扑热息痛明胶微球的研制

摘要:本实验以明胶为材料制备微球,采用W/O型乳化交联法制备扑热息痛[1]明胶微球。通过对明胶溶液浓度、O/W比例、乳化时间、span80加入量四个影响因素进行单因素分析,并与正交试验结合,对制备扑热息痛明胶微球的工艺进行优化。以载药量和包封率为筛选标准,筛选出制备扑热息痛明胶微球的最佳工艺,并进行工艺重现性研究。正交得到最佳方案为:明胶浓度为15%,油水比为4:1,乳化剂span-80的用量为6ml,乳化时间为25min。
最佳制备工艺的验证实验表明了按照以上参数制备的明胶微球具有良好的稳定性和工艺重现性。制备的扑热息痛明胶微球具有良好的缓释作用,能够实现持续给药,减少给药次数,并且降低毒副作用。
关键词:扑热息痛,明胶微球,载药量,包封率

1. 引言

1.1 扑热息痛简介
1.1.1 扑热息痛理化性质
扑热息痛(Paracetamol),又名对乙酰氨基酚,商品名称有百服宁、必理通、泰诺等。英文名称有 4-Acetamido phenol 、acetaminophen等,有时也被简写为APAP。常温下扑热息痛为白色结晶或结晶性粉末,能溶于乙醇、丙酮和热水,微溶于冷水,不溶于石油醚及苯。无气味,味苦。扑热息痛的饱和水溶液pH值5.5-6.5。分子式为 C8H9NO2 。分子量为 151.16 。化学式如下图:

1.1.2 扑热息痛的应用
作为一种广泛应用于各类感冒药的解热镇痛药,扑热息痛的使用历史超过50年,在许多非处方药中都有它的成分,种类超过200种。作为最常用的非抗炎解热镇痛药,扑热息痛的解热作用与阿司匹林相似,镇痛作用较弱,无抗炎抗风湿作用,是乙酰苯胺类药物中最好的品种。特别适合于不能应用羧酸类药物的病人用于感冒、牙痛等症。扑热息痛与非甾体类抗炎药物相似,但与阿司匹林和布洛芬等常见的止痛药不同,不含有抗炎成分,所以不是所谓的“非类固醇抗发炎药(NSAID)”。与鸦片类药物不同,它不会使人精神愉快或是改变心情。扑热息痛不会有令人上瘾和产生依赖性的危险。在安全剂量的使用和适当的使用范围内,扑热息痛的副作用相对较小。但当过量或者长期使用扑热息痛时,容易引起肝脏、肾脏等器官的毒副作用。因此在使用同类药物时,必须看清药物中扑热息痛的含量,避免重复用药以及药物使用过量造成的中毒反应。
1.2 明胶[5]
1.2.1明胶的性质和组成
明胶是以动物的皮、骨为原料,通过酸解或碱解,少数用酶解制成的主要组成为氨基酸,组成相同而分子量分布很宽的多肽分子混合物,分子量一般在几万至十几万,既具有酸性,又具有碱性,是一种两性物质。明胶的蛋白质中含有18种氨基酸,其中有7种是人体必须的氨基酸。明胶中含有少量水分及无机盐,80%是氨基酸,是一种理想的氨基酸来源。明胶在常温条件下为淡黄色至黄色或半透明的微带光泽的粉粒或薄片;无臭味;吸水后重量可增加5 ~10倍。扑热息痛在热水、乙酸或甘油与水的热混合液中溶解,在乙醇、氯仿或乙醚中不溶。易溶于温水,冷却形成凝胶,溶点在24-28°C之间,其溶解度与凝固温度相差很小。明胶分子结构中存在有大量的羟基,另外还有许多羧基和氨基,因此明胶具有极强的亲水性。

1.2.2明胶的应用
明胶具有优秀的物理化学性质和生物学性质,可以应用于生物、化学、工业等多方面。根据应用不同,明胶可以被分为工业用、药用和食用明胶等。药用明胶应当选用动物皮、骨和筋腱为原料制成,无脂肪、高蛋白、易被人体吸收。具有粘度高、冻力高、易凝冻等物理特点。外观为淡黄色至黄色细粒,外观应当干燥、洁净、均匀,无夹杂物。能通过孔径4mm标准筛网。明胶可溶于热水,形成热可逆性凝胶,明胶具有极其优良的物理性质,如胶冻力、亲和性、高度分散性、低粘度特性、分散稳定性、持水性、被覆性、韧性及可逆性等。可被用于制作胶囊、片剂、微球等。
食用明胶为淡黄色至黄色细粒, 90%以上为胶原蛋白,具有优良的胶体保护性、表面活性、粘稠性、缓冲性、浸润性、稳定性和水易溶性等。因此明胶是一种重要的食品添加剂,可作为食品的胶冻剂、增稠剂、乳化剂、分散剂、澄清剂等。

1.3 微球[6]
1.3.1微球的定义和材质
微球(microsphere)是指药物分散或被吸附在高分子或者聚合物基质中而形成的微粒分散体系。按照制备微球的材料不同,药用微球主要可分为三类:天然高分子微球、半合成高分子微球以及合成高分子微球。由淀粉、白蛋白、明胶、壳聚糖、海藻酸盐、淀粉、琼脂等天然高分子材料制备得到的微球即天然高分子微球,其特点是稳定、无毒,同时具有成球性、生物兼容性和生物降解性等方面的优势,并且其降解产物无毒副作用;由甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、醋酸纤维素、邻苯二甲酸纤维素等半合成高分子制备得到的微球即半合成高分子微球,其特点是毒性小较、 粘度大、 成盐后溶解度增大,但其缺点是易水解,难以用高温处理,只能现用现配;由聚烯烃、聚丙烯酸树脂、聚多元醇类、聚酯类、PHA即聚羟基脂肪酸类、聚氨基酸类、聚酸酐类等高分子合成物制成的微球即合成高分子微球,其优点是无毒、成球性好、同时具有较高的化学稳定性,此外还可通过不同的手段进行调节性能,能持续稳定地释放微球中的药物或活性物质,药物性质对释放性质的影响较小。

1.3.2微球的性质和优点
微球由于其制备的材料和制成后的形态,具有许多优良的物理性质,是一种优秀的药物载体。微球的直径越小,相对的其表面效应和体积效应也越明显。表面效应和体积效应使小体积的微球具 有很大的比表面积,小尺寸的微球对外界刺激的反应速度很快。因此微球悬浮在液体中形成胶体具有很高的稳定性。微球作为球体,相对于其他颗粒剂,具有良好的流动性,利用天然高分子制备的微球多数具有良好的生物相容性,微球在生物体内比较安全,而且无毒,不易与组织器官产生免疫原性,并且可降解。微球表面具有许多活性功能基团如羟基、羧基、 氨基等,可通过这些基团结合化学物质或生物分子,从而将其固定到微球表面。

1.4 明胶微球的制备方法
明胶微球的制备方式有很多,总体分为三类:物理法、化学法及物理化学法。常见的有喷雾干燥法、冷冻干燥法、单凝聚法、复凝聚法、乳化法。
1.4.1喷雾干燥法
喷雾干燥法是指在一定压力下,从喷嘴喷出热的明胶溶液,形成的雾状液滴,蒸发掉水分而形成微球,通过调节压力、温度和喷嘴进出口的直径,可以得到直径大小不同的明胶颗粒。通过喷雾干燥法制得的微球直径比较均匀,但制备过程中需要较高的温度,大于100℃以上,明胶高温条件下容易快速水解,从而发生性质的改变,进而影响微球的机械强度。
1.4.2单凝聚法和复凝聚法
单凝聚法是指,通过降温或加入凝聚剂等方式,使明胶溶液发生相分离,使明胶溶解度降低而析出、凝聚成微球。也可以是将疏水性药物溶解到明胶溶液中,一边搅拌,一边加入凝聚剂,使药物颗粒作为明胶的核心进行凝聚,制备成装载药物的微球。而复凝聚法是指把明胶与另一种聚合物电解质配成溶液,通过调节混合液pH值的方法,使明胶所带电荷与该电解质所带电荷相反,由于异种电荷的吸引作用,明胶与聚合物电解质相互吸引,形成络合物,溶解度降低,析出微球。复凝聚法只适用于制备含有两种材料的复合微球,所制备的产品直径较大。
1.4.3乳化法
乳化法是比较优秀的制备微球的方法,也被称为乳化一凝聚法,即在搅拌或超声等外力的作用下,使明胶溶液在不相混溶的介质中(一般即油相)分散、乳化形成小液滴,由于两相间的界面张力作用,液滴体积将增加到最大,为了降低界面能,液滴只能保持球形(这是因为球体在相同体积的几何体中表面积最小)。通过突然降温冷却后,球形液滴快速凝固形成微球。加入丙酮或异丙醇等脱水剂脱去微球中的水分,用离心或者抽滤等方法分离制备得到的微球。然后进行干燥。乳化法制备明胶微球的关键因素在于乳液的形成和凝聚,这是微球的直径乳取决于液液滴的大小,而微球的形态则取决于液滴的外形、稳定性以及冷凝时发生的变化。因此,通过改善乳液的形成,提高乳液的稳定性的,有利于微球形态的改善。

2. 实验材料与方法

2.1 实验所需试剂与仪器
2.1.1 实验试剂
表2-1 实验所用试剂
试剂名称 试剂纯度 试剂产地
扑热息痛 分析纯AR
明胶 分析纯AR 上海三浦化工有限公司
液体石蜡 分析纯AR 上海展云化工有限公司
氢氧化钠 分析纯AR
无水乙醚 分析纯AR 杭州化学试剂有限公司
Span-80 分析纯AR 中国医药集团上海化学试剂公司
25%戊二醛 分析纯AR 濮阳盛华德化工有限公司
异丙醇 分析纯AR 天津市大茂化学试剂厂

2.1.2 实验仪器

2.2实验方法与评价指标
2.2.1实验方法—乳化交联法[7]
本实验采用乳化交联法来制备明胶微球。乳化法是比较优秀的制备微球的方法,也被称为乳化一凝聚法,即在搅拌或超声等外力的作用下,使明胶溶液在不相混溶的介质中(一般即油相)分散、乳化形成小液滴,由于两相间的界面张力作用,液滴体积将增加到最大,为了降低界面能,液滴只能保持球形(这是因为球体在相同体积的几何体中表面积最小)。通过突然降温冷却后,球形液滴快速凝固形成微球。加入丙酮或异丙醇等脱水剂脱去微球中的水分,用离心或者抽滤等方法分离制备得到的微球。常用戊二醛、甲醛作为交联剂。通过乳化交联法制得的微球具有流动性好、圆整度高、分散性良好等优点。
2.2.2扑热息痛明胶微球的制备[8-11]
具体的制备方法如下:
①水相的制备:精密称取明胶固体2g至一小烧杯中,在小烧杯中加入10ml蒸馏水(将设计15%,20%,25%三种不同浓度的明胶溶液),用电动搅拌仪在水浴50℃条件下不断搅拌至明胶固体完全溶解。加入精密称取的扑热息痛1.500g,不断搅拌明胶药液,作为水相备用。
②油相的制备:量取液体石蜡40ml至三颈烧瓶,滴加乳化剂span-80 2ml(乳化剂span-80将设计2ml、4ml、6ml三种不同的剂量),用电动搅拌仪不断搅拌,在水浴条件下50℃保温作为油相备用(油水比将设计4:1,5:1,6:1三种不同的比例)。
③乳化阶段:将水相加入恒压滴液漏斗中,在搅拌下缓慢滴入油相中,乳化20min(乳化时间将设计15min、20min、25min三种不同时间),立即改为冰浴,4℃下搅拌20min。
④滴加25%戊二醛溶液15ml,搅拌下固化1.5 h,4℃静置过夜。
⑤所得样品抽滤,依次用异丙醇、乙醚洗涤2次,再用水洗1次,真空干燥得到目的产物。

2.2.3扑热息痛含量的测定方法
(1)紫外-可见吸收光谱
紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)是的一种常用分析方法,用于研究物质在紫外-可见光波区(190nm~1100nm) 的分子吸收光谱。由于某些物质的分子在吸收光能后,由稳定的基态分子跃迁到不稳定的高能态,从而形成了光谱。运用这一特性可对有机、无机化合物,生物大分子等物质进行定性和定量的分析。紫外-可见光谱的基本原理即光的吸收定律,也被叫做朗伯-比尔定律(Lambert-Beer)。比尔—朗伯定律数学表达式如下:
A=log(1/T)=Kbc
其中:A为吸光度;T为透射比,即透射光强度(I0)与入射光强度(It)之比;K为摩尔吸收系数;b为吸收层厚度,一般以cm为单位;c为吸光物质的浓度。

4. 总结与展望

4.1 总结
参考相关文献[18],确定扑热息痛的最大吸收波长为257nm。
本实验以明胶微球的制备为课题,通过乳化-交联法制备扑热息痛明胶微球,在四因素三水平下,通过正交实验,以微球的载药量、包封率作为质量指标,研究得到了最佳制备工艺的数据。分别是:明胶的浓度为15%,油水比为4:1,乳化剂span-80的剂量为6ml,乳化时间为25min。并依照最佳制备工艺的参数,进行重现性考察,考察实验为3次,结果显示通过该工艺制备的微球质量稳定,且重现性好。制备得到的微球具有良好的分散状态及流动性,形态圆整,表面光滑,在实验阶段,包封率和载药量的情况都较为理想。但是通过正交实验得出的结果,由于进行的实验次数有限,因此得到的数据如要应用于工业,还需要进一步进行研究。
实验条件和时间有限,因此没有检测微球的平均粒径以及体外的缓释控释研究。如在工业中进行试验,还可以就流动性以及体外释放这些方面进行深入研究。
4.2 展望
本实验以明胶微球的制备工艺为主要研究内容,在实验室阶段研究了扑热息痛明胶微球的部分质量参数。扑热息痛作为广泛应用的解热镇痛药,存在多种复方制剂,作为非处方药,存在一定程度上的滥用。扑热息痛过量频繁的使用对肝脏、肾脏有毒副作用,有报道显示,扑热息痛是引起急性肝衰竭并需要肝移植的首要药物。扑热息痛市面上存在的剂型多,容易重复用药,造成损伤,研究毒副作用低、药效时间长、病人依从性强的药物剂型相当必要。微球型制剂具备以上优点,并且目前研究的较少,存在深入研究的余地和价值。明胶微球具有缓释,延长药效,降低毒副作用等优点,目前在扑热息痛上的应用较少,本文致力于研究扑热息痛明胶微球的初步研究,为其新型制剂奠定文献基础。但本文仅仅进行了简单的初步研究和重复性实验,缺乏突破性的研究成果。因此还可以进行更深层次的研究,完善扑热息痛以明胶微球为载体的缓释、控释剂型的研究。

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