược hay công ty dược đa quốc gia, DLS được ưu tiên vì:

• Độ nhạy cao: Có thể đo các tiểu phân có kích thước từ dưới 1nm đến vài µm.
• Mẫu không bị phá hủy: Sau khi đo, có thể thu hồi mẫu để tiếp tục các thử nghiệm khác.
• Thời gian nhanh chóng: Chỉ mất từ 2 – 5 phút cho một phép đo chuẩn xác.
• Kiểm soát tính ổn định: Theo dõi sự thay đổi Z-Average theo thời gian giúp dự đoán hiện tượng sa lắng hoặc kết tụ của hỗn dịch/ nhũ tương thuốc.

5. Ứng dụng DLS trong lĩnh vực nghiên cứu nano dược phẩm?

Phân tích các mẫu nanoparticles:

Hệ vận chuyển thuốc lipid đòi hỏi kích thước nghiêm ngặt (thường < 200 nm) để có thể đi qua các mao mạch hẹp và tránh sự đào thải của hệ lưới nội mô. DLS giúp tối ưu hóa quá trình đồng nhất hóa áp suất cao trong sản xuất liposome.

Độ nhớt và các chất nhũ hóa ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sa lắng. DLS cho phép đánh giá hiệu quả của các chất trợ phân tán này bằng cách đo lường kích thước tiểu phân định kỳ.

Nghiên cứu Protein và Vaccine:

DLS cực kỳ nhạy bén trong việc phát hiện sự kết tụ của protein – một dấu hiệu của sự biến tính hoặc mất hoạt tính sinh học. Trong sản xuất vaccine, DLS đảm bảo các tiểu phân kháng nguyên có kích thước đồng nhất để tạo đáp ứng miễn dịch tốt nhất.

6. Những lưu ý khi sử dụng DLS cho kết quả chính xác

Để tránh sai số trong quá trình thực nghiệm, các kỹ thuật viên phòng Lab cần tuân thủ:

• Độ trong suốt của mẫu: Mẫu quá đậm đặc sẽ gây ra hiện tượng tán xạ đa cấp, làm sai lệch kết quả. Cần pha loãng mẫu bằng chính dung môi pha động ban đầu.
• Tránh bụi bẩn: Bụi là những “tiểu phân lớn” so với tiểu phân nano. Một tiểu phân bụi nhỏ cũng có thể làm giá trị Z-Average tăng vọt.
• Ổn định nhiệt độ: Vì độ nhớt () thay đổi theo nhiệt độ, mẫu cần được cân bằng nhiệt trong buồng đo ít nhất 2 phút trước khi bấm máy.

Kết luận

Kỹ thuật DLS không chỉ là một công cụ phân tích mà là “kim chỉ nam” trong quy trình phát triển các dạng thuốc hiện đại. Việc làm chủ DLS giúp các nhà khoa học dược phẩm rút ngắn thời gian R&D và đảm bảo an toàn cho người bệnh.

DS. Trần Nguyễn Vĩnh Nghi