Mikrosfera kanji telah menjadi tumpuan penyelidikan yang penting merentasi industri farmaseutikal, makanan dan kosmetik, yang dinilai untuk biokompatibiliti, kebolehbiodegradan, tidak toksik dan kos pengeluaran yang agak rendah. Produk seperti Spherex™, Arista™, dan EmboCept™ telah pun menunjukkan daya maju komersial mereka sebagai kenderaan penghantaran dadah, agen hemostatik dan agen embolisasi. Apabila permintaan meningkat, begitu juga keperluan untuk kaedah pengeluaran berskala dan menjimatkan kos. Kajian 2018 yang diterbitkan dalam LWT - Sains dan Teknologi Makanan oleh Li et al. menangani cabaran ini secara langsung, mempersembahkan kaedah emulsi air dalam air (W/W) untuk menghasilkan mikrosfera kanji terhablur semula (RSM) digabungkan dengan strategi praktikal untuk mengitar semula fasa berterusan polietilena glikol (PEG).
Mengapa Kaedah Emulsi Air-dalam-Air?
Kaedah emulsi konvensional untuk penghasilan mikrosfera biasanya bergantung pada sistem air dalam minyak (W/O), yang melibatkan pelarut organik dan pengemulsi kimia yang menimbulkan kebimbangan keselamatan, alam sekitar dan peraturan. Pendekatan emulsi W/W menggantikan fasa minyak dengan larutan PEG berair, mewujudkan sistem dua fasa di mana titisan kanji tersebar dalam fasa berterusan PEG. Oleh kerana kedua-dua fasa adalah berasaskan air, kaedah ini sememangnya lebih selamat dan lebih mesra alam. Walau bagaimanapun, PEG adalah reagen yang agak mahal, dan pengeluaran volum besar akan menghasilkan sejumlah besar sisa yang mengandungi PEG jika penyelesaian dibuang selepas setiap kelompok. Oleh itu para penyelidik menyiasat sama ada dan bagaimana penyelesaian PEG boleh dipulihkan dan digunakan semula dengan berkesan.
Dua Strategi Kitar Semula: DR-PEG lwn RS-PEG
Pasukan itu menguji dua laluan pemulihan. Pada yang pertama, penyelesaian PEG yang dikumpul selepas pemisahan mikrosfera digunakan secara langsung dalam kumpulan pengeluaran seterusnya tanpa sebarang pengubahsuaian — dirujuk sebagai DR-PEG (PEG digunakan semula secara langsung). Dalam laluan kedua, penyelesaian PEG yang dipulihkan telah ditambah dengan PEG pepejal segar untuk memulihkan kepekatan asal sebelum digunakan semula — dirujuk sebagai RS-PEG (PEG yang diisi semula/ditambah).
Alat analisis utama ialah hubungan eksponen antara kepekatan PEG dan kelikatan ketara, yang penyelidik telah wujudkan dengan nilai R² 0.99. Dengan mengukur kelikatan penyelesaian pulih, mereka boleh mengira dengan cepat dan tepat berapa banyak PEG telah hilang dan berapa banyak suplemen yang diperlukan, tanpa memerlukan analisis kimia yang kompleks.
Keputusan: RS-PEG Mendahului Penggunaan Semula Terus
Pendekatan DR-PEG terbukti bermasalah. Oleh kerana setiap kitaran mengeluarkan kanji bersama-sama dengan beberapa PEG, kepekatan PEG dalam larutan pulih semakin menurun. Ini menyebabkan hasil RSM jatuh sebanyak 0.7%–11.9% merentas kitar semula berturut-turut. Lebih ketara, penggumpalan dan penggumpalan mikrosfera diperhatikan dalam kelompok kitar semula pertama dan kedua - hasil yang tidak boleh diterima dalam aplikasi farmaseutikal atau gred makanan.
Pendekatan RS-PEG memberikan hasil yang lebih baik. Dengan mengekalkan kepekatan PEG yang konsisten (kira-kira 331–334 g·kg⁻¹) melalui suplemen yang disasarkan, kaedah ini bukan sahaja mengelakkan aglomerasi merentas semua lima kitaran yang diuji tetapi sebenarnya meningkatkan hasil daripada 78.2% dalam kelompok garis dasar kepada melebihi 83% pada kitar semula keempat, menstabilkan sekitar 83% selepas itu. Peningkatan ini disebabkan oleh pengumpulan progresif molekul kanji dalam larutan PEG kitar semula. Apabila kanji sisa dalam fasa berterusan meningkat, kecerunan kepekatan yang mendorong penghijrahan kanji keluar dari titisan yang tersebar berkurangan, bermakna lebih banyak kanji dikekalkan dalam titisan dan akhirnya ditukar menjadi mikrosfera.
Mengimbas mikroskop elektron (SEM) mengesahkan bahawa RSM yang dihasilkan menggunakan larutan RS-PEG mengekalkan morfologi sfera dan sifat tersebar dengan baik di semua lima kitar semula. Analisis pembelauan sinar-X (XRD) selanjutnya menunjukkan bahawa ciri struktur kristal jenis B — dengan puncak pembelauan pada kira-kira 5.5°, 17°, 22°, dan 24° — kekal sama dengan mikrosfera yang dihasilkan dengan PEG segar, mengesahkan bahawa kitar semula tidak mempunyai kesan buruk terhadap kualiti kristal.
Implikasi Praktikal
Kajian ini membuktikan bahawa PEG boleh dikitar semula beberapa kali dalam pengeluaran emulsi W/W RSM tanpa menjejaskan kualiti produk, dengan syarat kepekatan dipantau dan dipulihkan antara kitaran. Kaedah anggaran kepekatan berasaskan kelikatan menawarkan pendekatan analitikal kos rendah yang mudah sesuai untuk tetapan pembuatan praktikal. Penemuan ini menyumbang secara bermakna untuk mengurangkan kedua-dua kos bahan dan jejak alam sekitar pengeluaran RSM. Walau bagaimanapun, penulis mengambil perhatian bahawa kapasiti pemuatan ubat dan prestasi pelepasan terkawal RSM yang dihasilkan melalui kaedah RS-PEG masih perlu dicirikan - kawasan penting untuk penyiasatan masa depan sebelum mikrosfera ini boleh dinilai sepenuhnya untuk aplikasi farmaseutikal tertentu.