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        基于LF-NMR/MRI的維C銀翹片制粒中潤濕劑評價方法研究

        2021-03-09 02:42:02周冠芮高美連張新瑞楊兆陽張愛玲羅曉健饒小勇
        中草藥 2021年5期
        關鍵詞:潤濕劑制粒結合態(tài)

        周冠芮,高美連,張新瑞,楊兆陽,張 堯,張愛玲,羅曉健,*,饒小勇,*

        1.江西中醫(yī)藥大學,江西 南昌 330004

        2.上海紐邁電子科技有限公司,上海 200333

        3.中藥固體制劑制造技術國家工程研究中心,江西 南昌 330006

        維C 銀翹片(Vitamin C Yinqiao Tablets,VCYT)主要用于治療感冒,因臨床療效確切、價格低廉,是感冒藥市場中的常用藥[1]。對VCYT 近5年的文獻報道進行分析發(fā)現,其研究主要聚焦于質量標準研究,而對制劑工藝鮮有報道,故在此開展VCYT的制粒工藝研究。

        制粒是固體制劑成型的關鍵工序之一,主要目的是改善粉體的形貌、粒徑、松密度等物理性質。制粒中粘合劑/潤濕劑的用量與分布至關重要,若潤濕劑用量過低會導致顆粒蓬松或粉末多,顆粒整體流動性差,影響后續(xù)工序順利進行;潤濕劑用量過高會導致“過制?!盵2]或顆粒緊實影響片劑的溶出度和硬度[3]。潤濕劑分布不均會導致顆粒大小不均一,易出現大團塊。傳統(tǒng)的潤濕劑用量測定方法有卡爾-費休滴定法、烘干法[4]等,存在著有機試劑毒性、耗時長等問題。近年來,紅外光譜法(IR)、近紅外光譜法(NIRs)[5]等非破壞性測定方法得到了發(fā)展,但這些技術難以直觀表征潤濕劑在顆粒中的內部結合形式。目前,廖正根等[6]采用熒光素鈉作為示蹤劑說明黏合劑的分布,但該方法前提是熒光素鈉均勻分布顆粒,沒有考慮熒光素鈉是否會包裹于顆粒中[7],采用HPLC 法測定熒光素鈉含量存在樣品制備時間長、有機溶劑安全性、取樣準確性等問題,難以簡單、直接、快速準確的測出潤濕劑用量及分布,因此,采用新技術對制粒中潤濕劑用量和分布表征的研究尤為重要。

        低場核磁共振時域技術(low-field nuclear magnetic resonance time domain technique,LF-NMR)和低場核磁成像技術(low-field nuclear magnetic resonance imaging,LF-MRI)是對處于恒定磁場中的樣品施加頻率匹配的射頻脈沖,使質子從低能態(tài)躍遷至高能態(tài),質子再以非輻射的方式釋放能量并返回到低能態(tài),發(fā)生核磁共振。通過分析自旋弛豫特性反映質子的運動性質,進而從微觀的角度解釋樣品的物理化學環(huán)境等內部信息。不同體積分數乙醇溶液是中藥制粒中常用的潤濕劑,其含有大量的質子,可通過LF-NMR 測定潤濕劑質子濃度、運動狀態(tài),進而分析潤濕劑的含量和潤濕劑在顆粒中的分布狀態(tài)。該技術具有快速、無損、測得數據準確,且無需添加化學試劑即可測定樣品水分變化等優(yōu)點,現已廣泛應用于食品、炮制等工業(yè)中[8-9]。劉佳佳等[10]使用LF-NMR 研究浸膏粉的吸濕過程;吳雙雙等[11]用于研究顆粒的含水量及水分的相態(tài)分布,這些研究都用于研究水分的變化,并未見對制粒中乙醇研究的變化相關報道。

        本實驗以VCYT 濕法制粒為研究對象,采用LF-NMR 和LF-MRI 研究制粒中潤濕劑的結合態(tài)質子、束縛態(tài)質子和自由態(tài)質子變化,探討其變化與顆粒得率的相關性,為闡明潤濕劑對顆粒性質的影響和成型機制提供評價方法。

        1 儀器與試藥

        1.1 儀器

        LHSH3/6/12 型高剪切制粒機,翰林航宇(天津)實業(yè)有限公司;NMI20-025V-I 型低場核磁共振分析及成像系統(tǒng),上海紐邁電子科技有限公司;AL204型電子分析天平,梅特勒-托利多儀器有限公司;DHG-9050A 型電熱恒溫鼓風干燥箱,上海姚氏儀器設備廠;300T 型標準檢驗篩機,新鄉(xiāng)市大漢振動機械有限公司。

        1.2 試藥

        VCYT 浸膏粉,由中藥固體制劑制造技術國家工程研究中心中藥室制備,批號20190901;對乙酰氨基酚,安徽豐原利康制藥有限公司,批號011708232;馬來酸氯苯那敏,北京康斯諾生物科技有限公司,批號19052283;可溶性淀粉,西安天正藥用輔料有限公司,批號20190709;糊精,安徽山河藥用輔料股份有限公司,批號190706;乙醇,永華化學科技有限公司,批號20181113;純化水。

        2 方法

        2.1 顆粒制備

        按處方比例稱取原料藥與輔料共3 kg,置于高剪切制粒機中,以300 r/min 的攪拌槳速度和700 r/min 的剪切速度混合5 min 后開始制粒。制粒中采用的潤濕劑為75%乙醇,攪拌槳速度為700 r/min、剪切速度為2500 r/min,每隔60 s 加入20 mL 的潤濕劑,直至呈現“泥漿”狀態(tài)后結束。上述研究共做4 次試驗,每次均是在鍋體的3 個不同位置、同一深度處收集約20 g 樣品,置于西林瓶中,密封,備用。

        2.2 潤濕劑用量測定

        2.2.1 LF-NMR 檢測參數 取“2.1”項下備用濕顆粒2 g,移入φ26 mm 的核磁共振樣品管,再將樣品管放置于探頭中,儀器磁體溫度為(32.00±0.02)℃,儀器共振頻率為20.679 MHz。然后采用CPMG 采集樣品信號,序列參數設置:采樣頻率(SW)200 kHz,硬脈沖90°脈寬(P1)6.52 μs,硬脈沖180°脈寬(P2)11.52 μs,重復采樣等待時間(TW)1000 ms,重復采樣次數(NS)128 次,回波時間(TE)0.1 ms,回波個數(NECH)5000。

        2.2.2 烘干法 依照《中國藥典》2020年版四部通則0832 水分測定法中第二法[12]。稱取“2.1”項下備用顆粒3 g,平鋪于干燥至恒定質量的扁形稱量瓶中,精密稱定,記質量為m0,開啟瓶蓋在105 ℃下干燥5 h,將瓶蓋蓋好,移置干燥器中,放冷30 min,精密稱定質量(m1),再開啟瓶蓋在105 ℃干燥1 h,放冷,精密稱定質量,記質量為m2,至連續(xù)2 次稱量的差異不超過5 mg 為止。按公式計算潤濕劑用量。

        潤濕劑用量=(m0-m2)/m0

        2.3 LF-MRI 檢測參數

        采用多層自旋回波序列(MSE)采集樣品的質子密度圖像,運用LF-MRI 進行核磁共振成像試驗。LF-MRI 成像參數:層數為3,層厚為1.8 mm,層間隙為2.0 mm,重復采樣次數為8,重復采樣等待時間為260 ms,視野FOV 為100 mm×100 mm,頻率編碼步數為256,相位編碼步數192。

        2.4 顆粒得率

        參照《中國藥典》2020年版四部通則0982 粒度和粒度測定法中的機械篩分法(雙篩分法)[12]。取“2.1”項下備用顆粒15 g,在50 ℃的烘箱中烘干,將干顆粒進行稱定質量(M0),取干顆粒于標準檢驗篩機中振動5 min,振動幅度3 mm,振動頻率1400 r/min,收集一號篩和五號篩之間的顆粒,稱定質量(M1),計算顆粒得率。

        顆粒得率=M1/M0

        2.5 數據處理

        利用系統(tǒng)自帶反演軟件對Q-CPMG 衰減曲線進行反演擬合,得到峰面積、弛豫時間等弛豫數據,使用Origin 2018 軟件繪制T2譜圖。采用核磁共振圖像軟件對LF-MRI 圖像進行偽彩和反色處理。應用Excel?-worksheets(美國Microsoft 公司)計算樣品的潤濕劑用量。

        3 結果與分析

        3.1 方法學考察

        3.1.1 顆粒中不同體積分數乙醇的檢測 稱取100 g已混合均勻的粉末置于制粒機中,添加18 g 不同體積分數乙醇進行制粒,采用LF-NMR 檢測不同體積分數乙醇的變化。由圖1可知,橫向弛豫時間(T2)譜圖上存在3 種相態(tài)的質子:T21(0.01~1.00 ms)代表的是結合態(tài)質子,T22(1.00~10.00 ms)代表的是束縛態(tài)質子,T23(10.00~1 000.00 ms)代表的是自由態(tài)質子,峰面積(A21、A22、A23)代表其相對含量,其中束縛態(tài)質子和自由態(tài)質子亦可稱為非結合態(tài)質子。由圖1可知,低體積分數乙醇時,只檢測出2 個峰,且隨著乙醇體積分數的增加,A21逐漸減少,A22逐漸增加。隨著乙醇體積分數越來越高,出現峰形越來越多,可能是因為乙醇體積分數越高,粉末和潤濕劑的結合能力越弱。

        圖1 LF-NMR 檢測不同體積分數乙醇的T2 譜圖Fig.1 Detection of T2 of different concentrations of ethanol by LF-NMR

        3.1.2 線性關系考察 LF-NMR 數據的線性主要用“2.1”項的濕顆粒所測的潤濕劑量(X)與LF-NMR的T2總峰面積(Y)之間的關系來評價。潤濕劑用量在5%~35%時的線性方程為Y=2238.3X-87.16,R2=0.957 5。

        3.1.3 重復性實驗 按“2.2.1”項方法,將樣品平行制備5 次測定,LF-NMR 值的RSD 值為2.97%,表明該方法重復性良好。

        3.1.4 日內穩(wěn)定性實驗 按“2.2.1”項方法,將1份樣品分別在同1 d 的11:00、12:00、13:00、14:00、15:00 時進行測定,樣品儲存同“2.1”項,LF-NMR值的RSD 值為2.68%,表明日內穩(wěn)定性良好。

        3.1.5 日間穩(wěn)定性實驗 按“2.2.1”項方法,將同1 份樣品分別于24、48、72、96、120 h 時測定,樣品儲存同“2.1”項,LF-NMR 值的RSD 值為1.02%,表明日間穩(wěn)定性良好。

        3.1.6 精密度實驗 按“2.2.1”項方法,取1 份樣品連續(xù)測定5 次,LF-NMR 值的RSD 值為3.25%,表明儀器的精密度良好。

        3.1.7 準確性實驗 按“2.2.1”項方法對5 個待測樣品的潤濕劑用量進行LF-NMR 檢測,并與烘干法測定的結果進行比對,結果見表1。由表1可看出,LF-NMR 與烘干法測定的結果差值均小于1%,說明所建立的LF-NMR 具有較好的準確性。

        表1 LF-NMR 與烘干法測定潤濕劑用量對比結果Table 1 Comparison of LF-NMR and oven-drying method for determination of wetting agent

        3.2 制粒中潤濕劑用量對T2 的影響

        經預試驗對潤濕劑濃度的考察,發(fā)現75%乙醇制粒時顆粒得率最高,故采用75%乙醇為潤濕劑進行制粒。潤濕劑中質子主要以結合態(tài)、束縛態(tài)和自由態(tài)3 種形式存在于濕顆粒中,見圖2。不同形式的質子與濕顆粒的結合狀態(tài)不盡相同,其中結合態(tài)與濕顆粒連接最為緊密、束縛態(tài)次之、自由態(tài)最差,LF-NMR 中的T2可反應制粒中潤濕劑中質子與濕顆粒之間的結合狀態(tài)。在制粒中前期大部分都是結合態(tài),隨著制粒過程的進行,峰面積逐漸增加且T2向右移動,即3 種相態(tài)的質子與濕顆粒結合越來越疏松。

        3.3 制粒中潤濕劑用量對A2 的影響

        圖2 LF-NMR 檢測制粒中T2 譜圖變化Fig.2 Change of T2 in granulation process detected by LF-NMR

        圖3 結合態(tài)質子、束縛態(tài)質子和自由態(tài)質子的A2 變化Fig.3 A2 changes of bound,irreducible and free hydrogen protons

        由圖3可知,隨著潤濕劑的添加,結合態(tài)質子逐漸增加,A22峰值信號量在潤濕劑10%時開始逐漸增加,A23峰值信號量則當潤濕劑在15%時開始逐漸增加,說明水分逐漸增加且不斷向表面滲透。當潤濕劑在20%~25%時,結合態(tài)質子處于穩(wěn)定狀態(tài);當達到25%后,A21峰值信號量逐漸下降,可能是隨著潤濕劑的添加,結合態(tài)質子在顆粒中的束縛力減少,或在濕顆粒中結合態(tài)質子達到了飽和狀態(tài),使部分結合態(tài)質子向非結合態(tài)質子轉變。當呈現“泥漿”狀態(tài)時,即潤濕劑達到34%左右時,結合態(tài)質子、束縛態(tài)質子和自由態(tài)質子3 種狀態(tài)的態(tài)質子分趨于一定值。

        3.4 制粒中LF-MRI 圖像變化

        利用LF-MRI 成像技術可以直觀地觀察樣品內部水分信息,質子數量可以代表樣品中的水分含量,紅色、黃色、綠色表示質子密度的高低,紅色含水量最高,綠色含水量最低。采用LF-MRI 掃描潤濕劑不同添加量的樣品后對圖像進行偽彩處理后可知,制粒前期,顆粒的潤濕劑較低,幾乎沒有非結合態(tài)潤濕劑,在LF-MRI 中幾乎不能檢識。制粒中期,當潤濕劑為20%時,能進行LF-MRI 成像,且顏色逐漸變得鮮明,直到呈現泥漿狀態(tài)時,即潤濕劑用量達到34%,圖像出現了紅色,見圖4-A。

        對掃描的圖像進行反色處理后可以看出潤濕劑用量在20%時已出現紅色,但以綠色為主,說明非結合態(tài)潤濕劑量較低。制粒后期,顏色主要以紅色和黃色為主(圖4-B),說明濕顆粒中潤濕劑過量。由此可見LF-MRI 成像中,根據質子密度變化,可以直觀表征制粒中顆粒內部的潤濕劑變化,也可觀察到潤濕劑均勻分布情況。

        3.5 潤濕劑用量與顆粒得率的關系

        研究表明,當顆粒的含水量達到一定的范圍時,會發(fā)生明顯的團聚現象;低于范圍粉體的黏結性較小,高于一定范圍會出現“過制?!盵13]。由圖5可知,在潤濕劑用量較低時,顆粒得率也低,這可能與細粉的比表面積有關[14],細粉粒徑越小比表面積越大,接觸到潤濕劑的面積增大;在前期添加潤濕劑后,潤濕劑與粉末緊密結合成結合態(tài)質子,所以在顆粒增長的前期,需要較多的潤濕劑對顆粒的表面進行潤濕[6],形成母核后合并或包裹。當潤濕劑達到20%~25%時,顆粒得率達到最高,之后顆粒得率逐漸下降(將A21與顆粒得率進行相關性分析,P<0.05),分析可能是由于潤濕劑達到25%時,濕顆粒內部的結合態(tài)質子達到飽和,逐漸向非結合態(tài)質子轉化,隨著濕顆粒表面非結合態(tài)質子增多,使?jié)耦w粒的黏結性增大更容易聚集、包覆,直至出現大團塊,而且隨著非結合態(tài)質子持續(xù)增多,大團塊進一步變成“泥漿狀”。

        圖4 制粒中LF-MRI 圖像變化Fig.4 Changes of LF-MRI images in granulation process

        圖5 潤濕劑用量與A21、顆粒得率的關系Fig.5 Relationship between wetting agent content and A21,particle yield

        4 討論

        李彥等[15]使用LF-NMR 研究葡萄酒中乙醇與水的關系,表示T22譜峰面積占比與酒精體積分數呈線性關系,劉敏等[16]利用LF-NMR 研究不同濃度水-乙醇的弛豫時間與氫鍵之間的關系,這些文獻報道提示LF-NMR 可用于乙醇的檢測。在現有的研究報道中,筆者發(fā)現LF-NMR 在中藥制劑中主要用于干燥工序,而未發(fā)現在制粒工序中應用的研究報道,本研究是一種新的嘗試。中藥提取物黏性大,常采用乙醇為黏合劑進行制粒,根據低場核磁原理,可將該技術應用于中藥制粒中監(jiān)測乙醇的用量及分布。根據方法學研究結果表明,可采用LF-NMR對VCYT 制粒中潤濕劑(75%乙醇)用量進行定性與定量評價。

        利用LF-NMR 和LF-MRI 研究VCYT 在濕法制粒中潤濕劑用量變化和分布狀態(tài),結果表明隨著潤濕劑的增加,A21、A22、A23逐漸增加,T2逐漸向右移動,說明質子受束縛力越小或自由度越大,流動性變好[17-18],結果與復水過程水分狀態(tài)相近[19],與Ito 等[20]在制粒中發(fā)現的T2時間變化一致,潤濕劑與顆粒的結合越來越疏松,說明質子的結合狀態(tài)對于制粒終點判斷具有重要指導意義。制粒中潤濕劑用量對粒徑大小與分布具有較大影響[21],當潤濕劑用量為5%、10%、15%時,樣品粉末較多,潤濕劑用量在20%~25%,具有明顯的濕顆粒生長,此時目標顆粒得率達到最高,當潤濕劑達到大于25%時,A21開始下降,可能存在結合態(tài)質子向非結合態(tài)質子轉化的現象,此時目標顆粒得率下降,該結果與Cavinato 等[22]、Miwa 等[23]研究結果相同,表明A21的變化趨勢對于表征顆粒得率具有重要參考價值。

        本實驗采用LF-NMR 和LF-MRI 檢測潤濕劑在顆粒中的用量變化及分布狀態(tài),為研究制粒中潤濕劑/黏合劑變化提供了快速無損可視化的方法,且能通過橫向弛豫時間T2來描述3 種質子在濕顆粒中的含量和相態(tài)變化,根據結合態(tài)質子的變化可以判斷最佳的顆粒得率,比傳統(tǒng)的靠經驗判斷制粒終點更合理、更科學。

        但實驗還存在一些不足,該技術對中藥產品制粒工序的普適性有待深入研究。隨著現代智能制造水平的不斷提升,陳芳宇等[24]采用LF-NMR 在線研究巧克力融化過程,表明LF-NMR 具有較好的在線監(jiān)測能力,鑒于LF-NMR 對質子具有較好的靈敏度,提示可將LF-NMR 制成便攜式的在線裝置,用于制粒過程在線監(jiān)測和終點判斷。

        利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

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