با وجود توسعه هزاران ترکیب دارویی طی دهه های اخیر، تنها بخش کوچکی از آن ها به مرحله تولید و تجاری سازی می رسند. یکی از چالش های اصلی در مسیر توسعه دارو، حلالیت ضعیف بسیاری از ترکیبات دارویی در آب است. آمارها نشان می دهد بیش از 40 درصد داروهای موجود در بازار، به ویژه ترکیبات زیست فعال، از حلالیت آبی بسیار پایینی برخوردارند که این امر منجر به جذب ضعیف در بدن و کاهش کارایی درمانی آن ها می شود. یکی از رویکردهای مؤثر در بهبود این مشکل، کاهش اندازه ذرات دارو تا مقیاس نانو است. کاهش اندازه ذرات موجب افزایش چشمگیر سطح تماس، بهبود حلالیت و زیست دسترسی، کاهش دوز مصرفی، کاهش عوارض جانبی و در نتیجه کاهش هزینه نهایی درمان می شود. با این حال، روش های سنتی کاهش اندازه ذرات دارای محدودیت هایی از جمله استفاده از حلال های آلی و افزایش دما هستند که می تواند ساختار دارو را تخریب کند. در سال های اخیر، استفاده از فناوری سیالات فوق بحرانی به ویژه دی اکسیدکربن فوق بحرانی، به عنوان یک ضدحلال در فرایند تولید نانوذرات، مورد توجه فراوان قرار گرفته است. این فناوری قادر است ذراتی با اندازه ریز، توزیع اندازه یکنواخت و عاری از حلال تولید کند.در این پژوهش، با هدف تولید نانوذرات کورکومین (یک ترکیب زیست فعال با خواص ضدسرطان، ضدالتهاب و آنتی اکسیدانی)، از روش ضدحلال گازی استفاده شد. ابتدا مدل سازی ترمودینامیکی سیستم با استفاده از معادله حالت پنگ-رابینسون و روابط حاکم برای محاسبه تعادل بخار-مایع و پارامترهای سیستم انجام شد تا محدوده های عملیاتی مناسب جهت انجام آزمایش ها تعیین گردد. سپس طراحی آزمایش ها بر اساس روش با کس-بنکن(Box-Behnken) انجام شد تا اثر متقابل متغیرهای مختلف به صورت سیستماتیک بررسی گردد. شش پارامتر کلیدی شامل دما (308، 328 و 348 کلوین)، فشار (12، 18 و 24 مگاپاسکال)، دبی تزریق ضدحلال (10، 50 و 90 میلی لیتر بر دقیقه)، غلظت اولیه حل شونده (5، 35 و 65 میلی گرم بر میلی لیتر)، سرعت همزن (500، 1500 و 2500 دور بر دقیقه) و نوع حلال (اتانول و دی متیل سولفوکسید) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج تجربی نشان داد که افزایش فشار و افزایش دبی تزریق ضدحلال منجر به کاهش میانگین اندازه ذرات شد، در حالی که افزایش دما و غلظت اولیه حل شونده تأثیر معکوس داشته و اندازه ذرات را افزایش داد. همچنین مشخص شد که نوع حلال تأثیر قابل توجهی بر اندازه نهایی ذرات دارد، به طوری که اندازه متوسط ذرات تولیدشده با استفاده از اتانول به عنوان حلال برابر با 81 نانومتر و با استفاده از DMSO برابر با 230 نانومتر بود. این نتایج نشان دهنده اثربخشی بالای فرایند ضدحلال گازی در کاهش اندازه ذرات کورکومین از حدود 281 میکرومتر در نمونه اولیه به محدوده نانومتر است. برای تحلیل دقیق تر رفتار سیستم و استخراج پارامترهای سینتیکی، مدل سازی سینتیکی فرایند با استفاده از معادلات موازنه جرم و موازنه جمعیت انجام شد. حل عددی معادله موازنه جمعیت با ترکیب روش های کرانک-نیکلسون و لاکس-واندروف صورت گرفت تا توزیع اندازه ذرات در شرایط مختلف به دست آید. با بهینه سازی پارامترهای سینتیکی و مقایسه نتایج مدل با داده های آزمایشگاهی، صحت مدل سازی تایید گردید و نشان داده شد که مدل قادر به پیش بینی روند فرایند در شرایط مختلف می باشد. برای بررسی ویژگی های نانوذرات تولیدشده، آنالیزهای FESEM، DLS، XRD، DSC، FTIR و HPLC انجام شد. نتایج این آنالیزها نشان داد که نانوذرات تولیدشده دارای ساختاری یکنواخت، اندازه نانومتری و خلوص مناسب هستند. در نهایت، برای ارزیابی کارایی عملکردی نانوذرات، آزمون انحلال برون تنی انجام شد. نتایج این آزمون حاکی از افزایش قابل توجه نرخ انحلال نانوذرات در مقایسه با نمونه اولیه بود، به طوری که نانوذرات تولیدشده در حلال اتانول و DMSO به ترتیب دارای نرخ انحلال 3.3 و 2.4 برابر بیشتر از کورکومین اولیه بودند. این بهبود چشمگیر را می توان به اندازه نانومتری و کاهش بلورینگی ذرات نسبت داد.

کلمات کلیدی: مدلسازی ترمودینامیکی، مدلسازی سینتیکی، سیال فوق بحرانی، دی اکسیدکربن، نانوذرات دارویی، ضدسرطان، کورکومین