Nghiên cứu kết tinh dược phẩm bằng thiết bị Couette-Taylor: Kiểm soát cấu trúc tinh thể của amino acid L-glutamic acid

Tóm tắt

Nghiên cứu thiết kế thành công thiết bị kết tinh Couette-Taylor nhằm thúc đẩy quá trình kết tinh chọn lọc và chuyển pha giữa các cấu trúc tinh thể amino acid L-glutamic acid. Trong nghiên cứu này, sản phẩm tinh thể L-glutamic acid được chọn làm sản phẩm đặc trưng cho hiện tượng đa cấu trúc vốn rất phổ biến và khó kiểm soát trong mọi quá trình kết tinh dược phẩm. L-glutamic có hai dạng cấu trúc tinh thể gồm kém bền α và bền β, trong đó dạng kém bền α sẽ chuyển pha thành dạng bền β, và quá trình chuyển pha sẽ diễn ra trong khoảng thời gian dài trên 40 giờ. Do vậy, để kết tinh được sản phẩm tinh thể β với chi phí sản xuất thấp nhất đã trở thành thử thách cho mọi thiết bị kết tinh, và nghiên cứu hiện tại đã thành công khi thiết kế được thiết bị kết tinh Couette-Taylor trong việc giải quyết vấn đề khó khăn này. Kết quả nghiên cứu cho thấy, sự chọn lọc cấu trúc dạng α hay β cũng như quá trình chuyển pha từ α sang β sẽ phụ thuộc nhiều vào chế độ thủy động lực học trong thiết bị kết tinh, trong đó sự kết tinh chọn lọc dạng cấu trúc β và tốc độ chuyển pha từ dạng α sang dạng β sẽ gia tăng nhiều lần khi sử dụng thiết bị kết tinh Couette-Taylor. Để đánh giá được giá trị của nghiên cứu, chúng tôi tiến hành nghiên cứu so sánh hai thiết bị kết tinh Couette-Taylor và thông thường khi ở cùng một điều kiện vận hành. Kết quả nghiên cứu so sánh cho thấy, kết tinh chọn lọc sản phẩm tinh thể β và tốc độ chuyển pha từ dạng α sang β được tăng lên ít nhất 2.0 lần khi sử dụng thiết bị kết tinh Couette-Taylor so với khi sử dụng thiết bị kết tinh thông thường. Ưu điểm của thiết bị kết tinh Couette-Taylor được giải thích và minh chứng thông qua ưu điểm của chế độ thủy động lực học Taylor vortex với ứng suất cắt và độ truyền khối cao. Kết quả tính toán cho thấy, ứng suất cắt của chế độ thủy động lực học trong thiết bị kết tinh Couette-Taylor cao hơn 23 lần so với trong thiết bị kết tinh thông thường. Ngoài ra, độ truyền khối của chế độ thủy động lực học trong thiết bị kết tinh Couette-Taylor cũng cao hơn 1.2 lần so với trong thiết bị kết tinh thông thường. Như vậy, với ứng suất cao và độ truyền khối lớn, chế độ thủy động lực học Taylor vortex trong thiết bị kết tinh Couette-Taylor đã thúc đẩy sự kết tinh chọn lọc mầm tinh thể dạng bền β, sự hòa tan của dạng kém bền α và phát triển tinh thể của dạng bền β giúp cho quá trình chuyển pha từ dạng α sang dạng β nhanh hơn.