微納米混懸液制備中自上而下與自下而上方法的比較研究

一、介紹

本文隸屬于微射流均質機應用專題，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（微射流均質法）和自下而上（超聲沉淀法）兩種技術制備布洛芬微納米混懸體的工藝特性與穩(wěn)定性，并評估了多種穩(wěn)定劑（包括SLS、PVP、Pluronic系列、Tween 80及不同型號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，而沉淀法則更依賴于穩(wěn)定劑的HLB值。溶解度被證實是影響儲存過程中奧斯特瓦爾德熟化現(xiàn)象及顆粒長大的關鍵因素。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)。

關鍵詞

微射流均質；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等技術的快速發(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，重點考察了不同穩(wěn)定劑對顆粒特性、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)定劑理性設計提供理論依據(jù)和實踐指導。

四、基本流程

五、數(shù)據(jù)表征

六、結果與討論

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，因此需采用強度加權粒徑分布進行表征。結果表明，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混懸液，但達到真正的納米級別仍具挑戰(zhàn)性，其中HPMC類穩(wěn)定劑展現(xiàn)出優(yōu)的納米化效果和穩(wěn)定能力。

微射流均質法（自上而下法）

采用微射流均質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，暗示可能發(fā)生奧斯特瓦爾德熟化。結果表明，微射流法雖能有效實現(xiàn)納米化，但穩(wěn)定劑的選擇仍需考慮其對藥物溶解度的影響，以避免顆粒生長，而HPMC在兩種方法中均展現(xiàn)出優(yōu)且穩(wěn)定的性能。

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負電荷（-60.70至-65.00mV），主要通過靜電穩(wěn)定機制發(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)定劑能有效地掩蔽布洛芬顆粒本身的負電荷（Zeta電位接近零），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。

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)出優(yōu)的穩(wěn)定效果，其分子中的甲氧基疏水基團通過與布洛芬顆粒表面的疏水相互作用實現(xiàn)強力吸附，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（低HLB值更有利），而微射流均質法中穩(wěn)定劑效果與藥物在其中的溶解度密切相關（溶解度越低效果越好）。表面能、接觸角等參數(shù)與穩(wěn)定效果無明確相關性，但Zeta電位結果表明HPMC能形成最完整的表面覆蓋層，這與其穩(wěn)定性能直接相關。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)。

為了確定穩(wěn)定劑特性對布洛芬微米/納米混懸液形成的影響，考慮了各種穩(wěn)定劑性質，如它們對界面張力、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性。因此，在這些性質中，僅進一步考慮了各種穩(wěn)定劑的HLB值及其對布洛芬溶解度的影響，以與獲得的粒徑數(shù)據(jù)進行比較。

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，因為HLB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，反之亦然。親脂性（疏水性）分子應表現(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（圖4a）。然而，對于使用微射流均質法制備的混懸液，未獲得這種相關性（圖4b）

不同加工條件下穩(wěn)定劑行為的差異可以通過沉淀技術的某些方面與乳液形成（HLB系統(tǒng)主要是為此開發(fā)的）性質相似來解釋，因為顆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法制備的納米混懸液中起主導作用。通過微射流均質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（圖5和6）。對布洛芬固有水溶性（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。

儲存穩(wěn)定性

儲存穩(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同時具備低增溶效應和優(yōu)異空間穩(wěn)定作用，因而表現(xiàn)出最佳的儲存穩(wěn)定性。該結果證明，抑制奧斯特瓦爾德熟化和實現(xiàn)完整表面覆蓋是確保納米混懸液穩(wěn)定的關鍵因素。

六、結論

• 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，因為該過程主要是乳化技術的變體。

• 在自上而下（微射流均質）過程中，藥物在穩(wěn)定劑溶液中的溶解度起主導作用。

• 對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存期間觀察到的粒徑穩(wěn)定性之間存在關系。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，應僅使用對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，因此可以為進一步加工制劑提供足夠的準備時間。

• 數(shù)據(jù)表明，HPMC分子與布洛芬表面良好相互作用，并導致最佳的表面覆蓋。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，需要進一步研究HPMC與布洛芬之間的具體相互作用以證實這一假設。

參考文獻

[1] Verma S , Gokhale R , Burgess D J .A comparative study of top-down and bottom-up approaches for the preparation of micro/nanosuspensions[J].Int J Pharm, 2009, 380(1-2):216-222.DOI:10.1016/j.ijpharm.2009.07.005.

微射流均質處理整體解決方案