老蕊娟 ，趙 芳 ，金 鑫 ，陸 佳 ，劉 睿

（1.天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，天津 300193；2.武警后勤學(xué)院軍事藥學(xué)教研室，天津 300309）

傳統(tǒng)藥酒具有行血活絡(luò)的功效，且易于吸收和發(fā)散，因此酒劑常用于治療風(fēng)濕痹痛，但攜帶、貯存不便，使用時(shí)易沾染衣物，且作用時(shí)間短，不易于質(zhì)量控制，亟需改進(jìn)[1]。傳統(tǒng)酒劑以乙醇為溶劑，易于揮發(fā)，不良?xì)馕睹黠@，對(duì)皮膚黏膜刺激性較強(qiáng)[2]。噴膜劑是一種新劑型，結(jié)合了氣霧劑與膜劑的劑型特點(diǎn)[3]，噴于局部皮膚，即可形成一層薄膜，既能保護(hù)創(chuàng)面，又能釋放藥物而起到局部或全身治療作用。另外，該劑型也可避免口服給藥所引起的胃腸道刺激和肝臟首過(guò)效應(yīng)。同時(shí)采用透皮給藥技術(shù)，大幅度延長(zhǎng)了藥物作用時(shí)間，增強(qiáng)了給藥均勻度，使藥效更加持久。本實(shí)驗(yàn)以當(dāng)歸紅花酒作為模型藥物，以成膜性、成膜時(shí)間為主要指標(biāo)確定復(fù)方活血化瘀噴膜劑（CHH-SF）最優(yōu)處方量，以期為臨床提供新型高效、安全可靠的皮膚用藥。

1 儀器與材料

1.1 儀器 BT125D型分析天平（德國(guó)Sartorius公司）；SPD－M20A高效液相色譜儀（日本島津公司）；KH3200B型超聲波清洗器（昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司）。

1.2 材料 紅花、當(dāng)歸（市售）；聚乙烯吡咯烷酮（PVPK30）（成都市科龍化工試劑廠）；聚乙烯醇（PVA－124）（西隴科學(xué)股份有限公司）；羥丙甲纖維素（HPMC）（北京鳳禮精求商貿(mào)有限責(zé)任公司）；乙醇（色譜純，天津化學(xué)試劑批發(fā)公司）。

2 方法與結(jié)果

2.1 復(fù)方活血化瘀噴膜劑的制備

2.1.1 復(fù)方活血化瘀處方的提取液的制備 稱取當(dāng)歸15 g，紅花15 g，粉碎，粗粉過(guò)40目藥檢篩，稱量，以1∶16質(zhì)量比加入乙醇（60%）浸泡1周，抽濾，分裝。

2.1.2 復(fù)方活血化瘀噴膜劑的制備 稱取處方量PVPK30、PVA-124、HPMC，將其加入到加 10 mL 上述復(fù)方活血化瘀處方提取液中充分溶脹，攪拌，超聲，使其全部溶解后，分裝即得[4]。

2.2 成膜性評(píng)價(jià) 利用生物顯微鏡對(duì)各供試品成膜后表面形態(tài)進(jìn)行觀察，以流動(dòng)性、成膜時(shí)間、均一性等指標(biāo)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)成膜材料PVPK30進(jìn)行初步評(píng)價(jià)[5-7]。此外，分別對(duì)加入PVA-124和HPMC后混合基質(zhì)的成膜性能進(jìn)行研究。

2.3 單因素試驗(yàn) 根據(jù)成膜性初步考察結(jié)果設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)，固定其他用量不變，按“2.1”項(xiàng)下方法制備噴膜劑，進(jìn)行成膜時(shí)間考察。

2.3.1 PVPK30用量的考察 按2.1.1項(xiàng)下制備復(fù)方活血化瘀噴膜劑，固定處方中PVA-124含量為5%，HPMC含量為0.3%，分別對(duì)濃度為3%、5%、7%、9%和11%的PVPK30進(jìn)行考察，研究成膜材料PVPK30用量對(duì)成膜性的影響。

2.3.2 PVA-124用量的考察 按2．1．1項(xiàng)下制備復(fù)方活血化瘀噴膜劑，固定PVPK30含量為7%，HPMC含量為0．3%，分別對(duì)濃度為1%、3%、5%、7%和9%的PVA-124進(jìn)行考察，研究成膜材料PVA-124用量對(duì)成膜時(shí)間的影響。

2.3.3 HPMC用量的考察 按2．1．1項(xiàng)下制備復(fù)方活血化瘀噴膜劑，固定PVPK30含量為9%，PVA-124 含量為 5%，分別對(duì)濃度為 0．1%、0．3%、0．5%和0．7%的HPMC進(jìn)行考察，研究成膜材料HPMC用量對(duì)成膜時(shí)間的影響。

2.4 星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面優(yōu)化（CCD） 根據(jù)2．2．2－2．2．3項(xiàng)下單因素考察實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，選擇對(duì)影響顯著的3個(gè)因素為考察對(duì)象，以PVPK30用量（X1），PVA-124用量（X2），HPMC 用量（X3）為自變量，以成膜時(shí)間Y1為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法對(duì)復(fù)方活血化瘀噴膜劑進(jìn)行處方優(yōu)化[8]。根據(jù)星點(diǎn)設(shè)計(jì)的原理[9]，各因素設(shè)置 5 水平，用代碼值±a，±1，0來(lái)表示。對(duì)于三因素的星點(diǎn)設(shè)計(jì)a=1．682，代碼所代表的實(shí)際操作物理量見表1。

表1 星點(diǎn)設(shè)計(jì)因素水平表Tab.1 Independent variablesand levelsof experiment design

2.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬 使用由遺傳算法修改的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)復(fù)方活血化瘀噴膜劑進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化程序由Metlab b2012b（MathWorks）編寫。選擇3種可控處方因素（PVPK－30用量，PVA用量，HPMC用量）進(jìn)行優(yōu)化?；诔赡r(shí)間作為指標(biāo)，通過(guò)隨機(jī)選擇3個(gè)因子獲得3個(gè)代表性原始數(shù)據(jù)[10]。處方輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于處方優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的優(yōu)化構(gòu)建了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

2.6 CCD與ANN的比較 基于與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（ANN）的預(yù)測(cè)輸出，計(jì)算各種參數(shù)，如均方根誤差（RMSE），預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)誤差（SEP）和平均絕對(duì)相對(duì)偏差（AARD），比較RSM與ANN方法對(duì)復(fù)方活血化瘀噴膜劑的模擬效果[11]。RMSE、SEPA、ARD分別由公式（1）、（2）、（3）求出。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 成膜性評(píng)價(jià) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PVPK30與提取藥液相容性好，選擇其為主要成膜材料，將基質(zhì)中PVPK30含量分別設(shè)定為1%、3%、5%、7%、9%時(shí)，隨著PVPK30濃度的升高，流動(dòng)性逐漸降低，肉眼可觀察到氣泡逐漸消，制劑均勻度增加，但顯微鏡下觀察仍有大量氣泡，且各組成膜時(shí)間均＞20 min，在以上含各濃度的PVPK30的基質(zhì)中，加入0．2%的HPMC后，所得制劑肉眼觀察無(wú)顯著性差別，而將所得各組噴膜劑置于顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)氣泡消失，高濃度組仍具有較高的均一性。由于不同濃度的PVPK30單獨(dú)作為成膜材料成膜時(shí)間均過(guò)長(zhǎng)，故在處方中加入PVA-124。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在含0．2%的 HPMC的各不同濃度（1%、3%、5%、7%、9%）的PVPK30基質(zhì)中，加入7%的PVA-124后，成膜時(shí)間均呈現(xiàn)不同程度的縮短，大部分處方的成膜時(shí)間減少到10 min以下。所以本實(shí)驗(yàn)選擇PVPK30、PVA-124和HPMC作為混合成膜基質(zhì)材料，并對(duì)各成分比例進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

3.2 單因素考察 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各基質(zhì)用量對(duì)成膜時(shí)間的影響較大。當(dāng)固定處方中PVA-124含量為 5%，HPMC含量為 0．2%，PVPK30含量為 3%、5%、7%、9%、11%時(shí)，成膜時(shí)間分別為 8．22 min、10．17 min、13．23 min、7．23 min、8．57 min；當(dāng)固定處方中 PVPK30含量為 7%，HPMC含量為 0．3%，PVA-124含量為 1%、3%、5%、7%、9%時(shí)，成膜時(shí)間分別為 4．73 min、4．62 min、4．52 min、6．00 min、4．63 min；當(dāng)固定PVPK30含量為9%，PVA-124含量為5%，HPMC 含量為 0．1%、0．3%、0．5%、0．7%時(shí)，成膜時(shí)間分別為 4．32 min、4．08 min、5．50 min、5．58 min、4．87 min。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，篩選出各基質(zhì)較優(yōu)用量范圍分別為 PVP K30（7%～11%），PVA－124（1%～5%），HPMC（0．1%～0．5%）。

3.3 星點(diǎn)實(shí)驗(yàn) 星點(diǎn)設(shè)計(jì)結(jié)果見表2。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以成膜時(shí)間為因變量Y，運(yùn)用Design-Expert 7．0．0軟件對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行多元二次方程擬合，得到的方程式，見公式（4）：

各方程擬合及相關(guān)系數(shù)，見表3。

表2 星點(diǎn)效應(yīng)面優(yōu)化法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安排及效應(yīng)值表Tab.2 Chart of experiment design arrangement and effect value of central compositedesign

表3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中各擬合方程及相關(guān)系數(shù)Tab.3 Each fitting eqnation and correlation coefficient in optimizing experiment

由Design Expert 7.0.0軟件得出的復(fù)方活血化瘀噴膜劑星點(diǎn)設(shè)計(jì)三維效應(yīng)圖見圖1。從優(yōu)化方程的3個(gè)影響因素的系數(shù)和效應(yīng)面圖可知，PVA-124對(duì)成膜時(shí)間影響最小，PVPK30和HPMC對(duì)成膜時(shí)間影響較大，當(dāng)HPMC濃度為0.3%時(shí)，PVPK30和PVA124用量對(duì)成膜時(shí)間影響較大。

圖1 成膜時(shí)間獨(dú)立變量三維效應(yīng)面圖Fig.1 Surface response chart of independent variableson film formation time

3.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 60.0%的數(shù)據(jù)集用于訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，20.0%用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的測(cè)試和驗(yàn)證。發(fā)現(xiàn)由3個(gè)輸入層（HPMC%，PVA-124%和PVPK30%）和1個(gè)輸出層（成膜時(shí)間）組成的4-10-2 ANN（包括偏置神經(jīng)元）模型能夠更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)估計(jì)成膜時(shí)間。如表4所示，R值為0.998，在每種情況下均接近1（1.0），ANN預(yù)測(cè)值（成膜時(shí)間）與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的一致性。此外，還檢查了不同自變量對(duì)輸出的相對(duì)影響。觀察到輸入?yún)?shù)的影響程度遵循該順序：P VA124（50．0%）＞PVPK30（27．0%）＞HPMC（23．0%）。

3.5 CCD與ANN的比較 RMSE，SEP和AARD的計(jì)算結(jié)果如表4所示。與CCD模型相比，ANN模型具有較低的 RMSE（2.54），SEP（29.94）和AARD（4.69）。CCD模型的r值為0.943，而ANN模型的r值為0.998，更接近于1，說(shuō)明了ANN模型的可靠性和適用性。

表4 CCD模型和ANN模型對(duì)成膜時(shí)間預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的比較Tab.4 Comparion of predicted and observed valueon film formation time between CCD and ANN model

這些結(jié)果證實(shí)，兩種模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都吻合良好。但與CCD模型相比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值之間的偏差非常小。所以與CCD相比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更好的預(yù)測(cè)能力。

3.6 最優(yōu)處方及驗(yàn)證 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬，最優(yōu)處方見表5。按照所優(yōu)化的處方，制備3批復(fù)方活血化瘀噴膜劑，并對(duì)實(shí)際成膜時(shí)間進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表6，成膜時(shí)間的預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的偏差均較小，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)所得數(shù)學(xué)模型可以很好的預(yù)測(cè)各因素和評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系，適用于復(fù)方活血化瘀噴膜劑處方的優(yōu)化。

表5 復(fù)方活血化瘀噴膜劑最優(yōu)處方預(yù)測(cè)Tab.5 Prediction of optimal prescription of CHH-SF

4 討論

目前，噴膜劑成膜材料的關(guān)鍵在于能在皮膚溫度下迅速成膜。所成膜要求均勻、表面光滑、細(xì)膩、完整[12]。成膜材料[13-14]中應(yīng)用較為廣泛的有聚乙烯毗咯烷酮類（PVP）、聚乙烯醇類（PVA）。PVP類和PVA類兩者均為水溶性高分子材料，具有優(yōu)異的溶解性、低毒性、成膜性、化學(xué)穩(wěn)定性、生理惰性和粘連能力等特性。一般作為成膜材料使用的型號(hào)有PVPK-30、PVA-124、PVA-1788 及 PVA-1788 低粘度型等[15-16]。同時(shí)，卡波姆、羧甲基纖維素鈉、殼聚糖和甲殼素等，由于柔軟性好、本身具有吸附傷口滲出物、減少創(chuàng)面滲出、促進(jìn)創(chuàng)面愈合的作用，也常作為混合成膜材料使用。在本研究中，使用復(fù)合基質(zhì)材料，即 PVPK30、PVA-124和HPMC，使三者優(yōu)勢(shì)相結(jié)合。單獨(dú)使用PVPK30，成膜時(shí)間較長(zhǎng)，且噴膜劑均一性較差。加入HPMC可明顯消除噴膜劑中氣泡，增加制劑均一性。而PVPK30、PVA-124和HPMC三者的聯(lián)合使用，可顯著縮短成膜時(shí)間。

星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法[17-19]是在析因設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，加上星點(diǎn)及中心點(diǎn)而形成的實(shí)驗(yàn)次數(shù)較少、可進(jìn)行線性或非線性擬合的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，在制劑處方和工藝的優(yōu)化中應(yīng)用廣泛。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[20]由MATLAB軟件完成的一個(gè)監(jiān)督多層感知器，由輸入，隱藏和輸出層組成。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能不受限制，可以靈活地捕捉復(fù)雜的模式，并且可以在模擬中保持穩(wěn)定。盡管缺少數(shù)據(jù)，它仍能找到模式。在本實(shí)驗(yàn)中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更好的預(yù)測(cè)性能，可應(yīng)用于更多制劑的處方優(yōu)化及篩選。

實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)星點(diǎn)設(shè)計(jì)效應(yīng)面-人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，復(fù)方活血化瘀噴膜劑的最優(yōu)處方為PVPK30 2.24 g、PVA-124 0.75 g、HPMC 0.07 g，成膜時(shí)間為4.63 min。

5 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)制得的復(fù)方活血化瘀噴膜劑黏度適宜，使用方便，成膜時(shí)間短，均一性好。劑型改造后，制得的復(fù)方活血化瘀噴膜劑較藥酒原方滯留時(shí)間明顯增長(zhǎng)，藥效發(fā)揮時(shí)間明顯延長(zhǎng)。星點(diǎn)設(shè)計(jì)效應(yīng)面和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都吻合良好，均可用于該制劑處方的優(yōu)化和預(yù)測(cè)。但在本實(shí)驗(yàn)中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值之間的偏差更小，預(yù)測(cè)更準(zhǔn)確。