一、介紹
本文隸屬于微射流均質(zhì)機(jī)應(yīng)用專題,全文共6500 字,閱讀大約需要 20 分鐘。
摘要
本文系統(tǒng)比較了
自上而下(微射流均質(zhì)法)和自下而上(超聲沉淀法)兩種技術(shù)制備布洛芬微納米混懸體的工藝特性與穩(wěn)定性,并評(píng)估了多種穩(wěn)定劑(包括SLS、PVP、Pluronic系列、Tween 80及不同型號(hào)HPMC)的性能差異。研究表明,兩種方法在初始粒徑和短期穩(wěn)定性方面表現(xiàn)相似,其中HPMC類穩(wěn)定劑在減小粒徑和維持穩(wěn)定性方面效果最優(yōu);微射流法的粒徑與藥物在穩(wěn)定劑中的溶解度密切相關(guān),而沉淀法則更依賴于穩(wěn)定劑的HLB值。溶解度被證實(shí)是影響儲(chǔ)存過程中奧斯特瓦爾德熟化現(xiàn)象及顆粒長大的關(guān)鍵因素。該研究為不同工藝路徑下穩(wěn)定劑的合理選擇提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞
微射流均質(zhì);沉淀;納米混懸液;穩(wěn)定劑;溶解度;親水親油平衡
二、整體框架
三、引言
近年來,高通量篩選和組合化學(xué)等技術(shù)的快速發(fā)展催生了大量高脂溶性、低水溶性的候選藥物,其口服生物利用度低成為制劑開發(fā)的主要瓶頸。納米混懸液通過增大藥物比表面積顯著提高溶解速率,為改善難溶性藥物的遞送效率提供了有效策略。本研究以布洛芬為模型藥物,系統(tǒng)比較了自上而下(微射流均質(zhì)法)與自下而上(超聲沉淀法)兩種納米混懸液制備方法的優(yōu)劣,重點(diǎn)考察了不同穩(wěn)定劑對(duì)顆粒特性、穩(wěn)定性及奧斯特瓦爾德熟化現(xiàn)象的影響,以期為納米制劑工藝優(yōu)化與穩(wěn)定劑理性設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。
四、基本流程
| 特性 |
自下而上法 (Bottom-Up) |
自上而下法 (Top-Down) |
| 方法名稱 |
超聲沉淀法 |
微射流均質(zhì)法 |
| 基本原理 |
將藥物從分子狀態(tài)沉淀成納米顆粒 |
將宏觀大顆粒破碎研磨成納米顆粒 |
| 關(guān)鍵步驟 |
1. 藥物溶解于有機(jī)溶劑(丙酮)中
2. 有機(jī)相注入含穩(wěn)定劑的冰水水相中
3. 全程應(yīng)用探頭超聲處理
4. 真空去除殘余有機(jī)溶劑 |
1. 原料藥分散在含穩(wěn)定劑水相中形成粗混懸液
2. 高速預(yù)均質(zhì)破碎大團(tuán)塊
3. 微射流儀高壓力循環(huán)處理
4. 逐步升壓防堵塞,循環(huán)水浴控溫 |
| 核心要素 |
溶劑/反溶劑、超聲(促進(jìn)混合與納米化)、穩(wěn)定劑(抑制晶體生長) |
高機(jī)械能(高壓、高速碰撞)、穩(wěn)定劑(抑制重新聚集)、控溫(避免過熱) |
| 產(chǎn)物形成方式 |
藥物從無到有構(gòu)建納米顆粒 |
藥物大顆粒被分解為納米顆粒 |
五、數(shù)據(jù)表征
| 表征指標(biāo) |
檢測方法 |
關(guān)鍵細(xì)節(jié)與目的 |
| 1. 粒徑分布 |
動(dòng)態(tài)光散射 (DLS) |
• 樣品預(yù)處理:使用經(jīng)布洛芬飽和的30%甘油溶液稀釋,防止溶解改變粒徑
• 粘度校正:測量稀釋樣品實(shí)際粘度,輸入儀器確保計(jì)算準(zhǔn)確
• 目的:獲得顆粒群體的平均粒徑及分布寬度(X50, X99),評(píng)價(jià)納米化效果 |
| 2. Zeta 電位 |
Zeta Plus 分析儀 |
• 樣品預(yù)處理:與粒徑測量相同的稀釋方法,保證一致性
• 目的:測量顆粒表面有效電荷,評(píng)估混懸液靜電穩(wěn)定性。高絕對(duì)值(>|30mV|)表明體系更穩(wěn)定 |
| 3. 溶解度和載藥量 |
HPLC 分析 |
• 樣品預(yù)處理:高速離心分離未溶藥物,0.1μm濾膜過濾上清液
• 分析方法:采用USP NF 2006標(biāo)準(zhǔn)HPLC定量
• 目的:
- 溶解度:測定不同穩(wěn)定劑溶液中藥物表觀溶解度,分析與奧斯特瓦爾德熟化的關(guān)聯(lián)
- 載藥量:通過初始投藥量和溶解度數(shù)據(jù),間接評(píng)估體系固含量 |
六、結(jié)果與討論
超聲沉淀法(自下而上法)
采用超聲沉淀法制備的布洛芬混懸液主要形成針狀顆粒,因此需采用強(qiáng)度加權(quán)粒徑分布進(jìn)行表征。結(jié)果表明,除少數(shù)HPMC樣品外,大部分穩(wěn)定劑制備的顆粒平均粒徑大于1μm(嚴(yán)格來說已超出納米范圍)。
其中HPMC K3表現(xiàn)最佳,獲得最小平均粒徑702±106 nm,而泊洛沙姆F-68 效果最差,平均粒徑達(dá)1282±51 nm。
分布分析顯示,只有HPMC類穩(wěn)定劑能將顯著比例(25%)的顆粒穩(wěn)定在500 nm以下,所有穩(wěn)定劑的X50值均小于1μm,X99值小于5μm,說明該方法雖能制備微米級(jí)混懸液,但達(dá)到真正的納米級(jí)別仍具挑戰(zhàn)性,其中HPMC類穩(wěn)定劑展現(xiàn)出最優(yōu)的納米化效果和穩(wěn)定能力。

使用沉淀法獲得的不同穩(wěn)定劑布洛芬懸浮液的平均粒徑
微射流均質(zhì)法(自上而下法)
采用微射流均質(zhì)法制備的布洛芬混懸液形成不規(guī)則顆粒,其整體納米化效果優(yōu)于超聲沉淀法,平均粒徑更小。羥丙甲纖維素(HPMC)類穩(wěn)定劑表現(xiàn)最佳,成功將粒徑降至1μm以下,且所有HPMC制劑的X25值均小于500nm。值得注意的是,十二烷基硫酸鈉(SLS)、吐溫80(Tween 80) 和泊洛沙姆F-127(Pluronic F-127) 制備的懸浮液出現(xiàn)粒徑異常增大現(xiàn)象,這與藥物在這些穩(wěn)定劑溶液中的高溶解度密切相關(guān),暗示可能發(fā)生奧斯特瓦爾德熟化。結(jié)果表明,微射流法雖能有效實(shí)現(xiàn)納米化,但穩(wěn)定劑的選擇仍需考慮其對(duì)藥物溶解度的影響,以避免顆粒生長,而HPMC在兩種方法中均展現(xiàn)出最優(yōu)且穩(wěn)定的性能。

使用微射流法制備的不同穩(wěn)定劑布洛芬懸浮液的平均粒徑
Zeta電位
兩種方法制備的布洛芬混懸液具有相似的Zeta電位特征,表明顆粒表面電荷特性主要受穩(wěn)定劑類型而非制備工藝影響。十二烷基硫酸鈉(SLS)作為離子型穩(wěn)定劑使顆粒表面帶強(qiáng)負(fù)電荷(-60.70至-65.00mV),主要通過靜電穩(wěn)定機(jī)制發(fā)揮作用;而聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、泊洛沙姆、吐溫80和羥丙甲纖維素(HPMC)等非離子型穩(wěn)定劑則通過空間穩(wěn)定機(jī)制發(fā)揮作用,Zeta電位范圍較窄(-25mV至+2mV)。值得注意的是,HPMC類穩(wěn)定劑能最有效地掩蔽布洛芬顆粒本身的負(fù)電荷(Zeta電位最接近零),證明其形成了最完整緊密的吸附層,這與其在穩(wěn)定性研究中表現(xiàn)出的最佳性能直接相關(guān)。

不同穩(wěn)定劑制備的布洛芬懸浮液的平均Zeta電位
穩(wěn)定劑效果
羥丙甲纖維素(HPMC)在兩類制備方法中均表現(xiàn)出最優(yōu)的穩(wěn)定效果,其分子中的甲氧基疏水基團(tuán)通過與布洛芬顆粒表面的疏水相互作用實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力吸附,而親水鏈段則延伸至水相提供空間穩(wěn)定作用。研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定劑選擇準(zhǔn)則因制備方法而異:超聲沉淀法中穩(wěn)定劑效果與其親水親油平衡值(HLB)呈正相關(guān)(低HLB值更有利),而微射流均質(zhì)法中穩(wěn)定劑效果與藥物在其中的溶解度密切相關(guān)(溶解度越低效果越好)。表面能、接觸角等參數(shù)與穩(wěn)定效果無明確相關(guān)性,但Zeta電位結(jié)果表明HPMC能形成最完整的表面覆蓋層,這與其卓越的穩(wěn)定性能直接相關(guān)。該研究為不同制備方法下穩(wěn)定劑的理性選擇提供了重要依據(jù)。

各種羥丙基甲基纖維素的物理化學(xué)性質(zhì)
為了確定穩(wěn)定劑特性對(duì)布洛芬微米/納米混懸液形成的影響,考慮了各種穩(wěn)定劑性質(zhì),如它們對(duì)界面張力、接觸角、布洛芬溶解度、表面能和親水親油平衡值(HLB)的影響。試圖將藥物的表面能與各種穩(wěn)定劑的表面能關(guān)聯(lián)起來,以幫助納米混懸液穩(wěn)定劑的選擇。然而,未觀察到表面能與形成納米混懸液的能力之間存在相關(guān)性。因此,在這些性質(zhì)中,僅進(jìn)一步考慮了各種穩(wěn)定劑的HLB值及其對(duì)布洛芬溶解度的影響,以與獲得的粒徑數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

表列出了研究中使用的各種非離子穩(wěn)定劑的HLB值。無法比較SLS,因?yàn)镠LB系統(tǒng)不決定離子表面活性劑的功能。HLB是穩(wěn)定劑分子親水性和親脂性的量度。HLB值越低,穩(wěn)定劑親脂性越強(qiáng),反之亦然。親脂性(疏水性)分子應(yīng)表現(xiàn)出與疏水性布洛芬顆粒相互作用的更高概率,從而實(shí)現(xiàn)更小的粒徑。在使用自下而上方法制備的混懸液情況下,獲得了粒徑與非離子穩(wěn)定劑HLB之間的正相關(guān)(圖4a)。然而,對(duì)于使用微射流均質(zhì)法制備的混懸液,未獲得這種相關(guān)性(圖4b)

布洛芬懸浮液粒徑與穩(wěn)定劑HLB值的關(guān)系:(a) 沉淀法,(b) 微射流法。(♦)羥丙甲纖維素(HPMCs),(▲)吐溫80,(●)泊洛沙姆F-127,(■)泊洛沙姆F-68
不同加工條件下穩(wěn)定劑行為的差異可以通過沉淀技術(shù)的某些方面與乳液形成(HLB系統(tǒng)主要是為此開發(fā)的)性質(zhì)相似來解釋,因?yàn)轭w粒是通過相不相容性從溶液中形成的。然而,HLB值不太可能在通過微射流均質(zhì)法制備的納米混懸液中起主導(dǎo)作用。通過微射流均質(zhì)法獲得的粒徑似乎與布洛芬在各種穩(wěn)定劑溶液中的溶解度(25°C)相關(guān)(圖5和6)。對(duì)布洛芬固有水溶性(0.049 mg/ml)影響最小的穩(wěn)定劑(PVP K-30、Pluronic F-68和HPMCs)導(dǎo)致較低的平均粒徑,與顯著增加布洛芬溶解度的穩(wěn)定劑(SLS、Tween 80和Pluronic F-127)相比。

布洛芬在通過不同方法制備的懸浮液中的溶解度(在25◦C時(shí))

通過微射流法制備的布洛芬懸浮液的粒徑作為在穩(wěn)定劑中的溶解度的函數(shù)
儲(chǔ)存穩(wěn)定性
儲(chǔ)存穩(wěn)定性研究表明,羥丙甲纖維素(HPMC)基制劑在4°C和25°C條件下均能保持7天內(nèi)粒徑穩(wěn)定,而其他穩(wěn)定劑制備的混懸液均出現(xiàn)不同程度粒徑增長。十二烷基硫酸鈉(SLS)、吐溫80和泊洛沙姆F-127由于顯著提高布洛芬溶解度,其粒徑增長主要源于奧斯特瓦爾德熟化機(jī)制;而聚乙烯吡咯烷酮(PVP K-30)和泊洛沙姆F-68則因表面覆蓋不完整導(dǎo)致顆粒聚集。研究發(fā)現(xiàn)高溫(25°C)顯著加速不穩(wěn)定過程,而HPMC同時(shí)具備低增溶效應(yīng)和優(yōu)異空間穩(wěn)定作用,因而表現(xiàn)出最佳的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。該結(jié)果證明,抑制奧斯特瓦爾德熟化和實(shí)現(xiàn)完整表面覆蓋是確保納米混懸液穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。




六、結(jié)論
- 自上而下和自下而上兩種過程都給出了具有可比短期穩(wěn)定性的相似初始制劑。
- 穩(wěn)定劑HLB值可以幫助自下而上(超聲沉淀)過程的穩(wěn)定劑選擇,因?yàn)樵撨^程主要是乳化技術(shù)的變體。
- 在自上而下(微射流均質(zhì))過程中,藥物在穩(wěn)定劑溶液中的溶解度起主導(dǎo)作用。
- 對(duì)于兩種加工方法制成的制劑,藥物在穩(wěn)定劑溶液中的溶解度與儲(chǔ)存期間觀察到的粒徑穩(wěn)定性之間存在關(guān)系。這意味著奧斯特瓦爾德熟化在納米混懸液穩(wěn)定性中起著重要作用。因此,在制備納米混懸液時(shí),應(yīng)僅使用對(duì)藥物溶解度影響最小/可忽略的穩(wěn)定劑。
- 使用HPMC的空間穩(wěn)定作用足以穩(wěn)定布洛芬微米/納米混懸液7天,因此可以為進(jìn)一步加工制劑提供足夠的準(zhǔn)備時(shí)間。
- 數(shù)據(jù)表明,HPMC分子與布洛芬表面良好相互作用,并導(dǎo)致最佳的表面覆蓋。這可能是其在穩(wěn)定性研究方面優(yōu)異性能的主要原因。然而,需要進(jìn)一步研究HPMC與布洛芬之間的具體相互作用以證實(shí)這一假設(shè)。
參考文獻(xiàn)
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微射流均質(zhì)處理整體解決方案