水煎液制备止痛微乳的工艺优化

水煎液制备止痛微乳的工艺优化

缓解疼痛的处方来自临床经验，包括青椒、细辛、川药、白芷、婆罗洲、婆罗洲等。方中含有大量挥发油类成分,所以考虑将原方中的挥发油直接作为油相,处方中的水煎液直接作为水相,制备成“油”、“水”多组分的中药复方微乳［1］,在体现中药制剂“药辅合一”特点的同时提高原方中有效物质的透皮吸收［2］。微乳是油相、水相、乳化剂及助乳化剂在适当的配比下自发形成的一种透明或半透明的热力学和动力学稳定、各向同性、粒径范围在10~100nm的分散体系［3-4］。电导变化是微乳液的一种重要性质,其与微乳微观结构的变化关系已经有了较为成熟的理论基础［5-6］。故本文采用微乳的电导率变化判断O/W型微乳,结合伪三元相图法初步制备O/W型止痛微乳。混料实验是通过实物实验或者非实物实验,考察产品的某种特性或综合性能与产品中各种混料成分之间的关系,从而得到最优的配方组合,优化产品性能。D-混料设计是将D-最优化方法应用到混料实验中的产物,它具有实验次数少、信息量充分、参数预测精度高、能够多目标同步优化的特点。利用混料设计中的D-优化设计［7］,建立微乳各组成分的含量与微乳粒径及其最低界面张力的数学模型,考察微乳各组成成分对其理化参数的影响,从而优化止痛微乳处方,为今后微乳的制备和优化提供实验依据。1聚氧乙烯-35-阿斯塔纳电子天平(BSA224S赛多利斯);磁力搅拌器(85-2恒温磁力搅拌器);纳米粒径测定仪(Malv-ern);JK998型全自动张力仪(上海中晨数字技术设备有限公司);电导率仪(DDS-307上海精科);聚氧乙烯-35-蓖麻油(EL-35,德国BASF公司);pH计(PH3S上海三信仪表厂);聚氧乙烯辛酸癸酸甘油酯(labrasol,法国嘉法狮);聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(吐温20,天津光伏精细化工研究所批号,120412);无水乙醇(北京化工厂,批号20101122);薄荷油(江西省吉水县水南威霸药用油提炼厂,批号20091230);冰片,细辛,川芎(安国路路通重要饮片有限公司,批号分别为12011,120901,20130413);白芷、花椒(北京市本草方源药业有限公司,批号分别为2011410,20121128)。2表面活性剂的筛选2.1止痛微乳油相制备花椒、细辛直接用药材8倍的加水量,提取4h,得花椒细辛挥发油。室温下,称取冰片0.50g溶解于花椒、细辛及薄荷油的混合挥发油0.85g后得到止痛微乳油相。2.2止痛微乳油相制备花椒、细辛水提液浓缩至相当于原药材1g·mL－1,60%醇沉24h,滤过,取续滤液,回收乙醇,制备花椒细辛水提液浸膏,用蒸馏水稀释至规定浓度后备用。川芎、白芷粉碎至20目,加86%乙醇渗漉提取,渗漉液回收乙醇,制备川芎白芷浸膏用蒸馏水稀释至规定浓度后备用。将花椒细辛水提液浸膏和川芎白芷浸膏用蒸馏水分别稀释到1,2,3,4g·mL－1。再将同样浓度的花椒细辛水煎液与川芎白芷水煎液混合即得止痛微乳水煎液。2.3微乳助表面活性剂的筛选［8］以聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(吐温80),吐温20,EL-35,labra-sol为表面活性剂,再以无水乙醇、正丁醇、1,2-丙二醇、甘油、聚乙二醇400(PEG400)为助表面活性剂,将表面活性剂和助表面活性剂按照2∶1两两混合,得到吐温80-无水乙醇,吐温80-正丁醇,吐温80-1,2-丙二醇,吐温80-甘油,吐温80-PEG400,吐温20-无水乙醇,吐温20-正丁醇,吐温20-1,2-丙二醇,吐温20-甘油,吐温20-PEG400,EL-35-无水乙醇,EL-35-正丁醇,EL-35-1,2-丙二醇,EL-35-甘油,EL-35-PEG400,labrasol-无水乙醇,labrasol-正丁醇,labra-sol-1,2-丙二醇,labrasol-甘油,labrasol-PEG400共20种体系,再将它们分别与油相按6∶4混合,于磁力搅拌器上搅拌均匀。然后边搅拌边滴加去离子水,直到体系变混浊,记录所加水量,得体系此比例下的最大容水量,结果见图1。结果显示,吐温80,labrasol和吐温20与各助表面活性剂组成的体系中均是无水乙醇组的体系含水量最大,而EL-35各组体系中则是正丁醇组含水量最大。由于表面活性剂与无水乙醇组成的体系含水量均较高,故选择无水乙醇作为助表面活性剂。2.4表面活性剂的筛选以吐温80,吐温20,EL-35,labrasol以及他们之间的相互配比为表面活性剂,无水乙醇作为助表面活性剂,按2∶1的比例混合表面活性剂与助表面活性剂得到混合表面活性剂。将油相与混合表面活性剂按照1∶9,2∶8,3∶7,4∶6,5∶5,6∶4,7∶3,8∶2,9∶1的比例磁力搅拌混匀,磁力搅拌下向混合液中定量滴加蒸馏水,边加水边测体系的电导率,做体系水的百分量与电导率变化的曲线,记录曲线的相变点及体系由澄清变混浊的临界点。用Origin8.0.6软件作图计算各体系O/W型微乳区面积,结果见表1。结果显示,单独使用吐温80、吐温20、EL-35和labrasol作为表面活性剂,形成的O/W型微乳区面积很小。其中只有吐温80能连续在油相与混合表面活性剂为1∶9,2∶8时形成微乳,故能得到O/W区面积,而吐温20、EL-35和labrasol均不能在油相与混合表面活性剂为2∶8及之后比例形成微乳,所以无法算出O/W区面积,故按O/W区面积为0计算。如若将吐温80、吐温20、EL-35和labrasol两两复配可发现O/W区面积变大,这与之前文献报道的一致［9］,在各个复配处方中又以EL-35-吐温204∶1组形成的O/W区面积最大所以选择EL-35-吐温204∶1混合体系作为表面活性剂2.5表面活性剂与助表面活性剂比例(Km)范围的确定［10］取(EL-35-吐温20)-乙醇质量比约为9∶1,8∶2,7∶3,6∶4,5∶5,4∶6,3∶7,2∶8和1∶9,总量各为2.70g,加入油相1.35g振荡使体系混合均匀,于室温下加入蒸馏水至微浑浊,记下系统的状态变化情况,绘制Km-水百分比关系图确定Km范围,结果见图2。结果显示,Km在2.33~9时系统增容水量随乳化剂含量的增大而逐渐降低,到Km为1.5时系统增容水量达到最大,在Km为1.5以后系统增容水量呈现波动状变化,规律不显著。但是Km在2.33~0.67时相同量的挥发油形成的微乳可有较多的载水量,但Km具体在多少最为合适还需进一步考察。2.6最佳Km的选择分别固定Km为2,1.5,1,将油相与表面活性剂和助表面活性剂的混合溶液按1∶9,2∶8,3∶7,4∶6,5∶5,6∶4,7∶3,8∶2,9∶1的比例于磁力搅拌混匀,室温下,在磁力搅拌下向混合液中定量滴加蒸馏水,边加水边测体系的电导率,做体系水的百分量与电导率变化的曲线,记录曲线的相变点及体系由澄清变混浊的临界点。计算临界点体系各相组成部分的比例,用origin8.0.6软件作伪三元相图,并计算相应相图的O/W型微乳区面积。结果见图3~9,不同Km下的O/W型微乳的面积是Km=1.5>Km=2>Km=1,故选择Km为1.5。2.7D-优化设计优根据前期试验得到形成O/W型微乳表面活性剂、助表面活性剂、油相、水相的范围应分别在12.19%~16.38%,8.128%~10.92%,3.03%~8.71%,69.66%~70.97%。以微乳的4个组成成分表面活性剂(A)、助表面活性剂(B)、油相(C)、水相(D)作为变量,采用DesignExpert8.0软件,以微乳粒径和表面张力作为指标得到优化试验方案和微乳体系的理化性质参数与变量之间的数学关系,结果见表2,3。软件给出的微乳粒径和表面张力的各拟合方程,软件建议微乳粒径采用二因素交互方程见表3,4,而微乳表面张力采用二次方程,通过剔除不显著的系数项得到表5中的方程,通过方程的回归方程显著性验证小于0.05和失拟度大于0.05,确保了回归方程模型的最优化。表面活性剂和助表面活性剂对微乳表面张力的影响,表面活性剂和油相对微乳表面张力的影响以及油相和水相对微乳粒径的影响的三维立体图见图10~12。图10表明微乳的表面张力随着表面活性剂和助表面活性剂的含量增大而减小,这与微乳形成机制相符合。微乳的形成需要20%~30%的表面活性剂,高于一般乳剂中表面活性剂的含量,加入助表面活性剂可以进一步降低微乳的表面张力,增加微乳的稳定性。图11表明随着表面活性剂的含量增加,增容的油相也随之增大,从而体系的表面张力也降低。图12表明随着水相含量的增加,油相的质量分数减小,此时微乳体系为水包油型微乳,根据文献报道此时体系的表面张力达到最低。2.9水煎液浓度选择固定Km=1.5,将油相与表面活性剂和助表面活性剂按1∶9,2∶8,3∶7,4∶6,5∶5,6∶4,7∶3,8∶2,9∶1的比例磁力搅拌混匀,室温下,磁力搅拌下向混合液中定量滴加不同浓度的水煎液,记录体系由澄清变混浊的临界点。计算临界点体系各相组成部分的比例,用origin8.0.6软件作伪三元相图,并计算相应相图的乳剂区面积大小,结果见图13~16。1g·mL－1水煎液形成的乳剂区域面积是0.10841,2g·mL－1水煎液形成的乳剂区域面积是0.12172,3g·mL－1水煎液形成的乳剂区域面积是0.17221,4g·mL－1水煎液形成的乳剂区域面积是0.21417。其中以1g·mL－1水煎液形成的乳剂区域面积最小,故其形成微乳的区域面积更多,故选择水煎液的质量浓度为1g·mL－1。2.10止痛微乳制备以及微乳理化参数测定将优化好的微乳水相改为1g·mL－1水煎液液,称取油相1.35g;表面活性剂2.02g,助表面活性剂1.35g;1g·mL－1水煎液11.82g,混合各组分后于磁力搅拌器上搅拌均匀即得止痛微乳。测定微乳的粒径、表面张力、电导率和pH分别为56.86nm,30.625mN·m－1,8.930μs·cm－1,3.89。2.11止痛微乳初步稳定性考察取适量所制得的微乳液于试管中,加塞密封,置于高速离心机中,在室温的条件下,以5000r·min－1进行离心,离心60min,离心后观察;微乳剂仍保持透明均一,不见油水分层。证明所制得的微乳剂稳定。取适量所制得的止痛微乳液于西林瓶内,密封管口,置于60℃水浴中观察,经过3d水浴,微乳剂仍保持澄清透明,未见油水分层。取适量所制得的止痛微乳液于小烧杯中,用pH酸度计测得微乳剂的pH为3.89。逐渐滴加0.4mol·L－1的氢氧化钠溶液后,pH为12.00的时候,微乳剂仍为透明均一液体;继续滴加氢氧化钠溶液pH为12.50时,微乳溶液出现浑浊。3复配表面活性剂制备o/w型微乳的可行性本实验以微乳电导率作为O/W型微乳的判断指标,绘制了更为精密的伪三元相图,计算出来O/W型微乳区域面积,并结合了混料设计中的D-优化设计,建立了微乳各组成成分与微乳物理参数之间的数学模型,优化了止痛微乳处方。本实验制备微乳时使用的是复配表面活性剂,结果显示复配表面活性剂形成的O/W型微乳面积要大于单一表面活性剂的,这与文献报道的复配表面活性剂能够增大O/W型微乳区域面积的报道一致。O/W型微乳的形成较W/O型微乳和双连续型微乳更难,其对表面活性剂的要求更高,单一的表面活性剂往往无法达到实际要求,而且在化工生产领域中也较少使用一种表面活性剂。采用复配表面活性剂可以有效地制备O/W型微乳,减低O/W型微乳的制备难度,增加O/W型微乳的使用范围。混料设计有效的建立了体系内部各组成成分的含量对体系影响的数学模型,微乳自身组成较多,故将混料设计与微乳处方设计结合,可以更加直接的考察微乳自身成分含量对其理化性质的影响。混料设计让微乳处方优化更为合理科学。中药复方微乳是一个包含“水”、“油”成分的复杂体系,其中“水”相不是一般制备微乳时使用的蒸馏水,而是含有各种复杂物质的中药水煎液,且一般微乳电导率变化与微乳构型变化的规律在中药复方微乳中也不能规律呈现。所以无法绘制出具体构型微乳的所在区域,只能判断出其乳剂的所在区域,而后根据乳剂的范围相对的判断出微乳区域的面积大小。之前少有文献报道水煎液的浓