乳化-溶劑揮發法制備乙基纖維素/萘普生復合微球

孫佩佩，陳金偉2，商士斌，王 丹?，張開濤2

(1.中國林業科學研究院 林業新技術研究所，北京 100091；2.中國林業科學研究院 林產化學工業研究所；生物質化學利用國家工程實驗室；國家林業局 林產化學工程重點開放性實驗室；江蘇省生物質能源與材料重點實驗室，江蘇 南京 210042)

乳化-溶劑揮發法制備乙基纖維素/萘普生復合微球

孫佩佩1，2，陳金偉2，商士斌1，2，王 丹1，2?，張開濤2

(1.中國林業科學研究院 林業新技術研究所，北京 100091；2.中國林業科學研究院 林產化學工業研究所；生物質化學利用國家工程實驗室；國家林業局 林產化學工程重點開放性實驗室；江蘇省生物質能源與材料重點實驗室，江蘇 南京 210042)

以乙基纖維素(EC)為載體材料，萘普生為包埋藥物，采用O/W型乳化-溶劑揮發法制備了包封率較高的EC/萘普生復合載藥微球，利用正交試驗優化制備工藝，得出當EC與萘普生的質量比為3∶1，EC用量2.5%，聚乙烯醇用量0.8%，吐溫-80用量0.4%時是復合微球的最佳制備工藝，在該工藝條件下藥物包封率達到88.97%。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、激光粒度分析、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)對復合微球的形態和結構進行了分析表征。SEM顯示復合微球的形態順滑，激光粒度分析表明復合微球平均粒徑為14.014μm，復合微球的FT-IR譜圖中既有EC的特征峰，又有萘普生的特征峰，但沒有新基團產生，表明EC包覆萘普生過程中未產生新化合物。體外釋放實驗表明復合微球的累積釋藥率隨溶出介質pH值的增大而增大，在溶出介質pH值為9時，復合微球的累積釋藥率最大，達到82.5%，緩釋性能較好。

乙基纖維素；萘普生；復合微球；包封率；緩釋

乙基纖維素(EC)是將纖維素的部分羥基乙基化的烷基醚類產品，屬于纖維素衍生物中的非離子型纖維素醚[1]，可溶于有機溶劑而一般不溶于水。在工業上，通常利用醚化試劑氯乙烷與堿纖維素反應制備EC，EC的來源十分豐富，同時具有無毒、生物相容性好、可再生、化學性質比較穩定等諸多優點，這些優點使其在藥劑中被廣泛應用，常被用作藥物骨架材料[2-3]、薄膜包衣材料[4-5]、載體[6]、微膠囊囊材[7-8]等。萘普生屬于非甾體藥物，具有解熱、鎮痛、抗炎的作用，對于類風濕性關節炎、脊椎炎、骨關節炎等疾病有一定的療效[9]。萘普生的口服作用比較迅速，見效快，但服用后其濃度在胃中快速達到峰值，阻礙可以保護胃黏膜的內源性前列腺素的合成，進而損壞胃黏膜[10]，導致出現胃灼燒等不良反應，對胃的刺激作用非常大。載藥微球是備受研究者青睞的一種給藥體系，是將藥物溶解或分散在合適的高分子材料中，制成包裹藥物的微米級球狀體[11]。陳莉敏等[12]利用富凝聚法以殼聚糖為載體制備了萘普生微球，在最佳制備工藝下，萘普生的包封率為52.18%。如果利用EC將萘普生包埋制成載藥微球，EC對它具有一定的保護和緩釋等作用，這樣既會降低對胃的刺激作用，又會合理控制萘普生的釋放，延長作用時間，具有十分重要的臨床意義。載藥微球的制備方法一般有乳化-溶劑揮發法[13]、噴霧干燥法[14-15]、超臨界流體技術[16]等。本研究以萘普生為芯材、EC為壁材采用水包油(O/W)型乳化-溶劑揮發法制備了EC/萘普生復合微球，通過正交試驗優化了制備工藝，并通過掃描電子顯微鏡(SEM)、激光粒度分析儀、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)等對復合微球進行了表征，同時考察了在不同pH值溶出介質中復合微球的緩釋性能。

1 材料與方法

1.1 主要原料及儀器

乙基纖維素(EC)、萘普生、二氯甲烷、吐溫-80、1799型聚乙烯醇、有機硅消泡劑BYK094、氫氧化鈉、鹽酸，實驗所用水均為去離子水。

3400NI掃描電子顯微鏡(SEM)，日本日立公司；Nicolet iS10傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)儀，美國賽默飛世爾公司；APA 2000激光粒度分析儀，英國馬爾文儀器有限公司；UV-2450紫外光譜(UV)儀，日本島津公司；冷凍干燥機，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 制備方法

1.2.1 EC/萘普生復合微球的制備 準確稱取一定量的吐溫-80、聚乙烯醇(PVA)用300mL去離子水在90℃下溶解，向其中加入0.45 g有機硅消泡劑BYK094，作為外部水相；室溫避光條件下將適量乙基纖維素、萘普生溶于50mL二氯甲烷，作為內部有機相；在9000 r/min下對外部水相進行高剪切，利用注射器將內部有機相于30min內滴加至水相中，滴加結束后繼續高剪切5min，然后將混合液于室溫、轉速500 r/min的條件下避光敞口充分揮發二氯甲烷，制得EC/萘普生微球，用去離子水反復洗滌微球，最后冷凍干燥得到樣品。

1.2.2 正交試驗優化制備工藝 根據前期的實驗，發現EC與萘普生的質量比、EC用量(EC占二氯甲烷的質量分數，下同)、聚乙烯醇用量(聚乙烯醇占水的質量分數，下同)、吐溫-80用量(吐溫-80占水的質量分數，下同)對復合微球的包封率有影響，故對該4個因素進行考察，每個因素取3個水平，以微球的包封率為考察指標，采用L9(34)正交表，設計正交試驗。

1.3 包封率測定

1.3.1 標準曲線的繪制 精密稱取適量的萘普生，溶于無水乙醇中，分別配制成質量濃度為0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 g/L的萘普生乙醇溶液，采用紫外光譜儀在331nm處測定藥物的吸光度，進行線性回歸后，得到回歸方程Cx＝0.1214A＋0.0007(Cx為萘普生的質量濃度，單位為g/L；A為吸光度)，R＝0.9994。

1.3.2 樣品包封率測定 包封率指被包裹物質(萘普生)占藥物總質量的百分比。精密稱取適量EC/萘普生復合微球將其溶于無水乙醇，測定其吸光度，根據標準曲線得到萘普生的質量濃度Cx，進而計算得到復合微球中萘普生的質量。包封率按照如下公式進行計算:

式中:E—樣品包封率，%；m0—萘普生的加入質量，g；m1—復合微球中萘普生的質量，g。

1.4 EC/萘普生微球的體外釋藥

將適量正交試驗8條件下制備的復合微球分別分散于盛有去離子水的錐形瓶中，用0.1mol/L的NaOH或HCl調節pH值(pH值分別為3、5、7、9)，在37±0.5℃、150 r/min下恒溫振蕩，定時取樣，采用紫外光譜儀在331 nm處測定吸光度，根據回歸方程計算不同時刻萘普生的溶出質量濃度，記為Ct(t為時間)，計算復合微球的釋藥率。

式中:R—樣品的釋藥率，%；Ct—t時刻萘普生的溶出質量濃度，g/L；V—緩釋液的體積，L；m2—復合微球的加入量，g。

1.5 分析方法

1.5.1 SEM分析 利用SEM對復合微球的表面形貌進行表征。

1.5.2 激光粒度分析 考察復合微球的粒徑分布。為避免測量過程中復合微球團聚造成較大誤差，在測試前先將復合微球超聲分散于去離子水中。

1.5.3 FT-IR分析 利用KBr壓片法對EC、萘普生及EC/萘普生復合微球進行FT-IR分析。

2 結果與討論

2.1 復合微球最佳制備工藝

對影響復合微球包封率的EC與萘普生的質量比、EC用量(EC占二氯甲烷的質量分數)、聚乙烯醇(PVA)用量(聚乙烯醇占水的質量分數)、吐溫-80用量(吐溫-80占水的質量分數)進行考察，每個因素取3個水平，設計正交試驗，優化微球制備工藝，結果見表1。

表1 正交試驗結果Table 1 Results of orthogonal experiment

由極差R值分析可知，4個因素對萘普生包封率的影響順序為A＞B＞D＞C，即對包封率影響最大的是EC與萘普生的質量比，其次是EC用量，接著是吐溫-80用量和PVA用量。經計算分析之后，得出萘普生/EC復合微球最佳制備工藝是A3B2C1D1，即m(EC)∶m(萘普生)＝3∶1，EC用量2.5%，PVA用量0.8%，吐溫-80用量0.4%。研究發現，萘普生作為芯材，EC作為壁材，其相對含量的高低直接影響復合微球的包封率，且影響較大，吐溫-80用量及PVA用量也對復合微球的包封率有一定的影響。在最佳制備工藝下進行3次驗證實驗，得到的復合微球的包封率分別為88.94%、88.97%、89.01%，平均值為88.97%。驗證實驗所得的包封率均高于正交試驗中的包封率，說明該工藝的制備條件重現性較好。后續實驗中，均選擇正交試驗8條件下制備的復合微球進行分析表征，并研究其體外釋放性能。

2.2 復合微球的分析表征

2.2.1 SEM分析 在掃描電子顯微鏡下觀察復合微球的表面形貌，結果如圖1所示。由圖1(a)可見，復合微球球型比較順滑規整，微球之間稍有粘結，微球粒度分布不是特別均勻，但粒徑大部分分布在1～10μm范圍內，乙基纖維素對萘普生的包覆較好，微球沒有破裂，因此該復合微球的制備工藝可以較好地包埋萘普生，進而實現減小萘普生對胃刺激的目的；此外，由圖1(b)可見，微球表面存在輕微的褶皺，這是由于EC存在一定的親水性，在溶劑揮發過程中，少量水進入乳滴內部，乳滴內部水含量增大導致油膜破損，使得微球固化后出現輕微的褶皺[17]。

圖1 EC/萘普生復合微球的SEM圖Fig.1 SEM images of EC/naproxen compositem icrospheres

2.2.2 粒徑分析 微球的粒度分布利用激光粒度分析儀進行測定。圖2為EC/萘普生復合微球的粒度分布及累積體積分數圖。通過激光粒度分析得知復合微球的平均粒徑為14.014μm，由累積曲線可見，粒徑分布范圍在1～10μm的微球體積分數占74.5%，說明復合微球的粒徑主要分布在1～10μm，與SEM分析結果相似，但也有少數粒徑較大的復合微球存在。影響復合微球粒徑的因素有很多，導致部分微球粒徑偏大的原因可能是機械攪拌過程中，有的乳滴偏大，溶劑含量高，溶劑揮發速度較慢且揮發不完全造成的。

2.2.3 FT-IR分析 圖3為EC、萘普生及EC/萘普生復合微球的紅外光譜圖。

圖2 乙基纖維素/萘普生復合微球的粒度分布(a)及累積體積分數(b)圖Fig.2 The particle size distribution(a)and accumulative volum e fraction(b)of EC/naproxen compositem icrospheres

圖3 乙基纖維素(a)、萘普生(b)及復合 微球(c)紅外光譜圖Fig.3 FT-IR spectra of EC(a)，naproxen(b) and EC/naproxen com positem icrospheres(c)

在EC結構中，3479 cm-1處為EC中—OH的伸縮振動峰，1377 cm-1處為—CH3的特征吸收峰，同時在2975、2873cm-1處可看到—CH3的反對稱、對稱伸縮振動峰，1110cm-1處為C—O—C的伸縮振動吸收峰；在萘普生結構中，3195 cm-1處寬峰為—COOH中—OH的伸縮振動吸收峰，1728 cm-1處為—COOH中C=O的伸縮振動吸收峰，1157 cm-1為C—O—C的伸縮振動吸收峰；在EC/萘普生復合微球的FT-IR圖譜中，既可看到EC的特征吸收峰，又可看到萘普生的特征吸收峰，但并未看到新基團的產生，所以可以認為EC成功包覆了萘普生，且包覆的過程中未產生新化合物。

2.3 EC/萘普生微球的釋放性能研究

圖4為以時間(t)為橫坐標，累積釋藥率為縱坐標繪制的EC/萘普生微球的體外釋放曲線圖。由圖可見，隨溶出介質pH值升高，復合微球的釋藥率增大，這是由于在中性或偏堿性條件下，萘普生中的羧基呈離子態，可以加快萘普生的釋放，且隨著堿性增強更利于羧基的離子化，使得釋藥速度加快。此外，在前30min內，復合微球存在突釋行為，在30～150min內萘普生的釋放速度減緩，150min之后，釋放量趨于平緩，實驗發現，當溶出液pH值為9時，復合微球對萘普生的最大釋放量為82.5%，比馮敏等[18]制備的萘普生核殼型共聚物納米膠束的釋藥量高，故實驗制備的復合微球的緩釋性能較好，基本可以達到降低萘普生對胃刺激的目的。

3 結論

3.1 以乙基纖維素(EC)為壁材，萘普生為芯材，通過乳化-溶劑揮發法制備了EC/萘普生復合微球，通過正交試驗篩選出較佳制備工藝為:EC與萘普生的質量比為3∶1，EC用量為2.5%，聚乙烯醇用量為0.8%，吐溫-80用量為0.4%，經驗證實驗得出該工藝條件下復合微球的包封率為88.97%。

3.2 對復合微球進行了SEM、激光粒度分析及FT-IR分析，發現制備的復合微球圓滑規整，平均粒徑為為14.014μm，EC包覆萘普生過程中未產生新化合物。

3.3 正交試驗8條件下制備的復合微球中，EC對萘普生的包封率為88.80%，并考察了其在不同pH值下的體外釋放情況，發現復合微球的累積釋藥率隨溶出介質pH值的增大而增大，在溶出介質pH值為9時其累積釋藥率最大，最大釋藥率達到82.5%，表明所制備復合微球的緩釋性能較好。

圖4 EC/萘普生微球的體外釋放曲線Fig.4 Drug releasing curves of EC/naproxen com positem icrospheres

[1]郭波紅，程怡.乙基纖維素在緩控釋藥制劑中的應用研究[J].中醫藥學刊，2002，20(5):601-603.

[2]王秀麗，黨曉芳，廖艷，等.乙基纖維素骨架緩釋片處方工藝對水溶性藥物釋放的影響因素研究[J].藥學實踐雜志，2014，32 (2):116-117.

[3]INDIRAN PS，IRINA R，JAMESA S，etal.Sustained release theophylline tabletsby direct compression:Part1:Formulation and in vitro testing [J].International Journal Pharmaceutics，1998，164(1/2):1-10.

[4]SIEPMANN J，SIEPMANN F.Stability of aqueous polymeric controlled release film coatings[J].International Journal Pharmaceutics，2013，457(2):437-445.

[5]SHIP J，ZUO Y，ZOU Q，et al.Improved properties of incorporated chitosan film with ethyl cellulosemicrospheres for controlled release[J]. International Journal Pharmaceutics，2009，375(1/2):67-74.

[6]金剛，王潔，王濤，等.阿司匹林緩釋固體分散體的制備及體外溶出度的研究[J].吉林化工學院學報，2014，31(3):35-37.

[7]SENGEL C T，HASCICEK C，GONUL N.Development and in-vitro evaluation ofmodified release tablets including ethylcellulosemicrospheres loaded with diltiazem hydrochloride[J].Journal of Microencapsulation，2006，23(2):135-152.

[8]DASM K，RAO K R.Evaluation of zidovudine encapsulated ethylcellulose microspheres prepared by water-in-oil-in-oil(w/o/o)double emulsion solvent diffusion technique[J].Acta Poloniae Pharmaceutica，2006，63(2):141-148.

[9]SHARA J，SINGLA A K，DHAWAN S.Zinc-naproxen complex:Synthesis，physicochemical and biological evaluation[J].International Journal of Pharmaceutics，2003，260(2):217-227.

[10]BROGDEN R N，HEEL R C，SPEIGHT TM.Naproxen up to date:A review of its pharmacological properties and therapeutic efficacy and use in rheumatic disease and pain states[J].Drugs，1979，18(4):241-277.

[11]OKADA H，TOGUCHIH.Biodegradablemicrospheres in drug delivery[J].Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems，1995，12 (1):1-99.

[12]陳莉敏，李柱來，王津.萘普生緩釋微球制備工藝及性能研究[J].天然產物研究與開發，2007，19(5):878-880，889.

[13]張敏，張麗葉.洛伐他汀聚乳酸緩釋微球的制備及其體外釋藥[J].北京化工大學學報:自然科學版，2011，38(2):94-98.

[14]WANG F J，WANG C H.Sustained release of etanidazole from spray dried microspheres prepared by non-halogenated solvents[J].Journal of Controlled Release，2002，81(3):263-280.

[15]GAVINIE，CHETONIP，COSSU M，et al.PLGA microspheres for the ocular delivery of a peptide drug，vancomycin using emulsification/ spray-drying as the preparation method:In vitro/in vivo studies[J].European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics，2004，57 (2):207-212.

[16]張嚴之，李奎鋒，黃婷，等.超臨界流體技術制備5-氟尿嘧啶-吲哚美辛-聚乳酸緩釋微球[J].復合材料學報，2011，28(1):21-25.

[17]曾燁婧，王連艷，馬光輝，等.快速膜乳化法制備紫杉醇聚乳酸類微球[J].過程工程學報，2010，10(3):568-575.

[18]馮敏，吳偉榮，潘仕榮，等.萘普生核殼型共聚物納米膠束的制備及特性[J].中國藥學雜志，2002，37(7):509-512.

Preparation of Ethyl Cellulose/Naproxen Composite Microspheres Through Emulsion-solvent Evaporation Method

SUN Peipei1，2，CHEN Jinwei2，SHANG Shibin1，2，WANG Dan1，2，ZHANG Kaitao2

(1.Research Institute of Forestry New Technology，CAF，Beijing 100091，China；2.Institute of Chemical Industry of Forest Products，CAF；National Engineering Lab.for Biomass Chemical Utilization；Key and Open Lab.of Forest Chemical Engineering，SFA；Key Lab.of Biomass Energy and Material，Jiangsu Province，Nanjing 210042，China)

Ethyl cellulose/naproxen compositemicrospheres with high encapsulation efficiency were prepared by O/W emulsionsolvent evaporation method with ethyl cellulose as the carrier material and naproxen as the entrapped object.Orthogonal experimentwas used to optimize the preparation process.And the results indicated that the optimal conditionswere themass ratio of ethyl cellulose and naproxen 3∶1，ethyl cellulose addition 2.5%，polyvinyl alcohol addition 0.8%，Tween-80 addition 0.4%. Under these conditions，the encapsulation efficiency of naproxen was 88.97%.The morphology and structure of composite microsphereswere investigated by scanning electron microscope(SEM)，laser granularity analyzer and Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR).The SEM observation showed that composite microspheres were smooth，and laser granularity analyzer demonstrated that themean diameter of particleswas 14.014μm.The FT-IR showed that the characteristic adsorption peaks of EC and naproxen all appeared in the spectrum ofmicrosphere and there was no new peak.This indicated no new compound generated during EC coating naproxen.The experiment of drug releasing indicated that the accumulative release rate increased with the increase of pH value of dissolutionmedium and reached themaximum of 82.5%at pH 9.And the compositemicrospheres showed better sustained release of drug.

ethyl cellulose；naproxen；compositemicrospheres；encapsulation efficiency；sustained release

TQ352.79

:A

:1673-5854(2017)01-0008-05

10.3969/j.issn.1673-5854.2017.01.002

2016-04-13

中國林科院中央級公益性科研院所基本科研業務費專項基金(CAFINT2015C01)

孫佩佩(1990—)，女，山東煙臺人，碩士生，研究方向為生物質資源化學與利用

?通訊作者:王丹，男，研究員，博士，碩士生導師，研究方向為生物質資源化學與利用；E-mail:wgdan＠163.com。