葉 蕾， 胡容峰，3*， 王曉華， 湯繼輝

（1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)，安徽 合肥 230031； 2.安徽省中藥研究與開發(fā)重點實驗室， 安徽 合肥 230038；3.安徽省 “115” 現(xiàn)代中藥研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊， 安徽 合肥 230038； 4.安徽省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院， 安徽 合肥230061； 5.安徽醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院， 安徽 合肥 230032）

星點設(shè)計-效應(yīng)面法優(yōu)化葛根素自微乳工藝

葉 蕾1，2， 胡容峰1，2，3*， 王曉華4， 湯繼輝5

（1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)，安徽 合肥 230031； 2.安徽省中藥研究與開發(fā)重點實驗室， 安徽 合肥 230038；3.安徽省 “115” 現(xiàn)代中藥研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊， 安徽 合肥 230038； 4.安徽省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院， 安徽 合肥230061； 5.安徽醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院， 安徽 合肥 230032）

目的 研究制備葛根素自微乳處方。方法 通過考察葛根素在不同介質(zhì)中的平衡溶解度以及偽三元相圖的繪制，篩選出影響較大的因素并確定其范圍，采用星點設(shè)計優(yōu)化得到最終處方。結(jié)果 葛根素自微乳的處方為蓖麻油9%， 聚氧乙烯氫化蓖麻油 （RH40） 46%， 1，2-丙二醇 38%， 藥物 7%。 結(jié)論 葛根素自微乳的粒徑為 20.37 nm， 乳化時間為 42 s， 滿足自微乳的要求， 處方可行， 可進(jìn)一步研究。

葛根素； 自微乳； 星點設(shè)計-效應(yīng)面優(yōu)化法

葛根始載于 《神農(nóng)本草經(jīng)》， 具有解肌退熱、生津透疹、升陽止瀉的功能，主要用于外感發(fā)熱、頭痛、口渴、消渴、麻疹不透、熱痢、泄瀉、高血壓頸項強痛。在葛根的有效成分中，以對葛根素的研究最受關(guān)注［1］。 它具有擴(kuò)張外周血管， 降低血壓，增加冠狀動脈血流量，改善心肌缺血區(qū)的血流，降低心肌耗氧量，改善血流動力學(xué)指標(biāo)等藥理作用［2-3］。 葛 根 素在 防 治 冠 心 ?。?］、 心 肌 梗 塞［5］、心律失常、高血 壓病［6］、 動脈粥樣硬化［7］等方面是較有發(fā)展前途的藥物。

但葛根素溶解度小，口服生物利用度低，限制了其臨床廣泛應(yīng)用。自微乳是由油相、乳化劑、助乳化劑組成，對于難溶性藥物有著很強的增溶能力，口服后在胃腸道中可自發(fā)形成微乳。已有研究表明［8-9］， 微乳及自微乳 給藥系統(tǒng)是難溶性 和難吸收藥物的優(yōu)良載體，可顯著提高藥物的口服生物利用度。本實驗以葛根素為模型藥物，制備葛根素自微乳的優(yōu)化處方，為進(jìn)一步研究開發(fā)新制劑奠定一定的基礎(chǔ)。

1 儀器與試藥

1.1 儀器 ML204 型電子天平 （瑞典 METTLER TOLEDO公司）； 85-2A型數(shù) 顯 恒 溫磁力攪拌器（江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠）； Zetasizer Nano ZS90 納米粒徑電位分析儀 （馬爾文儀器有限公司）； THZ-82A恒溫氣浴振蕩器 （江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠）； 島津高效液相色譜儀 （LC-20AB泵， SPD-M20A紫外檢測器， 島津 LC-solution色譜工作站） ； C18色譜柱 （ Global， 250 mm×4.6 mm， 5 μm）； UV-2550 型紫外分光光度計 （日本島津公司）。

1.2 試藥 葛根素原料藥 （河南省宛西制藥股份有限公司，批號 20120804）； 聚氧乙烯氫化蓖麻油（Cremophor RH40， 北京鳳禮精求商貿(mào)有限責(zé)任公司）； 吐溫 80 （天津市光復(fù)精 細(xì)化工 研究所，20080508）； 聚氧乙烯蓖麻油 （Cremophor EL， 德國 BASF， 59230975LO）； 聚乙二醇-12-羥基硬脂酸酯 （Solutol?HS 15， 北京鳳禮精求商貿(mào)有限責(zé)任公司， 12428075LO）； 辛酸癸酸三甘油酯 （GTCC，英國 Croda公司， 19985）； 油酸乙酯 （ EO， 尉氏縣香料廠， 鳴鶴香料樣品）； 1，2-丙二醇 （北京鳳禮精求商貿(mào)有限責(zé)任公司， T12121U）； 蓖麻油（天 津 市 大 茂 化 學(xué) 試 劑 廠）； 聚 乙 二 醇 400（ PEG400， 上 海 潤 捷 化 學(xué) 試 劑 有 限 公 司，20120521）； 無水乙醇 （上海中試化工總公司）；甲醇 （色譜純）； 其他試劑均為分析純。

2 方法與結(jié)果

2.1 葛根素自微乳的處方前研究

2.1.1 葛根素的油水分配系數(shù)的測定 稱取葛根素過量， 用蒸餾水溶解后濾過， 取續(xù)濾液20 mL以及等體積的正辛醇 （水飽和 24 h） 置于分液漏斗中， 蓋緊塞子， 振搖 30 min， 靜置 15 min， 分層后取水相置具 塞 試 管中， 3 000 r/min 離心 10 min，棄去油相， 用 HPLC測定藥物質(zhì)量濃度。 色譜條件為 C18色譜柱 （Global， 250 mm×4.6 mm， 5 μm）；流動相甲醇-水 （25 ∶75）； 檢測波長 250 nm； 進(jìn)樣量20 μL。

將上述剩余水相中的藥物質(zhì)量濃度定為 C2， 將原來水相中的藥物質(zhì)量濃度定為 C1。因為油相與水相為等體積， 根據(jù)公式 Papp= （C1-C2） /C2， 計算表觀油 /水分配系數(shù) （ Papp）， 結(jié)果顯示 C1=70.75 μg/mL， Papp=0.504。 可知葛根素在水中的溶解度很小，表明葛根素水溶性差，且脂溶性也差。

2.1.2 葛根素在不同介質(zhì)中的溶解度測定 取過量的葛根素分別加入到裝有適量的油相、乳化劑、助乳化劑的具塞試管中，攪拌均勻后密封超聲30 min，使藥物均勻分布， 于 37 ℃氣浴振蕩 24 h，平衡后， 12 000 r/min 離心 10 min， 取上清液置量瓶中，精稱一定量上清液，稀釋到線性范圍內(nèi)，HPLC法測定溶解度。 結(jié)果見表 1。

由表1可知葛根素在不同油相中的溶解度很小， 順序依次為蓖麻油 ＞EO＞油酸 ＞GTCC， 故油相確定為EO或蓖麻油。葛根素在不同乳化劑中的溶解度順序依次為吐溫 80 ＞RH40 ＞HS15 ＞EL。 葛根素在不同助乳化劑中的溶解度差別較大，其中在丙二醇中溶解度明顯大于其他，故助乳化劑選擇1，2-丙二醇。

表1 葛根素在不同介質(zhì)中的溶解度Tab.1 Solubility of puerarin in differentmedia

2.2 葛根素自微乳的制備 將葛根素、 乳化劑、助乳化劑精密稱定，依次加入具塞錐形瓶中，于37℃水浴下溶解， 混合均勻。 再加入精密稱定的油相， 37 ℃水浴下混勻， 得到葛根素自微乳 （空白處方除葛根素不加外，其余步驟一樣）。

2.3 初步處方的篩選

2.3.1 基質(zhì)種類的篩選 通過溶解度的測定， 初步篩選出的基質(zhì)進(jìn)行配伍組合，配制不同比例的乳化劑與助乳化劑混合物， 按 “2.2” 項方法制備空白自微乳，滴定不同油相，以外觀、靜置后分層情況和乳化時間以及滴入水中顏色為評價指標(biāo)，篩選處方組成。結(jié)果見表2。

表2 不同組分的處方評價Tab.2 Evaluation of the different com ponen ts of the prescription

由表2 中可知以 HS 15 為乳化劑的配方始終無法與蓖麻油或油酸乙酯形成穩(wěn)定的自微乳體系，總出現(xiàn)分層。同時得出油相和乳化劑的組合為油酸乙酯和吐溫 80， 或者蓖麻油和 RH40。

2.3.2 基質(zhì)用量范圍的篩選 將不同質(zhì)量比的乳化劑與助乳化劑 （1 ∶3、 1 ∶2、 1 ∶1、 2 ∶1、 3 ∶1） 混勻后， 與油相按不同比例 （1 ∶9、 2 ∶8、 3 ∶7、 4 ∶6、 5 ∶5、 6 ∶4、 7 ∶3、 8 ∶2、 9 ∶1） 混合， 滴加入水中并觀察。同時，采用繪制偽三元相圖的方法，以選定的乳化劑與助乳化劑比例、油相和水各為一角，通過外觀觀察和體外乳化實驗，確定微乳區(qū)界限， 繪制自微乳的區(qū)域， 如圖1所示， 設(shè) K m為乳化劑與助乳化劑的質(zhì)量比，確定K m的范圍。

由實驗現(xiàn)象得知， 油相比例范圍在 0 ～0.4之間。 同時 實 驗 中發(fā) 現(xiàn) EO-吐溫 80-1，2 丙二 醇的 K m最小 只 能為 1 ∶2。由 EO-吐 溫 80-1，2 丙二醇與蓖麻油-RH40-1 ，2 丙二醇偽三元相圖結(jié)果發(fā)現(xiàn)，K m從小到大變化時，面積先變大后變小的趨勢， 且在相同 K m值時， 蓖麻油與 RH40 的組合區(qū)域面積較大，所以優(yōu)選基質(zhì)為蓖麻油、cremophor RH40 和 1，2-丙二醇， 且確定 K m的范圍在 1～3。

2.4 考察指標(biāo)

2.4.1 自微乳成乳粒徑大小 將按 “2.2” 項方法制備的不同處方自微乳用純水稀釋 100 倍， 用粒徑測定儀測定微乳的粒徑大小。

2.4.2 乳化時間 在燒杯中加入蒸餾水 100 mL，水溫 37 ℃， 在攪拌速度 50 r/min 的條件下加入約1 g的自微乳，樣品接觸液面開始計時，目測自微乳的乳化時間。

2.4.3 平衡溶解度 將過量的葛根素加入到不同處方的空白自微乳中，密閉狀態(tài)下于37℃氣浴振蕩 24 h， 平衡后， 12 000 r/min 離心 10 min， 取上清液置量瓶中，精稱一定量上清液，稀釋到線性范圍內(nèi)， HPLC法測定， 計算溶解度。

2.5 星點設(shè)計優(yōu)化自微乳處方 在預(yù)實驗的基礎(chǔ)上， 采用油相百分比含有量 （X1） 及 K m （X2） 作為考察因素，根據(jù)星點設(shè)計的原理，各因素設(shè)置5水平， 用代碼值 ±α， ±1， ±0 來表示，對于二因素的星點設(shè)計 α=1.414， 以粒徑大小、 藥物溶解度、乳化時間作為考察指標(biāo)。 因素和水平見表3，實驗結(jié)果見表4。

圖1 不同配方比例的偽三元相圖Fig.1 Pseudo-ternary phase diagram s of different formu lations

表3 因素及水平Tab.3 Factors and levels

采用 statistica 6.0 軟件， 以乳化時間、 粒徑大小、 平衡溶解度作為因變量， 分別對各因素 （自變量）各水平進(jìn)行二項式擬合，方程式如下：Y1=91.155 4+391.625 X1-100.74 X2+1 813.77

X12+30.168 X22-211.99 X1X2（r=0.931 1）

表4 實驗設(shè)計與結(jié)果 （， n=3）Tab.4 Results of central com posite design（， n=3）

表4 實驗設(shè)計與結(jié)果 （， n=3）Tab.4 Results of central com posite design（， n=3）

自變量值序號因變量值X1 X2 粒徑 /nm 乳 化時間 /s 溶解 度 /（ mg·g-1）1 -1 -1 18.55 ±1.73 17.3 ±1.5 78.32 ±1.15 2 -1 1 18.92 ±1.10 28.0 ±1.0 65.87 ±1.19 3 1 -1 127.57 ±2.12 316.7 ±3.8 41.83 ±0.51 4 79.36 ±2.01 250.0 ±5.0 22.84 ±1.53 5 -1.414 0 19.87 ±1.75 30.0 ±2.0 50.26 ±0.76 6 1.414 0 133.47 ±1.52 210.0 ±2.5 10.93 ±1.15 7 0 -1.414 54.58 ±1.05 105.0 ±2.1 59.92 ±0.64 1 1 8 1.414 31.97 ±1.01 58.3 ±1.5 50.75 ±0.76 9 0 0 29.21 ±1.63 76.0 ±2.0 53.68 ±0.80 0 10 0 0 29.30 ±1.65 75.0 ±1.0 53.48 ±0.58 11 0 0 29.10 ±1.70 75.0 ±2.0 53.88 ±0.59 12 0 0 29.22 ±1.73 80.0 ±2.0 53.68 ±0.64 13 0 0 29.18 ±1.70 80.0 ±2.0 53.68 ±0.60

Y2=56.078 2+49.055 4 X1-47.29 X2+1 233.7

X12+14.459 8 X22-123.56 X1X2（r=0.999 1）

Y3=93.493 3+98.731 5 X1-29.819 X2-466.2 X12+ 6.302 48 X22-16.114 X1X2（r=0.959 1）

Y1、 Y2、 Y3分別代表 乳化時間、 粒徑 大小和平衡溶解度，以上數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，描繪三維因變量 （response surface）， 繪制的三維效應(yīng)面圖， 結(jié)果見圖 2。 并應(yīng)用 SigmaPlot描繪各效應(yīng)面的等高線圖，如圖3所示。由此綜合分析得出處方為蓖麻油9%， 聚氧乙烯氫化蓖麻油為 46%，1，2-丙二醇為38%， 藥物7%， 由最佳處方制備自微乳， 進(jìn)行預(yù)測分析［10-13］。

圖2 不同因變量的三維效應(yīng)面圖Fig.2 3D p redicted response surface

圖3 不同因變量的等高線圖Fig.3 Contour p lots of predicted response surfaces

圖4 自微乳的粒徑分布及電位Fig.4 Particle size distribution and the Zeta potential of puerarin self-m icroemulsion

2.6 優(yōu)化處方的驗證 根據(jù)預(yù)測的優(yōu)化處方制備葛根素自微乳，目測法觀察其外觀，記下自微乳均勻分散成微乳時所需的時間。結(jié)果自乳化時間均小于 60 s， 澄清透明， 微見乳光。 并分別測定粒徑、藥物溶解度和乳化時間，將實測值與預(yù)測值做比較， 結(jié)果表明 （見表5）， 本實驗所應(yīng)用的星點設(shè)計-效應(yīng)面優(yōu)化具有較好的預(yù)測效果， 同時測得制得的自微乳粒徑 20.37 nm， 電位 -25.5 mV， 穩(wěn)定性較好 （結(jié)果見圖4）。

表 5 星點設(shè)計-效應(yīng)面優(yōu)化法驗證Tab.5 Verification of the central com posite design-response surfacemethodology

3 討論

在自微乳處方篩選中，盡量選擇對藥物溶解度大的油相、乳化劑和助乳化劑，提高載藥量。但在實際應(yīng)用中需考慮各成分的刺激性以及相互之間的作用，所以本研究在測得溶解度的基礎(chǔ)上進(jìn)行了交互實驗，直觀地反映各成分的相互影響結(jié)果。

由于自微乳制劑中超過 40% （m/m） 的乳化劑，而服用大量的乳化劑有一定毒性；且本研究中發(fā)現(xiàn)，聚氧乙烯氫化蓖麻油用量過高時，加水稀釋后形成凝膏，影響自乳化效率。因此，本研究中加入助乳化劑以提高乳化劑的乳化能力，減少乳化劑的用量。

在偽三元相圖的繪制過程中觀察到，自微乳體系滴加少量的水可形成油包水型微乳，表現(xiàn)為一種透明的油狀液體，繼續(xù)滴加水至一定量可出現(xiàn)玻璃狀的凝膠態(tài)，再加水至一定比例時又會澄清，凝膠態(tài)消失，體系黏度減小，流動性良好，且?guī)в械{(lán)色乳光，我們認(rèn)為此時形成水包油型微乳。

K m為乳化劑與助乳化劑的質(zhì)量比，它對自微乳的形成及性質(zhì)有較大的影響。不同K m值不僅影響粒子大小和液滴界面膜的強度，還能影響藥效的發(fā)揮。 更重要的是乳化劑的用量影響著載藥量［14］，因此，選擇適當(dāng)?shù)腒 m尤為重要。 本研究并未就繪圖中所取的幾個點確定值，只是確定了它的范圍，而精確的數(shù)值是通過后面的優(yōu)化試驗確定的，此方法避免了人為取點的干擾，得到的結(jié)果也更加有說服力。

粒徑測定的稀釋處理，參考了預(yù)試驗中稀釋倍數(shù)對于粒徑的大小及電位有影響。自微乳稀釋 100倍后無限稀釋，對于粒徑大小影響甚微，但繼續(xù)稀釋到一定倍數(shù)后， zeta電位太小， 體系穩(wěn)定性差，綜合分析后選擇稀釋100 倍測定。

大部分情況下，各因素對效應(yīng)的影響并非線性，而目前普遍采用正交設(shè)計和均勻?qū)嶋H優(yōu)化篩選處方，實驗次數(shù)雖少，但精度不夠，不宜采用非線性方程擬合實驗結(jié)果和因素之間的關(guān)系，因此較難得出較佳的處方。本實驗中采用的星點設(shè)計就是一種適合于非線性擬合的實驗設(shè)計方法，該法遵循循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)球面設(shè)計原理確定數(shù)值和水平，提高優(yōu)化效果。根據(jù)星點設(shè)計所建立的數(shù)學(xué)模型描繪效應(yīng)面，將各效應(yīng)面的等高線進(jìn)行重疊，直觀且方便的確定了較優(yōu)處方。

本研究中確定的處方達(dá)到自微乳要求，按各輔料所占的比例計算載藥量達(dá)到7%， 以此為基礎(chǔ)，后期將球晶技術(shù)應(yīng)用，進(jìn)一步研究其液相中一步固化的工藝。

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Optim ization of puerarin self-m icroem ulsifying system using central com posite design-response surfacemethodology

YE Lei1，2， HU Rong-feng1，2，3*， WANG Xiao-hua4， TANG Ji-hui5
（1.Anhui University of Chinese Medicine， Hefei230031， China； 2.Key Laboratory of Research and Development of Chinese Medicine in Anhui Province，Hefei230038， China； 3.Anhui“115” Modern Traditional ChineseMedicine Innovation Team， Hefei230038， China； 4.AnhuiAcademy ofMedical Sciences， 230061， China； 5.College of Phamacy， AnhuiMedical University， Hefei230032， China）

puerarin； self-microemulsifying system；central composite design-response surfacemethodology

R944

： A

： 1001-1528（2014）03-0514-06

10.3969/j.issn.1001-1528.2014.03.015

2013-06-14

國家自然科學(xué)基金項目 （81274100）； 安徽省高層次人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基金 （2009Z061）； 安徽省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人及后備人選科研活動經(jīng)費資助項目 （皖人社秘 2011-381 號-26）

葉 蕾 （1988—） ， 女， 碩士生， 研究方向： 藥物新劑型。 Tel： 13605696944， E-mail： 13605696944@163.com

*通信作者： 胡容峰， 女， 博士， 教授， 博士生導(dǎo)師， 研究方向： 藥物新劑型。 Tel： （0551） 65169371， E-mail： hurongfeng@163.com