卡波姆981添加量對槲皮素微乳凝膠流變學和體外釋放特性的影響

摘 要：為了探究卡波姆981添加量對槲皮素微乳凝膠流變性質和體外釋放行為的影響，將槲皮素微乳均勻分散至4種不同質量濃度的卡波姆981凝膠基質中，并比較它們的靜態流變、動態流變、累積釋放率的差異。結果顯示：（1） 含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠均為假塑性非牛頓流體，并可表現出更多的彈性特征；隨著卡波姆981添加量的增加，槲皮素微乳凝膠的剪切應力、表觀粘度、儲能模量和損耗模量均依次增大。（2）槲皮素微乳凝膠體系的累積釋放率與卡波姆981添加量呈負相關關系，其釋放曲線符合Higuchi模型，釋放機制為擴散和骨架溶蝕的結合。

關鍵詞：槲皮素；卡波姆981；微乳凝膠；流變性質；體外釋放行為

中圖分類號：TQ658"" 文獻標志碼：A""" 文章編號：1673-5072（2024）05-0495-07

槲皮素是一種在側柏葉、槐米、沙棘等多種植物中廣泛分布，并具有抗炎、抗氧化、防輻射、抗過敏等多種功效活性的黃酮醇類化合物［1-3］。由于其在水中的溶解度很低（＜0.5SymbolmA@g·g-1）［4］，因此課題組前期設計并構建了一種新型微乳體系對其進行增溶，使其在微乳中的含量達到3.24%，這遠高于文獻報道的微乳體系中槲皮素含量值（0.5%）［5-7］。盡管如此，該微乳體系還存在粘度低，用于皮膚或粘膜給藥時不易形成粘附等缺陷，這極大的影響了其在經皮給藥、化妝品、個人護理等領域的進一步發展和應用［8］。

微乳凝膠是將微乳以一定比例均勻分散到某一凝膠基質中，使得微乳乳滴填充在凝膠網絡孔隙中而形成的一種新型體系。微乳凝膠不僅可顯著提高難溶性成分的負載量，還能有效彌補微乳粘附性差等不足，因此受到了研究者的普遍關注［9］。流變學和體外釋放特性是評價微乳凝膠理化性質的重要指標，其中流變學指標可反映微乳凝膠的粘附性能，而體外釋放性質可反映體系中活性成分的釋放和吸收情況，因此利用上述指標可為評價微乳凝膠的性能和應用前景提供一定的理論依據。通常微乳凝膠的理化性質與凝膠基質的材料種類和添加量密切相關，其中卡波姆（Carbomer）為丙烯酸與烯丙基醚交聯形成的高分子聚合物，由于其成膠性質穩定，并具有安全性高、刺激性小等優勢，因此在經皮制劑、化妝品以及個人護理制品中被廣泛使用［10］。此外，因卡波姆分子結構和聚合度的不同而使其具有不同的型號和流變性能，其中卡波姆981具有低粘度和長流變性，適用于乳液及凝膠中［11］。基于此，本文擬選用卡波姆981為凝膠基質，將槲皮素微乳以一定比例均勻分散至卡波姆981凝膠基質中，從而構建得到槲皮素微乳凝膠，并考察不同添加量的卡波姆981對槲皮素微乳凝膠體系流變學和體外釋放特性的影響。

1 材料與方法

1.1 主要試劑與儀器

試劑：槲皮素（Quercetin），純度 ≥ 99%，上海泰坦科技有限公司；吐溫80（Tween 80）、乙二胺四乙酸二鈉鹽（EDTA-2Na），分析純，國藥集團化學試劑有限公司；大豆磷脂，純度 ≥ 60%，薩恩化學技術有限公司；聚氧乙烯40氫化蓖麻油（RH 40），化妝品級，巴斯夫有限公司；月桂酰肌氨酸異丙酯，化妝品級，科絲發國際貿易有限公司；卡波姆981，化妝品級，路博潤特種化工有限公司；羥苯甲酯、三乙醇胺，分析純，上海克拉瑪爾試劑有限公司；甘油，分析純，上海泰坦科技有限公司；去離子水。

儀器：BS124S型分析天平，北京賽多利斯儀器系統公司；HH-2B型磁力攪拌水浴鍋，常州未來儀器制造有限公司；Nicomp Z3000型納米粒度儀，美國PSS公司；MARS40型旋轉流變儀，德國哈克公司；UV2700i型紫外-可見光分光光度計，日本島津公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 槲皮素微乳的制備

首先稱量3.2 g槲皮素于250 mL燒杯中，依次加入10 g月桂酰肌氨酸異丙酯，15 g Tween 80，10 g RH 40，5 g大豆磷脂，持續攪拌使槲皮素完全溶解，隨后在攪拌狀態下加入去離子水56.8 g，繼續攪拌15 min，即得槲皮素微乳。取上述樣品0.5 g，用去離子水將其稀釋100倍，然后利用納米粒度儀測定其粒徑，水的折射率設為1.333，所有實驗均重復3次。

1.2.2 槲皮素微乳凝膠的構建

首先依次分別稱取一定量的卡波姆981、30 mg EDTA-2Na、75 mg羥苯甲酯、7.5 g甘油于250 mL燒杯中，加入去離子水至75 g，于室溫下攪拌5 h直至上述成分完全溶解；隨后加入25 g槲皮素微乳至上述溶液中，繼續攪拌10 min使其混合均勻；最后向上述混合溶液中逐滴加入三乙醇胺（保持三乙醇胺與卡波姆981二者質量比1∶1），使溶液的最終pH為6～7，即得槲皮素微乳凝膠，其中，卡波姆981在最終制得體系中的質量分數分別為0.3%、0.6% 、0.9%和1.2%。

1.2.3 槲皮素含量測定

分別取槲皮素微乳和含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠樣品0.1 g，置于25 mL容量瓶中，加無水乙醇超聲破乳后定容，測定在373 nm下的吸光度，并計算體系中的槲皮素含量，所有實驗均重復3次。確定槲皮素在0.2～20 μg·mL-1濃度范圍內的線性回歸方程為：A（吸光度）=0.0739C （濃度）-0.0041（R2=0.999 8），具有良好的線性關系。

1.2.4 流變學考察

流變學研究一般分為靜態流變行為和動態流變行為。首先采用旋轉流變儀對上述不同樣品進行靜態流變學分析，分別取適量含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠樣品（以槲皮素微乳為對照），設置測試溫度為25 °C，間隙為0.5 mm，剪切速率為0.1～200 s-1，測量不同剪切速率下的剪切應力和表觀粘度。

接著對上述不同的樣品進行動態流變掃描（即震蕩試驗），設置應變為0.1%，測試溫度為25 ℃，頻率0.1Symbol～A@10 Hz，測量不同頻率下的儲能模量（G′）和損耗模量（G″）。

此外，為進一步探究上述不同體系的流變學性質，此處選用Herschel-Bulkley模型（τ=τ0+kγn）和Ostwald-de Waele模型（τ=kγn）對其流變曲線數據進行擬合。兩種模型中，τ為剪切應力（Pa），k為稠度系數（Pa·sn），γ為剪切速率（s-1），n為流動指數，其中Herschel-Bulkley模型中的τ0為屈服應力（Pa），主要反映剪切應力的臨界值，即只有當剪切應力超過屈服點之后，體系才能發生流動。此外，流動指數n可反映體系的流體行為與牛頓流體的偏離程度，若ngt;1，提示體系為脹塑性流體；若n=1，提示體系為牛頓流體；若nlt;1，提示體系為假塑性流體［12］。

1.2.5 體外釋放評價

參考Arbain等［13］報道的方法，為維持漏槽條件，以含30%（v/v）乙醇的pH 5.8的PBS緩沖液（0.02 mol·L-1）為釋放介質，采用透析法考察含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠的體外釋放行為。分別稱取適量的槲皮素微乳凝膠（以槲皮素微乳和槲皮素乙醇溶液為對照，固定上述所有樣品中槲皮素含量為2.7 mg），加入至預處理好的透析袋（分子截留量10 kDa）中，封好兩端后置于釋放介質（900 mL）中，保持溫度為32 ℃、轉速為100 r·min-1，分別于0.25、0.5、0.75、1、2、3、4、6、8、10、12 h時間點取樣2 mL，同時補充2 mL新鮮的釋放介質，樣品經10 000 r·min-1離心10 min后，取上清液測定槲皮素在373 nm下的吸光度，計算累積釋放率，并繪制釋放曲線。每組實驗平行進行3次。

此外，將含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠在上述釋放介質中的釋放情況進行數學模型擬合，以考察槲皮素的釋放規律，常用的釋放動力學數學模型有零級釋放模型、一級釋放模型、Higuchi模型、Hixcon-Crowell模型、Ritger-Peppas模型及Weibull模型［13］等，具體如表1所示。

2 結果與討論

2.1 槲皮素微乳和槲皮素微乳凝膠的外觀

由圖1（a）可知，槲皮素微乳外觀呈黃色透明液體狀態，平均粒徑為（38.6±0.5）nm，本文所制備的樣品與文獻中所述的微乳外觀、粒徑特征一致［14］。槲皮素微乳凝膠外觀呈現較為均一的淡黃色狀態（圖1b-e），其中當卡波姆981的添加量高于或等于0.9%時，體系的流動性明顯降低，即呈現半固體或固體形態。

2.2 槲皮素含量分析

槲皮素微乳中槲皮素的含量為3.24%±0.12%，添加卡波姆981后，體系中的槲皮素含量降低，這主要歸于卡波姆981的稀釋效應。此外，隨著卡波姆981添加量的增加，不同微乳凝膠中的槲皮素含量無明顯差別，這是由于卡波姆981在形成具有一定強度的凝膠基質后，既可顯著提升微乳的結構穩定性，又可維持微乳凝膠體系的均一性，由此使得不同微乳凝膠中的槲皮素含量變化不大［15］。

2.3 流變學分析

在靜態流變學分析中（圖3（a）），含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠體系的剪切應力均隨著剪切速率的增加而不斷增加可知，表觀粘度均隨著剪切速率的增加而逐漸降低（圖3（b）），這說明上述所有體系表現出較強的剪切稀化行為，屬于假塑性非牛頓流體［16］，造成這一現象的原因可能與不同剪切速率下卡波姆981的分子組裝結構有關，隨著剪切速率的增加，卡波姆981的分子鏈逐漸從無規則線團形式轉變為定向排列形式，由此造成其分子組裝結構的逐步解體，并表現出表觀粘度的剪切速率依賴性［17］。此外，在相同剪切速率下，與槲皮素微乳相比，卡波姆981的凝膠效應使得槲皮素微乳凝膠具有更高的剪切應力和表觀粘度，同時卡波姆981的添加量越高，其對應的剪切應力和表觀粘度也越高，這說明卡波姆981的添加量越高，對應的微乳凝膠中所形成的凝膠網絡力學性能和致密度則越強，從而有利于促進其結構的穩定性，這一實驗現象與陳倩倩等［17］所報道的實驗結果基本一致。

為進一步探究上述不同體系的流變學性質，此處利用Herschel-Bulkley模型和Ostwald-de Waele模型對其流變曲線數據進行擬合，結果顯示（表2），采用兩種模型得到的R2值幾乎一致，這說明兩種模型的擬合效果較為接近，然而，利用Herschel-Bulkley模型擬合后得到的屈服應力均為負值，從物理意義上來說，該屈服應力值應為正值，由此可見，本文中不適合采用Herschel-Bulkley模型對上述不同體系的流變曲線數據進行擬合。此外，采用Ostwald-de Waele模型擬合得到的n值均小于1，這進一步表明上述含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠體系均為假塑性流體，其中，與槲皮素微乳相比，槲皮素微乳凝膠體系的流動指數n值更小，這說明槲皮素微乳凝膠的假塑性程度更強。同樣，與槲皮素微乳相比，槲皮素微乳凝膠體系的稠度系數k值更大，這說明卡波姆981的凝膠效應使得槲皮素微乳凝膠具有更高的表觀粘度，并且卡波姆981的添加量越高，對應槲皮素微乳凝膠的稠度系數k值也越大，這反映出上述槲皮素微乳凝膠體系的表觀粘度與卡波姆981的添加量呈正相關關系，這一實驗現象與圖3（b）的結果基本相似。

動態流變學分析結果如圖4所示，在整個頻率范圍內，上述不同體系的儲能模量（G′）均高于損耗模量（G″），這表明槲皮素微乳以及含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠體系始終表現為彈性效應占據主導地位。對于槲皮素微乳來說，由于大豆磷脂能在體系中自組裝形成液晶網絡結構，因此體系可表現出更多的彈性特征［18］，而對于槲皮素微乳凝膠來說，由于卡波姆981形成了凝膠網絡結構，因此體系可表現出“類固體”的凝膠行為和彈性特性［17］。同時，在相同頻率下，與槲皮素微乳相比，槲皮素微乳凝膠體系具有更高的的G′和G″值，這說明卡波姆981的凝膠效應強于大豆磷脂的液晶態效應，并且隨著卡波姆981添加量的增加，上述不同槲皮素微乳凝膠體系的G′和G″均呈現增加的趨勢，其中又以G′增加更為明顯，表明上述所有體系的彈性特性與卡波姆981添加量呈正相關關系。

2.4 體外釋放評價

從圖5中可以發現，與槲皮素乙醇溶液相比，槲皮素微乳在釋放介質中12 h的累積釋放率顯著降低，這表明槲皮素微乳具有明顯的緩釋效應，其原因可能為表面活性劑形成的界面膜對槲皮素的擴散具有一定的阻擋作用［13］。此外，與槲皮素微乳相比，含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠在介質溶液中又表現出進一步的緩釋特性，并且其累積釋放率隨著卡波姆981添加量的增加而降低，這說明含卡波姆981添加量越高的槲皮素微乳凝膠體系可形成更為致密的三維網絡結構，由此對槲皮素的釋放具有更高的阻擋作用［15-16］。

此外，由表3可知，通過對比不同數學模型擬合方程的相關系數R2值，確認所有體系在釋放介質中的釋放模型均符合Higuchi方程。由于Higuchi方程無法對槲皮素的釋放機制進行判斷，而利用Ritger-Peppas模型擬合得到的釋放指數b值（即斜率Slope值）可反映槲皮素的釋放機制。對于球形骨架體系，當b0.43時，釋藥過程為Ficks擴散；當0.43＜b＜0.85時，為擴散和骨架溶蝕并存機制；當b＞0.85時，為骨架溶蝕機制［19］。由于上述所有體系的釋放指數b值均介于0.43～0.85提示在上述釋放介質中，槲皮素微乳和含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠中的槲皮素釋放過程均符合擴散和骨架溶蝕并存機制。

3 結 論

通過制備含不同添加量卡波姆981的槲皮素微乳凝膠，得出當卡波姆981的添加量高于或等于0.9%時，體系呈現半固體或固體形態，而不同卡波姆981添加量下的微乳凝膠中的槲皮素含量無明顯差別。含不同添加量卡波姆 981 的槲皮素微乳凝膠均為假塑性非牛頓流體，并可表現出更多的彈性特征。卡波姆981的添加量越高，槲皮素微乳凝膠的剪切應力、表觀粘度、G′和G″值均越大，同時其累積釋放率越低，說明此時體系中的凝膠網絡強度越強，對槲皮素的緩釋效果也越好。此外，不同槲皮素微乳凝膠的釋放曲線和機制均分別符合Higuchi方程及擴散和骨架溶蝕的結合。綜上所述，卡波姆981添加量對槲皮素微乳凝膠的外觀、流變學指標、體外釋放特性均有顯著影響。研究結果可為評價微乳凝膠的性能和應用前景提供一定的理論參考。

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Influence of Carbomer 981 Concentration on the Rheological Propertyand In Vitro Release Behavior of Quercetin-loaded Microemulsion Gels

WANG Qiangab，XU Yong-lina，DIAO Yanab

（a.Collaborative Innovation Center of Tissue Repair Material of Sichuan Province，b.College of Life Science，China West Normal University，Nanchong Sichuan 637009，China）

Abstract：In this study，quercetin-loaded microemulsion is added to four different concentrations of Carbomer 981 gel matrix and the differences in static rheology，dynamic rheology and cumulative release rate of various quercetin-loaded microemulsion gels are compared for investigating the impact of Carbomer 981 concentration on the rheological property and in vitro release behavior of quercetin-loaded microemulsion gels.The results are as follows：（1）Quercetin-loaded microemulsion gels containing different concentrations of Carbomer 981 have displayed a pseudoplastic non-Newtonian fluid property and more elastic characteristics，and the shear stress，apparent viscosity，G′ and G″ of quercetin-loaded microemulsion gels all increased sequentially with the increase of Carbomer 981 concentration；（2） There is a negative correlation between the cumulative release rate of the quercetin-loaded microemulsion gel systems and the concentration of Carbomer 981，and the release profile follows Higuchi model with a combined releasing mechanism of diffusion and skeleton corrosion.

Keywords：quercetin；Carbomer 981；microemulsion gels；rheological property；in vitro release behavior