固體分散體中藥物分散狀態測定方法的研究進展

曾慶云， 祝婧云， 趙國巍，3?， 張守德， 廖正根， 梁新麗， 董 偉

（1. 江西中醫藥大學現代中藥制劑教育部重點實驗室， 江西 南昌330004； 2. 南昌大學第四附屬醫院，江西 南昌330004； 3. 陜西師范大學應用表面與膠體化學教育部重點實驗室， 陜西 西安710119）

中藥中諸多活性成分為難溶性化合物， 因溶解度問題使其應用受到限制， 如黃酮類的蘆丁、 槲皮素， 皂苷類的甘草甜素、 齊墩果酸， 二萜內酯類的穿心蓮內酯， 木脂素類的五味子甲素等。

藥物制劑的重大阻礙之一是有優良藥理活性的新化學實體中約40%是難溶的， 而固體分散體是將難溶性藥物以分子、 無定形、 微晶等形式分散在載體中， 被廣泛用于改善難溶性藥物的溶解度、 溶出速率、 生物利用度［1］。 在中藥現代化研究中， 由于中藥中含有的脂溶性成分較多， 許多有效成分水溶性差， 制成傳統劑型的生物利用度很低［2］。 近年來， 固體分散技術被應用到難溶性中藥活性成分和有效部位的研究中， 如何晨［3］等制備的柿葉總黃酮-固體分散體、 Jiang［4］等制備的丹參酮ⅡA-固體分散體、 單冬媛等制備的穿心蓮內酯-固體分散體［5］等， 都可顯著改善難溶性活性成分的溶出行為。 在固體分散體中， 藥物從晶體形式轉變為無定形態， 甚至以分子水平分散在載體中， 能降低溶出時需要克服的能量位壘， 故固體分散體中藥物的分散狀態對其藥劑學性質具有重大影響。

雖然固體分散體有眾多優勢， 但以其為基礎的市場化產品數量很少， 主要原因是在固體分散體中分散的藥物相對于其晶體形式而言具有較高的能量， 是熱力學的不穩定或亞穩定系統， 有轉化為穩定結晶態的趨勢。 因此， 很多固體分散體長期貯存后會出現硬度增加、 晶體析出、 結晶粗化等老化現象， 導致溶解度降低、 溶出速率下降， 使得固體分散方法優勢消失［6-9］。 因此， 研究固體分散體中藥物的分散狀態及其分散狀態隨著貯存時間延長變化情況， 對其性質評價、 穩定性研究等后續評價意義重大。 本文綜述了近年來固體分散體中藥物分散狀態的光譜分析、 熱分析、顯微分析等測定方法原理、 優勢及不足的研究進展， 為該制劑中藥物分散狀態的測定提供指導。

1 光譜分析

1.1 粉末X-射線衍射法 粉末X-射線衍射被用來鑒定物質的無定形和多晶型， 利用物質原子核周圍的電子與X 射線輻射光子之間相互作用， 產生唯一的特定物質衍射圖案，用來確定固體分散體中藥物和載體的存在狀態。 圖像中尖銳峰表明是晶體物質， 而鈍峰則表明是無定形物質［10］， 但其電子能量較高， 可能會對樣品造成不同程度損壞。

唐婷 等［11］分 別 對 蓮 心 堿、 聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮30（PVPK30）、 蓮 心 堿-PVPK30-物 理 混 合 物、 蓮 心 堿-PVPK30-固體分散體進行分析。 衍射圖譜表明， 蓮心堿表現為尖銳峰， 為結晶態； PVPK30 表現為鈍峰， 為無定形；物理混合物中蓮心堿的特征峰有不同程度的減弱或偏移，而固體分散體中藥物結晶峰消失， 說明藥物已完全轉變成無定形。 Wang 等［12］通過該技術分析齊墩果酸、 聚乙烯吡咯烷酮、 物理混合物及固體分散體， 發現齊墩果酸顯示出尖銳峰， 對應為結晶態； 聚乙烯吡咯烷酮無吸收峰， 對應無定形； 物理混合物衍射圖譜仍表現出原藥的特征峰； 固體分散體中齊墩果酸特征峰消失， 表明藥物以無定形分散在載體中。

1.2 小角X 射線散射法 小角X 射線散射現象發生在入射光微小角度旁邊， 其物質內部納米電子密度不均勻是產生散射現象的根本原因， 對該圖譜進行分析， 可定性描述物質的微結構。 近年來， 該技術已被應用于物質微結構表征、 散射體分形特征等若干方面， 是一種有效的表征物質亞微觀結構的手段［13］， 其應用于固體分散體中來定性描述藥物的分散狀態也越來越受研究者青睞。

Singh 等［14］用該技術檢測壓縮對伊曲康唑-Soluplus-固體分散體中藥物分散狀態的影響， 將無定形固體分散體的粉末和粉末壓成的片劑進行檢測， 發現無定形藥物在8.81°處存在吸收峰， 是藥物無定形表現； 結晶型藥物在1.41°處有特征峰。 由此可知， 粉末中的藥物為無定形， 片劑的圖譜在1.41°處無吸收峰， 表明壓縮不會影響固體分散體中藥物的分散狀態。

1.3 傅里葉變換紅外光譜法 傅里葉變換紅外光譜法是一種新型的物質亞微觀結構表征手段， 具有靈敏度高、 測量時間短、 光通量大、 光譜范圍寬、 分辨率高、 雜散光少、適合于聯機應用等優點［15］。 利用不同藥物圖譜的差異性，可將其應用于定性推測藥物在固體分散體中的狀態。

田茜等［16］采用該技術對沙棘總黃酮、 PVPK30、 物理混合物、 固體分散體進行分析， 發現沙棘總黃酮存在-OH及C ＝O 的吸收峰3 423 cm-1（尖銳峰）、 1 656 cm-1；PVPK30 存在-OH 及C＝O 的吸收峰3 452、 1 662 cm-1； 物理混合物中羥基峰、 羰基峰的波長沒有太大變化； 固體分散體中特征峰的波長均變長， 由此推測藥物與載體以氫鍵結合， 藥物以無定形存在載體中。 Zhang 等［17］采用該技術對原人參二醇、 PEG6000、 泊洛沙姆188、 物理混合物、 固體分散體進行分析， 發現原人參二醇和聚合物在3 221 cm-1（-O-H 伸縮）， 2 943、 2 873 cm-1（-C-H 伸 縮）， 1 120、1 031 cm-1（-C-O 伸縮） 處存在相似特征峰； 物理混合物中特征峰依然存在； 固體分散體中原人參二醇的特征峰增寬和紅移， 由此推測藥物以無定形分散在載體中。

1.4 衰減全反射傅里葉變換紅外光譜法 衰減全反射傅里葉變換紅外光譜法是20 世紀80 年代將衰減全反射技術應用到傅里葉變換紅外光譜儀上產生的一種新技術， 廣泛應用于醫藥、 高分子材料的定性和定量分析， 具有制樣簡單、操作簡便、 可直接用不經過處理的樣品進行檢測的特點，近年來開始應用于固體分散體中藥物分散狀態的定性以及藥物結晶度的定量表達［18］。

Iqbal 等［19］采用該技術比較在相對濕度5%、 11%、33%、 75%、 100%下暴露2 h 后無定形的硝苯地平固體分散體中藥物狀態變化， 以762、 710 cm-1處的峰面積比變化來推測藥物形態變化。結果表明， 在相對濕度5%、 11%、33%下比值保持在0.05， 表明藥物狀態是無定形的； 在相對濕度77%下比值上升至0.07， 表明藥物已經有部分重結晶； 在相對濕度100% 下比值為0.17， 表明藥物大部分處于結晶狀態。

1.5 固體核磁共振技術 固體核磁共振技術是一種重要的結構分析手段， 其現象的產生是由于物質內部原子核的自旋和磁場相互作用， 故可從原子水平上去研究宏觀物質。該技術在研究固體物質的微觀結構時也被經常使用， 既能提供準確結構信息， 也可對固體物質內部分子的形態進行定性分析［20］。 根據不同形態藥物圖譜中特征峰形和化學位移的變化， 將該技術用于推測固體分散體中藥物分散狀態也變得越來越常見。

Yang 等［21］對共聚維酮、 克霉唑、 共聚維酮-克霉唑-固體分散體及相應的物理混合物進行分析。結果，13C-NMR 圖譜顯示共聚維酮聚合物譜顯示出相對較寬的峰， 無定形性質； 克霉唑譜線窄， 表明有序的結晶性質； 物理混合物顯示了共聚維酮與克霉唑的特征峰； 固體分散體與物理混合物相比化學位移發生明顯改變和譜線明顯增寬， 克霉唑以無定形分散在共聚維酮中。

1.6 拉曼光譜法與共焦顯微拉曼光譜法 拉曼光譜法與共焦顯微拉曼光譜法是與紅外吸收光譜類似的分子振動光譜，通過分子官能團的振動轉變可定性描述分子的結構， 更重要的是拉曼光譜具有可以進行無損測量、 樣品制作簡單、操作簡便等優點。 共焦顯微拉曼儀的優勢在于其光路中多了一個共焦顯微鏡， 從而消除了雜散光的影響， 使獲得的分子結構信息更加準確［22］。 近年來， 兩者也被頻繁應用于固體分散體形成物相的定性表征。

Cuzzucoli 等［23］采用拉曼光譜法對松香酸、 殼聚糖、 物理混合物、 固體分散體進行分析。 拉曼光譜法結果表明，松香酸在40～400 cm-1處呈現出尖銳峰； 殼聚糖無明顯峰形； 物理混合物的峰形、 峰位與松香酸基本一致， 峰強有所減弱； 固體分散體未出現松香酸特征峰， 表明該成分以無定形態分散在固體分散體中。 Puncochová 等［24］對阿瑞匹坦2 種載體（PVP、 Soluplus） 的固體分散體進行共焦顯微拉曼光譜分析， 首先對無定形藥物、 結晶藥物、 PVP、 Soluplus 進行分析， 分別在1 005、 1 047、 1 450、 935 cm-1處存在特征峰， 再對2 種固體分散體進行檢測， 發現結晶藥物峰消失， 表明藥物是無定形狀態。

1.7 太赫茲時域光譜法 太赫茲時域光譜法技術是基于飛秒激光技術所獲得的寬波段TE 比脈沖， 具有大帶寬、 高信噪比、 可在室溫下工作等優點。 利用不同藥物譜圖的特異性， 可將該技術應用于固體分散體中藥物分散狀態的定性和定量描述， 推測固體分散體中藥物的存在狀態［25］。

Takeuchi 等［26］采用該技術測量了硝苯地平-PVPK30-固體分散體中硝苯地平形態在高濕條件下隨時間的變化， 首先對無定形固體分散體和結晶型固體分散體進行分析， 發現后者在1.20 THz 存在強吸收； 再將前者在溫度75 ℃、相對濕度大于80%下貯存0.25、 0.5、 1、 2、 3 h， 制備成5個樣品片進行檢測。結果， 隨著時間增加， 樣品在1.20 THz 處開始出現吸收峰， 表明硝苯地平由無定形轉變了結晶型。

2 熱分析法

2.1 差示掃描量熱法 差示掃描量熱法是指在程序控溫下觀察目標物質、 參比物功率差隨溫度變化而產生變化的一種技術， 具有分析快速、 準確性好、 樣品用量少、 操作簡單等優點。 近年來， 該技術開始應用于藥物多晶型分析，通過所得的熱分析曲線確定一種藥物存在幾種晶型、 各晶型物理性質、 是否發生相變， 對多晶型藥物定性分析非常適用［27］。

崔鋒等［28］采用該技術對高烏甲素、 物理混合物、 固體分散體進行分析。結果， 高烏甲素有一特征吸熱峰； 物理混合物仍存在高烏甲素特征峰， 推斷簡單的物理混合并未使其存在形態發生改變； 固體分散體中高烏甲素特征峰消失， 表明它與載體PVPK30 形成新物相， 并以無定型形式存在于載體中。

2.2 高速差示掃描量熱法 高速差示掃描量熱法比傳統差示掃描量熱法有著更快的掃描速率， 從而靈敏度更高， 能用于微量分析而不會引起Tg損失， 而傳統方法則不適合藥物的微量分析。 該技術除了能定性檢測含有量非常低的無定形是否存在外， 也能對其進行定量測定， 因為它以熱流的臺階高度變化作為非晶態含有量的函數， 從而獲得線性響應。 低樣品質量和高靈敏度的組合， 使得該技術成為對無定形樣品研究非常有價值［29］。

Merck、 Dohme 等［30］采用該技術研究默克開發的化合物的晶型， 通過稱量適量的純多晶型物并在旋渦混合器上混合， 制備含有0 ～100%比例范圍的多晶型物A 和C。結果， 前者曲線只有1 個吸熱峰， 表明只存在1 種晶型； 后者曲線有2 個吸熱峰， 表明存在2 種晶型。

2.3 調制式差示掃描量熱法 調制式差示掃描量熱法是上世紀90 年代基于傳統差示掃描量熱法發展起來的一種分析技術， 與傳統方法相比能通過溫度調制將總熱流分為可逆熱流和不可逆熱流， 具有較高的靈敏度和分辨率， 能準確測定聚合物的初始結晶度， 并可直接測量比熱容， 但其測試效率相比于傳統方法較低［31］。 該技術在研究高分子材料的玻璃化轉變、 結晶、 熔融等復雜相變領域取得較大進步，近年來也開始應用于研究固體分散體中藥物分散狀態。

Nair［32］采用該技術對伊曲康唑、 羥甲基纖維素、 物理混合物、 固體分散體進行分析。結果， 伊曲康唑、 羥甲基纖維素存在吸熱峰； 物理混合物顯示兩者特征吸熱峰； 固體分散體吸熱峰消失， 表明藥物以無定形的形式分散。

3 顯微法

3.1 掃描電鏡法和環境掃描電鏡法 掃描電鏡法和環境掃描電鏡法是將電子光學技術、 真空技術、 精細機械結構、現代計算機控制技術集于一身的復雜系統， 電子槍發射一束具有一定能量、 強度、 直徑的微細電子束到樣品表面，不同樣品表面激發出不同次級電子， 經數據處理系統后得到其表面形貌的二次電子像。 結合顯微鏡高分辨率將該技術應用于固體分散體中藥物分散狀態測定時， 可準確定性地描述藥物存在形態， 但對檢測樣品要求較高， 需將樣品在真空環境下噴涂金膜處理后制成導電體， 成本較昂貴。

趙俊霞等采用掃描電鏡法觀察廣金錢草總黃酮、 載藥量50%固體分散體的表面和藥物存在狀態［33］， 發現總黃酮、 固體分散體表面結構有很大區別， 前者以結晶形式存在， 而后者無明顯晶體存在， 表明藥物以無定形態均勻分散在載體中形成固體分散體。 陳潔等［34］采用環境掃描電鏡法對多烯紫杉醇、 泊洛沙姆188、 物理混合物、 固體分散體進行分析， 發現多烯紫杉醇呈片狀晶體； 泊洛沙姆188為不規則顆粒晶體； 物理混合物觀察到混合的不規則晶體；固體分散體中原藥和輔料的原始形態消失， 藥物呈無定形狀態。

3.2 透射電子顯微鏡法 透射電子顯微鏡法具有穿透性，其發射高能電子束能穿透樣品， 不同形態樣品對電子束產生不同頻率散射光， 形成的圖像可反映樣品形態， 具有高分辨率、 高放大倍數等特點， 通過觀察顯微像和分析選區電子衍射圖， 可判斷物質形態， 得到晶體結構信息［35］， 但其對樣品處理和真空條件要求高。 同時， 高分辨率下該技術對固體分散體進行分析時， 可判斷藥物是否以無定形或結晶態存在。

Jin 等［36］采用該技術對染料木素、 染料木素-納米二氧化硅物理混合物、 固體分散體進行分析， 發現純藥物呈規則的晶體結構； 物理混合物具有明顯的晶體； 固體分散體中染料木素晶體完全消失， 表明藥物完全以無定型狀態存在載體中。 Singh 等［37］采用該技術對替米沙坦2 種載體（刺槐豆膠和泊洛沙姆） 的固體分散體進行分析， 發現替米沙坦有明顯晶型； 2 種載體為表面光滑的大顆粒結晶；固體分散體中藥物都是無定形的， 而且比較兩者無定形粒徑大小可知， 刺槐豆膠作為載體制備替米沙坦固體分散體的效果更好。

3.3 偏振光顯微鏡法 偏振光顯微鏡法是以偏振光為光源進行鏡檢的一種方法， 通過物質對其產生的是單折射（各向同性） 或雙折射（各向異性） 的現象來鑒別物質的形態。 晶體物質產生雙折射現象， 而非晶體則沒有， 根據這種特性將該技術運用于固體分散體中藥物狀態的研究， 可很準確地定性描述藥物狀態， 但其操作要求高， 應用范圍小。

張瀘等［38］采用該技術分析以不同比例的共聚維酮和聚維酮為載體的丹皮酚固體分散體。結果， 當原藥與2 種載體的比例為1 ∶1 時， 呈現出雙折射現象， 表明以晶體形式存在； 當比例為1 ∶3、 1 ∶5 時， 雙折射現象消失， 表明形成了無定形產物。

3.4 熱臺偏光顯微鏡法 熱臺偏光顯微鏡法可非常直觀地觀察到藥物形態， 操作簡單， 還可利用控溫程序控制溫度這一重要影響因素來觀察藥物的結晶速率， 從而定性描述藥物型態隨溫度的變化和相轉變的快慢。

Meng 等［39］采用該技術對Rafoxanide 2 種載體（聚維酮和共聚維酮） 的固體分散體進行分析， 發現2 種固體分散體未出現雙折射圖像， 表明藥物以無定形存在。 再對樣品進行加熱， 并觀察其藥物狀態變化， 發現加熱到對應差示掃描量熱吸熱峰出現時的溫度時未出現雙折射圖像， 表明吸熱峰不是由于藥物結晶引起的， 具體有待進一步研究。

4 其他方法

4.1 水蒸氣吸附法 水蒸氣吸附法是根據藥物的無定形、結晶態吸水性的不同來判斷藥物的狀態。 不同藥物與不同載體具有不同形態與某種特有官能團， 從而造成吸水性差異， 根據這種特性可用來推測藥物存在形式， 但其應用范圍較小。

Zijlstra 等［40］采用該技術分析不同載藥量的環孢素-菊粉-固體分散體中藥物形態。結果， 水量和載藥量呈正相關， 具有以菊粉為載體的無定形固體分散體吸水特性［41］，表明固體分散體中環孢素與菊粉的親水性未發生變化， 總是吸收定量水分； 藥物存在形式也未發生改變， 依舊保持無定形。

4.2 原子力顯微鏡-局部熱分析連用法 Yang 等［42］采用該技術檢測加工方法對非洛地平-丙烯酸樹脂-無定形固體分散體表面藥物狀態隨時間變化的影響， 并通過旋轉涂層、熱熔擠出2 種方法得到載藥量10% ～90%的無定形固體分散體。 首先， 對純無定形、 結晶體非洛地平進行局部熱分析聯用檢測， 發現兩者軟化溫度分別為（42±3）、 （123±2）℃； 再將樣品在室溫、 相對濕度75% 下保存10 個月后進行測定， 發現用熱熔擠出法制得的無定形固體分散體（載藥量10% ～90%） 原子力顯微鏡圖像顯示出明顯結晶體狀， 出現2 個轉變溫度， 進一步表明藥物由無定形轉變成結晶態； 用旋轉涂層法制得的樣品在載藥量低于50%時藥物保持無定形， 高于50%時出現了結晶藥物。

5 結語

隨著固體分散體的深入研究， 準確定性定量描述其中藥物分散狀態也變得越來越重要。 近年來隨著科學技術發展， 各種表征方法不斷得以改進， 多種新型分析方法陸續出現， 如熱分析技術靈敏度不斷提高、 實現了從常量分析到微量分析的轉變等。 同時， 將幾種技術聯合使用可彌補各自不足， 能更準確地描述固體分散體整體變化， 極大提高了分析準確性， 使相關研究快速發展、 日益成熟。

然而， 現有分析手段難以作到準確定量描述， 沒有解決本質問題， 故靈活運用現代科學技術結合不同學科知識以探索更簡便有效的分析方法是首要任務。 如何準確闡述固體分散體中藥物與載體的作用機制， 藥物相變過程的動力學和熱力學規律， 從本質上克服固體分散體易老化的問題， 仍然是現階段研究難點， 需不斷進行深入探索。