Trên toàn cầu, việc thắt chặt chính sách bảo vệ môi trường đã trở thành xu hướng không thể đảo ngược. Kế hoạch hành động về nền kinh tế tuần hoàn của Liên minh Châu Âu và các mục tiêu "Carbon kép" của Trung Quốc đã đặt ra các yêu cầu rõ ràng về tính thân thiện với môi trường của vật liệu đóng gói dược phẩm, nhấn mạnh nhu cầu giảm tác động môi trường của bao bì nhựa không-phân hủy và thúc đẩy phát triển các giải pháp thay thế xanh, bền vững. Trong khi đó, sự tiến bộ nhanh chóng của y học chính xác đã thúc đẩy việc nâng cấp các công thức dược phẩm-dạng bào chế mới nổi như thuốc cá nhân hóa, giải phóng mục tiêu và liệu pháp tế bào đã đặt ra nhu cầu chức năng cao hơn cho viên nang, không còn giới hạn ở các chức năng cơ bản là đóng gói và phân phối thuốc mà còn cần phải đáp ứng các yêu cầu như tốc độ giải phóng có kiểm soát, nhắm mục tiêu-cụ thể theo địa điểm, khả năng tương thích sinh học với các thành phần hoạt chất và khả năng thích ứng với các tình huống lâm sàng phức tạp.
Trong bối cảnh đó, các vật liệu viên nang truyền thống (chẳng hạn như gelatin và các polyme tổng hợp không-phân hủy) không còn có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu kép về bảo vệ môi trường và phát triển dược phẩm tiên tiến. Viên nang gelatin phải đối mặt với những hạn chế về khả năng thích ứng tôn giáo và các rủi ro an toàn có nguồn gốc từ động vật-, trong khi viên nang polymer tổng hợp không-phân hủy dễ tích tụ trong môi trường, gây ô nhiễm vi nhựa. Do đó, hoạt động R&D về vật liệu viên nang chức năng và có khả năng phân hủy đã trở thành trọng tâm cốt lõi của ngành đóng gói dược phẩm toàn cầu, gây ra làn sóng đổi mới công nghệ.
Những đột phá và tác động của R&D
1. Vật liệu có thể phân hủy dựa trên Polysacarit biển-: Từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô thí điểm
Các polysacarit biển được đại diện bởi alginate và chitosan đã trở thành xu hướng chủ đạo của vật liệu viên nang có thể phân hủy do khả năng tương thích sinh học tuyệt vời, khả năng phân hủy tự nhiên và các đặc tính chức năng độc đáo của chúng. Các nghiên cứu gần đây đã đạt được tiến bộ quan trọng trong việc biến đổi vật liệu, ứng dụng vật liệu tổng hợp và tối ưu hóa quy trình, đẩy các vật liệu này từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sang sản xuất quy mô thí điểm.
Alginate, được chiết xuất từ tảo nâu, tạo thành cấu trúc mạng ba chiều ổn định nhiệt thông qua liên kết chéo-với các cation hóa trị hai (chẳng hạn như ion canxi). Độ nhạy pH của nó khiến nó trở nên lý tưởng cho viên nang dựa trên vi khuẩn-alginate{4}}có thể chống lại sự hòa tan trong môi trường dạ dày-pH thấp để bảo vệ men vi sinh, trong khi cấu trúc liên kết ngang-ion bị phá vỡ trong môi trường đường ruột-trung tính để giải phóng các thành phần hoạt tính. Những cải tiến công nghệ gần đây đã tập trung vào việc tối ưu hóa tỷ lệ axit mannuronic (M)/axit guluronic (G) của alginate và vật liệu thành composite được điều chế bằng cách trộn với carrageenan hoặc agar đã cải thiện đáng kể độ bền cơ học và hiệu suất giải phóng có kiểm soát, giải quyết vấn đề kém ổn định của viên nang alginate đơn trong đường tiêu hóa. Hiện tại, các viên nang alginate tổng hợp này đã được đưa vào thử nghiệm ở quy mô thí điểm đối với các chế phẩm enzyme và men vi sinh qua đường uống, với hiệu suất đóng gói vượt quá 90% và tỷ lệ sống sót của men vi sinh trong dịch dạ dày tăng gấp 3-5 lần so với các công thức truyền thống.
Chitosan, có nguồn gốc từ quá trình deacetyl hóa chitin ở động vật giáp xác, là polysaccharide cation tự nhiên duy nhất có khả năng phân hủy sinh học và bám dính sinh học tốt. Nó có thể tạo thành các phức polyelectrolyte mạnh với các polyme anion như alginate, tăng cường hơn nữa độ ổn định của viên nang trong môi trường-pH thấp. Nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc biến đổi chitosan để giảm độc tính tế bào và cải thiện khả năng hòa tan-các dẫn xuất chitosan bậc bốn đã cho thấy hoạt tính kháng khuẩn tuyệt vời trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích sinh học, khiến chúng thích hợp để đóng gói thuốc kháng khuẩn và giảm nguy cơ rối loạn hệ vi khuẩn đường ruột. Các dây chuyền sản xuất quy mô thí điểm cho viên nang dựa trên chitosan-đã được thiết lập ở Đông Nam Á và Châu Âu, chủ yếu được sử dụng để phân phối thuốc chống viêm-có mục tiêu trong ruột kết, đạt được khả năng giải phóng bền vững trong 12-24 giờ và cải thiện hiệu quả điều trị đồng thời giảm tác dụng phụ.
Ngoài alginate và chitosan, các polysaccharide biển như pullulan và axit hyaluronic cũng đã được khám phá rộng rãi. Pullulan, một polysaccharide ngoại bào trung tính, có đặc tính tạo màng-tốt và có thể hoạt động như một prebiotic để thúc đẩy sự phát triển của probiotic một cách có chọn lọc, cho thấy tiềm năng lớn trong các chế phẩm synbiotic. Những vật liệu dựa trên polysacarit biển-này không chỉ đáp ứng các yêu cầu bảo vệ môi trường (phân hủy hoàn toàn thành nước và carbon dioxide trong môi trường tự nhiên trong vòng 3-6 tháng) mà còn hiện thực hóa sự tích hợp chức năng "bảo vệ-cung cấp-dinh dưỡng", mở ra những con đường mới cho công thức dược phẩm xanh.
2. 3D-Viên nang rỗng tùy chỉnh được in: Xác minh trong phòng thí nghiệm và đột phá công nghệ
Công nghệ in 3D đã phá vỡ các giới hạn quy trình của "đúc lớp phủ nhúng" truyền thống trong sản xuất viên nang, hiện thực hóa việc chuẩn bị tùy chỉnh các viên nang rỗng với hình dạng tùy ý, độ dày thành có thể điều chỉnh và các chức năng được cá nhân hóa, đồng thời đã vượt qua quá trình xác minh thành công trong phòng thí nghiệm trong những năm gần đây.
Các nhà nghiên cứu đã áp dụng mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM) và công nghệ in 3D vi lỏng để chế tạo các viên nang rỗng bằng vật liệu có thể phân hủy như rượu polyvinyl (PVA), axit polylactic (PLA) và alginate biến tính. Bằng cách tối ưu hóa các thông số in (nhiệt độ ép đùn, tốc độ in, tốc độ dòng nguyên liệu và đường kính vòi phun), các viên nang có kích thước phù hợp với viên nang gelatin cứng thương mại (cỡ 0-2) đã được chế tạo thành công, với độ dày thành có thể điều chỉnh trong khoảng 0,2-0,9 mm. Các thử nghiệm hòa tan trong ống nghiệm cho thấy viên nang in 3D-dựa trên PVA có thể đạt được cấu hình giải phóng chậm bằng cách điều chỉnh độ dày thành-viên nang có độ dày thành 0,6 mm có thời gian phân hủy lâu hơn 2-gấp 2 lần so với viên nang gelatin thương mại, đáp ứng nhu cầu về công thức giải phóng{17}}duy trì. Quan trọng hơn, in 3D cho phép tạo ra các viên nang có hình dạng đặc biệt (chẳng hạn như cấu trúc hình bầu dục, hình tam giác và nhiều ngăn) mà các quy trình truyền thống không thể sản xuất được. Viên nang nhiều ngăn có thể bao bọc các loại thuốc không tương thích hoặc các loại thuốc có nhịp giải phóng khác nhau, thực hiện giải phóng tuần tự và cải thiện sức mạnh tổng hợp của thuốc kết hợp.
Một bước đột phá lớn trong công nghệ in 3D vi lỏng là việc điều chế các viên nang hydrogel có cấu trúc vỏ-lõi. Vào tháng 12 năm 2025, hai nghiên cứu mang tính bước ngoặt được công bố trên tạp chíKhoa họcviên nang hydrogel lõi bán thấm được phát triển độc lập dựa trên nguyên lý tách pha lỏng (LLPS) lỏng-. CAGE (Viên nang có vỏ gel lưỡng tính) do nhóm Allon M. Klein của Đại học Harvard phát triển sử dụng chất đồng trùng hợp khối lưỡng tính F127DA làm vật liệu vỏ, tạo thành cấu trúc xốp-giống như bọt với kích thước lỗ 10-50 nm sau khi liên kết chéo{10}}. Cấu trúc này cho phép khuếch tán tự do các thuốc thử như DNA polymerase trong khi vẫn giữ lại axit nucleic trên 300 bp, thực hiện quá trình nuôi cấy tế bào sống trong thời gian dài và phân tích bộ gen nhiều bước trong một viên nang duy nhất. SPC (Viên nang bán thấm) do nhóm Linas Mazutis của Đại học Vilnius phát triển sử dụng GelMA và dextran làm vật liệu, có thể bị phân hủy bởi collagenase để giải phóng các tế bào sống với tỷ lệ sống sót vượt quá 90%, giải quyết các vấn đề chính trong phân tích đơn bào mẫu lâm sàng như thu giữ tế bào dễ vỡ và suy thoái RNA.
3. Các vật liệu có thể phân hủy chức năng mới nổi: Các loại phản ứng thông minh và có thể phân hủy quang học
Nghiên cứu gần đây cũng tập trung vào việc phát triển các viên nang có thể phân hủy chức năng với các đặc tính phân hủy đáp ứng-kích thích, mở rộng các kịch bản ứng dụng của chúng ra ngoài dược phẩm cho đến mỹ phẩm, nông nghiệp và các lĩnh vực khác. Các nhà nghiên cứu Nhật Bản từ Đại học Thành phố Osaka đã phát triển các viên nang polyme có khả năng phân hủy sinh học bằng cách sử dụng các phân tử có nguồn gốc từ thực vật và lipid-thông qua quá trình trùng hợp quang xích tuần giữa các bề mặt. Những viên nang này tạo thành lớp vỏ polyme thông qua các phản ứng được điều khiển bằng ánh sáng-mà không cần chất xúc tác bên ngoài, duy trì sự ổn định trong hơn một năm trong điều kiện bình thường đồng thời phân hủy nhanh chóng dưới ánh sáng tia cực tím 254 nm hoặc nước kiềm, không để lại dư lượng trong môi trường. Công nghệ này cung cấp giải pháp thay thế bền vững cho các viên nang siêu nhỏ không thể phân hủy-truyền thống trong mỹ phẩm và hóa chất nông nghiệp, tránh ô nhiễm vi nhựa.
Tác động toàn diện của ngành
Những đột phá R&D này đã định hình lại một cách sâu sắc mô hình phát triển của ngành công nghiệp viên nang rỗng. Về mặt kỹ thuật, họ đã phá vỡ sự độc quyền-lâu dài của các quy trình đúc lớp phủ nhúng-truyền thống, thiết lập một lộ trình kỹ thuật mới về "tùy chỉnh vật liệu + cá nhân hóa quy trình" và cho phép sản xuất các viên nang đặc biệt với khả năng giải phóng có kiểm soát, phân phối có mục tiêu và tích hợp nhiều-chức năng. Về mặt ứng dụng, viên nang chức năng và có thể phân hủy cung cấp chất mang mới cho các công thức-cao cấp như liệu pháp tế bào đơn-, thuốc cá nhân hóa và synbiotic, đẩy nhanh quá trình chuyển đổi y học chính xác từ nghiên cứu cơ bản sang ứng dụng lâm sàng. Về mặt môi trường, họ đáp ứng các mục tiêu trung hòa carbon toàn cầu, thúc đẩy nâng cấp ngành bao bì dược phẩm theo hướng xanh hóa và bền vững.
Hiện tại, mặc dù những công nghệ này vẫn phải đối mặt với những thách thức như chi phí sản xuất cao, khó khăn-mở rộng quy mô và các tiêu chuẩn quy định không rõ ràng, nhưng những đột phá liên tục trong khoa học vật liệu và kỹ thuật xử lý dự kiến sẽ thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa của chúng trong 3-5 năm tới. Nó sẽ tiếp tục thúc đẩy ngành hướng tới hướng-cao cấp, thông minh và thân thiện với môi trường, mang lại những thay đổi mang tính cách mạng cho hệ thống phân phối thuốc và bao bì dược phẩm.