差示掃描量熱法研究無定形硝苯地平的穩定性

呂鑫科

(武漢大學中南醫院藥學部,武漢 430071)

無定形也稱為非晶型，是與晶體對立的一種特殊形態，其理化性質與晶體差異較大。與晶體藥物相比，無定形藥物分子排列處于無序狀態，在此狀態下藥物的理化性質和藥效有顯著變化[1-2]。無定形藥物單位表面自由能較高，溶解度顯著增加，溶出速率提高。溶解度是阻礙難溶性藥物應用研究的關鍵因素，限制了藥物的體外溶出和體內吸收，將藥物從晶體制備為無定形，能顯著提高藥物的生物利用度和藥效[3-5]。因此，對于難溶性藥物的無定形研究有著重要的實際意義，愈來愈受到藥學工作者的關注，也成為新藥研發中的重要研究內容之一[6-7]。但無定形藥物在應用中也遇到極大的阻礙[8-9]。無定形屬于熱力學不穩定體系，其固有的亞穩態導致物質易釋放能量，在貯存和溶出等過程中易轉變為穩定的晶體[10-11]。

本文采用偏振光顯微鏡和差示掃描量熱法觀察無定形藥物的相變過程，并依據無定形藥物在相變過程中釋放熱量的原理，建立差示掃描量熱法測定無定形硝苯地平，考察濕度和溫度對無定形硝苯地平相轉變的影響，從而探討無定形硝苯地平的穩定性。

1 儀器與試藥

1.1儀器 AY 120型電子天平(日本島津公司)；TJ 2011高通量球磨機(天津市東方天凈科技發展有限公司)；DSC 822e差示掃描量熱儀(瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司)；UB 200i型熱臺偏振光顯微鏡(重慶澳浦光電技術有限公司)；電熱板(天津市泰斯特儀器有限公司)。

1.2試藥 硝苯地平(質量分數>99.0%，浙江化工科技集團有限公司)；氯化鈉、碳酸鈉(武漢德利來化工有限公司)；氯化鋇(天津金匯太亞化學試劑有限公司)。

2 方法

2.1無定形硝苯地平的制備 取硝苯地平晶體適量，置于錫紙上，放置在電熱板上，在高于其熔點10 ℃(即185 ℃)下加熱，熔融2 min，移出，冷卻至室溫，冷凍研磨，過80目篩，置于干燥器中備用。

2.2熱臺偏振光顯微鏡 取無定形硝苯地平粉末適量，置于載玻片上，以10 ℃·min-1從25 ℃加熱至190 ℃。

2.3差示掃描量熱儀 精密稱取20 mg樣品，置于坩鍋中，蓋上坩鍋蓋，置于DSC分析儀的S位置；將1個空坩鍋蓋上坩鍋蓋，作為空白對照，置于DSC分析儀的R位置；打開STARe DSC應用軟件，設置參數：起始溫度為25 ℃，結束溫度為200 ℃，升溫速率為10 ℃·min-1。

3 結果

3.1無定形硝苯地平的相變 熱臺偏振光顯微鏡：無定形硝苯地平加熱過程中的偏振光顯微圖見圖1。由圖1可知，無定形硝苯地平從25 ℃加熱至190 ℃的過程中，在100 ℃轉變為簇狀結晶(晶型B，圖1B和1C)；繼續升溫，在150 ℃又轉變為不規則片狀結晶(晶型A，圖1D)。

圖1無定形硝苯地平熱臺偏振光顯微鏡圖

A.無定形；B.晶型B；C.晶型B；D.晶型A。

Fig.1 The hot stage polarized micrograph of amorphous nifedipine

A.amorphous；B.crystal B；C.crystal B；D.crystal A.

無定形硝苯地平差示掃描量熱曲線見圖2。由圖2可知，無定形硝苯地平從25 ℃加熱到190 ℃的差示掃描量熱曲線中，向上的峰為放熱峰，向下的峰為吸熱峰。無定形硝苯地平在48 ℃有1個向下的吸熱峰，為無定形硝苯地平的玻璃化轉變溫度；在90～117 ℃和117～155 ℃分別有2個放熱峰，分別為硝苯地平晶型A和晶型B的結晶峰；175 ℃的吸熱峰為硝苯地平的熔融峰。

熱臺偏振光顯微鏡和差示掃描量熱分析結果表明，無定形硝苯地平對熱不穩定，易轉變為晶體；無定形硝苯地平在加熱過程中釋放熱量，首先轉變為晶體B，晶體B為亞穩態，也不穩定，繼續加熱后轉變為穩定型的晶體A。

3.2方法學考察

3.2.1專屬性 精密稱取無定形硝苯地平和硝苯地平晶體各20 mg，按照2.3項下方法進行差示掃描量熱分析，見圖2和圖3。由圖2和圖3可知，無定形硝苯地平在100～120 ℃之間會產生1個明顯的放熱峰，而硝苯地平晶體在相同的位置無放熱峰或吸熱峰，不干擾無定形硝苯地平的測定。因此，根據此峰的大小(放熱焓)可測定樣品中硝苯地平無定形的含量，從而測定硝苯地平無定形的結晶度。

圖2無定形硝苯地平差示掃描量熱曲線

Fig.2 The DSC curve of amorphous nifedipine

圖3晶體硝苯地平差示掃描量熱曲線

Fig.3 The DSC curve of nifedipine crystal

3.2.2標準曲線 分別精密稱取無定形硝苯地平和硝苯地平晶體9份，置于9個坩堝中，制備得到無定形百分含量為0%，10%，20%，40%，60%，80%，90%，95%和100%的樣品，按照2.3項下方法進行差示掃描量熱分析，采用軟件STARe計算無定形硝苯地平轉變為晶體B的放熱焓值。以無定形百分含量為橫坐標(x)、放熱焓值為縱坐標(y)作回歸曲線。回歸方程為y=9.98x-12.62，r=0.999 5。結果表明，無定形硝苯地平百分含量在0%～100%范圍內，線性關系良好。見表1。

表1不同百分含量的無定形硝苯地平樣品

Tab.1 The samples of amorphous nifedipine with different content

無定形百分含量/%010204060809095100無定形硝苯地平/mg02481216181920硝苯地平原料藥/mg20181612842200

3.2.3穩定性 由表1可知，分別精密稱取硝苯地平無定形百分含量為10%，60%和95%的樣品各5份，置于干燥器中，于0，2，4，6 和8 h分別進行DSC分析，計算RSD值。結果無定形百分含量分別為10%，60%和95%時，3種樣品的RSD值分別為2.37%，1.24%和2.03%，結果表明，低、中和高3種樣品在8 h內穩定。

3.2.4回收率和精密度 分別精密稱取硝苯地平無定形百分含量為10%，60%和95%的樣品各5份，進行DSC分析，計算RSD值。見表2。由表2可知，低、中、高3個含量測定的回收率分別為98.83%，99.54%和99.56%，RSD值分別為1.38%，2.27%和1.55%，結果表明，該方法的回收率和精密度良好。

表2無定形硝苯地平的回收率和精密度

Tab.2 The recovery rate and precision of amorphous nifedipine

含量理論含量/%測得含量/%回收率/%平均回收率/%RSD/%高9595.03100.0399.561.559593.9598.899592.3597.219595.68100.719595.91100.96中6057.4795.7999.542.276059.5899.296061.00100.616061.00101.676060.20100.34低109.9899.7898.831.381010.0099.95109.8198.10109.6896.78109.9699.56

3.3濕度和溫度對無定形硝苯地平穩定性的影響

3.3.1濕度對無定形硝苯地平穩定性的影響 查資料得，碳酸鈉、氯化鈉和氯化鋇的溶解度分別為110，36和35.7 g，分別稱取過量碳酸鈉、氯化鈉和氯化鋇制備相對濕度為43%，75%和91%的飽和溶液，將無定形硝苯地平分別置于不同相對濕度環境中，分別于不同時間點取樣進行DSC分析，測定結晶焓值，得結晶度。見表3。

表3無定形硝苯地平在不同濕度下結晶焓值和結晶度

Tab.3 The crystallization enthalpy and crystallinity of amorphous nifedipine in different humidity

(n=3)

由表3可知，無定形硝苯地平在不同濕度條件下穩定性差別較大，在濕度較高的條件下更易形成結晶。結果表明，無定形硝苯地平在放置和儲存過程中，空氣中的濕度對其穩定性有較大影響。

3.3.2溫度對無定形硝苯地平穩定性的影響 將無定形硝苯地平分別置于不同溫度下，采用DSC分析，測定不同溫度下無定形硝苯地平完全結晶的時間。無定形硝苯地平在40，48，55，60和70 ℃下的完全結晶時間分別為360，168，30，16和4 h。結果表明，無定形硝苯地平在不同溫度下穩定性差別較大，溫度越高越易形成結晶。在玻璃化溫度以下，無定形硝苯地平完全結晶所需時間較長，相對較穩定；玻璃化溫度以上穩定性極差，完全結晶所需時間較短。可見溫度對無定形硝苯地平的穩定性至關重要。

4 討論

無定形藥物屬于熱力學不穩定體系，其固有的亞穩態易釋放能量而轉變為晶體。無定形硝苯地平為高能態，在90～117 ℃易釋放出能量轉變為晶體B；而晶體B為亞穩態，也不穩定，在117～155 ℃繼續釋放能量而轉變為晶體A；晶體A為低能態，屬于熱力學穩定體系，穩定性好。晶體A和晶體B在形態上也有較明顯的區別，晶體A為不規則片狀結晶，而晶體B為簇狀結晶。

差示掃描量熱法是熱分析方法中應用較廣的一種分析技術，在系統控制溫度條件下采用一定的升溫或降溫速率測定無定形樣品在結晶過程中焓值的變化，不僅能對樣品進行定性分析，還能對熱量作出更為準確地測量而進行定量分析[12-14]。差示掃描量熱法操作簡便、易于校準、樣品用量少，且不需對樣品進行任何前處理，是一種快速、可靠的分析技術[15]。本文采用差示掃描量熱法定量測定無定形硝苯地平的結晶度，方法學考察結果表明，該方法線性、精密度、回收率均良好，是測定無定形硝苯地平結晶度的有效方法。

固體藥物的晶體為高度有序的周期性排列結構，而無定形在結構上的分子排列屬于無序狀態，導致表面自由能值較高，屬于熱力學不穩定體系[16]。因此在存儲過程中易釋放能量，轉變為穩定的晶體。無定形藥物在儲存過程中的穩定性也受外界環境因素影響，如濕度和溫度等，使無定形轉變為晶體，藥物溶解度降低，療效下降[17-18]。研究結果表明，濕度和溫度對無定形硝苯地平穩定性的影響顯著。無定形硝苯地平在濕度較高的條件下更易形成結晶，說明空氣中的濕度對其穩定性有較大影響。無定形硝苯地平在玻璃化溫度以下，相對較穩定，但在玻璃化溫度以上穩定性極差。