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納米混懸劑的制備
及質(zhì)量評(píng)價(jià)方法
Application Note
納米混懸劑作為一種制劑技術(shù),在開發(fā)水難溶性藥物具有很大應(yīng)用前景。本文是一篇關(guān)于通過微射流均質(zhì)法制備納米混懸劑及質(zhì)量評(píng)價(jià)的綜述性應(yīng)用文章。用于展示納米混懸劑的制備及質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法。
方法:將一定量的原料藥分散在添加過適量表活劑的超純水中,使用剪切機(jī)進(jìn)行高速剪切,獲得初混懸液。將混懸液經(jīng)PSI-20高壓微射流均質(zhì)機(jī)在1500bar壓力下循環(huán),獲得終混懸劑。
使用Nicomp Z3000納米粒度及Zeta電位分析儀在90°角度,23℃測試溫度下進(jìn)行粒度大小及分布和Zeta電位檢測。使用AccuSizer A7000APS的二步動(dòng)態(tài)稀釋功能進(jìn)行大于0.5μm尾端顆粒濃度測試。最后采用穩(wěn)定性分析儀對(duì)制劑原液進(jìn)行穩(wěn)定性分析。
結(jié)論:高壓微射流法適用于納米混懸劑的制備,相比均質(zhì)前藥物粒徑明顯變小且分散更均一、具有更少的尾端大顆粒和更好的穩(wěn)定性。此外微射流均質(zhì)還具有可連續(xù)化操作、處理時(shí)間短、適用于工業(yè)化生產(chǎn)、避免金屬和有機(jī)溶劑殘留、清洗方便等優(yōu)勢(shì)。
納米混懸劑及制備工藝介紹
納米混懸劑(nanosuspension)是指用少量表面活性劑(surfactant)為穩(wěn)定劑將難溶性固體純藥物以微粒狀態(tài)分散于分散介質(zhì)中形成的非均相膠體分散體系的液體制劑。其粒徑分布在100-1000nm之間,納米混懸劑作為一種制劑技術(shù)能提高藥物的溶解度和生物利用度,不僅適用于水難溶性化合物,同時(shí)適用于油難溶的化合物,為解決難溶性藥物制劑的制備提供了新的思路和方法。
目前,納米混懸劑主要的給藥途徑是口服給藥、注射給藥、吸入給藥等。口服給藥的藥物粒徑小,比表面積大,載藥量高,能增加藥物吸收速率,提高生物利用度,對(duì)黏膜的黏附性較強(qiáng),可延長胃腸道滯留時(shí)間。注射給藥的藥物載藥量高,表面活性劑含量較少,安全性較高,粒徑較小避免阻塞毛細(xì)血管,避免了首過代謝,且可靶位給藥。吸入給藥的藥物粒徑小,有較強(qiáng)的生物黏附性,對(duì)肺泡巨噬細(xì)胞靶向給藥,增加呼吸道的藥物吸收。
目前國內(nèi)外用于制備水不溶性藥物的納米混懸劑主要采用“bottom-up”與 “top-down”的方法。“bottom-up”即自下而上,是指從藥物分子水平組建納米粒子,由分子聚集成長為納米級(jí)顆粒的方法。“top-down”即自上而下,是將粒徑較大的粒子通過機(jī)械力的作用破壞成小顆粒的方法。主要包括高壓均質(zhì)法(根據(jù)原理又分為微射流均質(zhì)法和閥式均質(zhì)法)和研磨法以及兩種方法聯(lián)用技術(shù)。
研磨法制備過程簡單,易于大生產(chǎn),但是此方法容易在產(chǎn)品中殘留研磨介質(zhì),造成產(chǎn)品污染。高壓均質(zhì)法相較于研磨法金屬殘留量低,操作方式簡便,制備的混懸劑粒徑小且均勻,穩(wěn)定性更佳,應(yīng)用范圍更廣泛。聯(lián)用技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以使藥物的粒徑達(dá)到更小,縮短后續(xù)“自上而下”制備過程的時(shí)間,也可以避免高壓均質(zhì)法中由于藥物顆粒太大所帶來的堵塞問題,但是聯(lián)用技術(shù)會(huì)增加整個(gè)生產(chǎn)過程的復(fù)雜性。在下文中,我們選擇微射流均質(zhì)法進(jìn)行納米混懸劑的制備介紹。
使用PSI-20微射流均質(zhì)進(jìn)行制備
PSI-20高壓微射流主要由動(dòng)力系統(tǒng)、進(jìn)料杯、交互容腔、壓力保護(hù)容腔、熱交換器和出料口構(gòu)成。交互容腔和壓力保護(hù)容腔組成物料反應(yīng)器,對(duì)物料破碎和解團(tuán)聚起關(guān)鍵作用。主交互容腔采用全金剛石材質(zhì),其具有堅(jiān)硬、不易磨損、耐腐蝕等特性,可用于高硬度藥物。動(dòng)力系統(tǒng)的增壓柱塞采用氧化鋯陶瓷,耐磨損、耐腐蝕且不易產(chǎn)生靜電。PSI-20的處理壓力可達(dá)到2067bar,交互容腔結(jié)構(gòu)是固定大小和形狀的,物料受到的剪切力相比閥式更均一穩(wěn)定,故而工藝穩(wěn)定易于放大或重現(xiàn)。
PSI-20通過動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)的活塞推動(dòng)高壓,活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生一個(gè)交替的抽吸,使流體加速,以高速進(jìn)入交互容腔內(nèi),在交互容腔內(nèi)的微孔道(75μm)中,流體被分散成兩股,進(jìn)行強(qiáng)烈的高速撞擊、高速剪切。再進(jìn)入壓力保護(hù)容腔(200μm),在撞擊過程中瞬間轉(zhuǎn)化其大部分能量,從而產(chǎn)生巨大的壓力降,實(shí)現(xiàn)高速撞擊、高剪切力、空穴作用、高頻振動(dòng)等綜合作用,來達(dá)到粉碎和解團(tuán)聚的目的,使得粒徑降低。
準(zhǔn)確稱量處方量的原料藥,將其緩慢加入到500mL添加過表活劑(如吐溫80)的超純水中,用剪切機(jī)在10000rpm/min下進(jìn)行高速剪切5-10min,獲得初混懸液。將初混懸液置入PSI-20的進(jìn)料杯中,使用75μm單槽Y型均質(zhì)腔,先通過500bar壓力下預(yù)均質(zhì)一次,再使用1500bar壓力進(jìn)行循環(huán)均質(zhì),直至獲得目標(biāo)粒徑。溫度控制在15-30℃。
圖一 壓力隨時(shí)間變化譜圖
如實(shí)際制樣壓力與時(shí)間關(guān)系曲線所示,PSI-20制樣壓力波動(dòng)僅20bar,明顯優(yōu)于其他均質(zhì)類設(shè)備,從而確保了工藝的穩(wěn)定性。
質(zhì)量評(píng)價(jià)
(一)粒徑及多分散性
研究顯示,納米混懸劑微粒大小是影響混懸劑的質(zhì)量和穩(wěn)定性的重要影響因素,也會(huì)影響藥效和生物利用度。我們使用Nicomp Z3000納米粒度及Zeta電位分析儀測定粒徑分布和多分散系數(shù)(PI)。Nicomp Z3000采用動(dòng)態(tài)光散射(Dynamic Light Scattering,DLS)技術(shù)原理,它的檢測范圍為0.3nm-10μm,檢測角度為 90°,常用于納米級(jí)粒子的檢測。
圖二 原料藥、剪切及均質(zhì)的粒徑分布對(duì)比譜圖
通過圖二的粒徑分布圖我們可以看到,原料藥(綠色,2μm)通過剪切10min(紫色),粒徑分布曲線小幅度向左遷移,表明平均粒徑變小,但幅度不大且分散系數(shù)變化不明顯。均質(zhì)后(藍(lán)色),粒徑明顯變小(481.75nm),且PI從原來的0.324變?yōu)榱?.195,說明體系顆粒分布相比均質(zhì)前明顯更均一。
另外不同的藥物晶型會(huì)影響藥物療效和釋藥速率。晶型的測定可以采用掃描電鏡儀(Scanning Electron Microscopy,SEM)來觀察,掃描電鏡圖可以直觀地觀察顆粒形態(tài),納米混懸劑的晶型要控制為無定型狀態(tài),從而提高藥物的生物利用度。本文不做展示。
(二)大于500nm的尾端大顆粒濃度
研究顯示,尾端大顆粒是影響膠體分散體系穩(wěn)定性的主要因素,大顆粒易吸附小顆粒,從而導(dǎo)致大顆粒持續(xù)增多,最后導(dǎo)致大量團(tuán)聚體出現(xiàn),最后出現(xiàn)沉降、粗化、熟化等不穩(wěn)定變化。我們使用AccuSizer A7000APS全自動(dòng)計(jì)數(shù)粒度分析儀進(jìn)行大于500nm的尾端大顆粒濃度及分布分析。AccuSizer A7000APS采用單顆粒光學(xué)傳感技術(shù)(SPOS),它的檢測范圍是0.5μm-400μm,常用于乳劑、脂質(zhì)體等劑型的工藝開發(fā)和質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。通過A7000APS,我們一方面可以通過分析大顆粒尺寸,有效避免對(duì)微射流均質(zhì)機(jī)造成堵塞,另一方面彌補(bǔ)DLS對(duì)尾端靈敏度不足,通過尾端大顆粒分布及濃度的變化,綜合分析均質(zhì)壓力以及均質(zhì)次數(shù)的效果。
圖三 原料藥、剪切及均質(zhì)的尾端顆粒分布對(duì)比譜圖
通過圖三的譜圖我們可以看到,原料藥(藍(lán)色)通過剪切10min(紅色),>5μm尾端顆粒明顯減少。均質(zhì)后(黑色)所有尾端顆粒幾乎都小于2μm,小于1μm顆粒濃度大量增加,表明之前大于2μm的顆粒明顯是通過微射流均質(zhì)破碎后增加。
(三)Zeta電位
納米混懸劑粒子表面存在凈電荷,影響粒子界面周圍區(qū)域的離子分布,導(dǎo)致接近表面抗衡離子(與粒子電荷相反的離子)濃度增加,于是,顆粒周圍均存在雙電層電位,即Zeta電位。通過使用Nicomp Z3000的光學(xué)電泳法(ZLS)測量納米混懸劑的電泳遷移率并運(yùn)用 Henry 方程計(jì)算Zeta電位。Zeta電位是一種間接穩(wěn)定性表征, Zeta電位絕對(duì)值大于30 mV,通常認(rèn)為是穩(wěn)定的。通過Zeta電位變化,我們可以初步判斷配方(如添加不同的表活、調(diào)節(jié)不同pH值)以及均質(zhì)工藝對(duì)穩(wěn)定性的影響。
表一 均質(zhì)前后混懸液的Zeta電位
通過表一的譜圖我們可以看到,均質(zhì)后的混懸液Zeta電位絕對(duì)值明顯大于均質(zhì)前的初混懸液,說明隨著均質(zhì)的進(jìn)行而更穩(wěn)定。
(四)穩(wěn)定性分析
Zeta電位作為間接穩(wěn)定性表征容易受到環(huán)境、配方、顆粒狀態(tài)等多種因素干擾,甚至部分表活劑會(huì)導(dǎo)致Zeta電位結(jié)果趨于0,為進(jìn)一步分析穩(wěn)定性,我們使用STEP技術(shù)將裝好樣品的樣品管置于平行的單色短脈沖光束中,通過CCD檢測器實(shí)時(shí)監(jiān)測穿過樣品后透光率變化。得到不同時(shí)間,不同位置下樣品透光率譜圖,從而分析樣品在分離過程中的變化。
圖四 均質(zhì)前穩(wěn)定性指紋圖譜
圖五 均質(zhì)后穩(wěn)定性指紋圖譜
圖六 均質(zhì)前后不穩(wěn)定性指數(shù)圖
通過圖四和圖五指紋圖變化趨勢(shì)和圖六的不穩(wěn)定指數(shù)圖可知,均質(zhì)后的樣品相比均質(zhì)前,明顯穩(wěn)定性更高,這與Zeta電位的分析結(jié)果相匹配。
總結(jié)與展望
會(huì)影響納米混懸劑最終狀態(tài)的因素有很多,比如配方中使用不同種表面活性劑或添加不同的劑量,剪切機(jī)刀頭尺寸、不同轉(zhuǎn)速及剪切時(shí)長,微射流均質(zhì)中交互容腔大小及結(jié)構(gòu)、不同均質(zhì)次數(shù)、均質(zhì)壓力甚至均質(zhì)機(jī)壓力穩(wěn)定性等等。本文只初步介紹了使用微射流進(jìn)行制備以及通過不同表征儀器進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià),后續(xù)我們將推出針對(duì)不同配方和工藝對(duì)質(zhì)量的影響的相關(guān)文章。
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