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納米混懸劑的制備
及質(zhì)量評價方法
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)量評價的綜述性應(yīng)用文章。用于展示納米混懸劑的制備及質(zhì)量評價的方法。
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，使用剪切機進行高速剪切，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℃測試溫度下進行粒度大小及分布和Zeta電位檢測。使用AccuSizer A7000APS的二步動態(tài)稀釋功能進行大于0.5μm尾端顆粒濃度測試。最后采用穩(wěn)定性分析儀對制劑原液進行穩(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、處理時間短、適用于工業(yè)化生產(chǎn)、避免金屬和有機溶劑殘留、清洗方便等優(yōu)勢。
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?？诜o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，對黏膜的黏附性較強，可延長胃腸道滯留時間。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，有較強的生物黏附性，對肺泡巨噬細胞靶向給藥，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?！癰ottom-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顆粒的方法。“top-down”即自上而下，是將粒徑較大的粒子通過機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)點在于可以使藥物的粒徑達到更小，縮短后續(xù)“自上而下”制備過程的時間，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)會增加整個生產(chǎn)過程的復(fù)雜性。在下文中，我們選擇微射流均質(zhì)法進行納米混懸劑的制備介紹。
使用PSI-20微射流均質(zhì)進行制備
PSI-20高壓微射流主要由動力系統(tǒng)、進料杯、交互容腔、壓力保護容腔、熱交換器和出料口構(gòu)成。交互容腔和壓力保護容腔組成物料反應(yīng)器，對物料破碎和解團聚起關(guān)鍵作用。主交互容腔采用全金剛石材質(zhì)，其具有堅硬、不易磨損、耐腐蝕等特性，可用于高硬度藥物。動力系統(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通過動力系統(tǒng)內(nèi)的活塞推動高壓，活塞往復(fù)運動，產(chǎn)生一個交替的抽吸，使流體加速，以高速進入交互容腔內(nèi)，在交互容腔內(nèi)的微孔道（75μm）中，流體被分散成兩股，進行強烈的高速撞擊、高速剪切。再進入壓力保護容腔（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，實現(xiàn)高速撞擊、高剪切力、空穴作用、高頻振動等綜合作用，來達到粉碎和解團聚的目的，使得粒徑降低。
準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，用剪切機在10000rpm/min下進行高速剪切5-10min，獲得初混懸液。將初混懸液置入PSI-20的進料杯中，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壓力進行循環(huán)均質(zhì)，直至獲得目標粒徑。溫度控制在15-30℃。
圖一 壓力隨時間變化譜圖
如實際制樣壓力與時間關(guān)系曲線所示，PSI-20制樣壓力波動僅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)量評價
（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°，常用于納米級粒子的檢測。
圖二 原料藥、剪切及均質(zhì)的粒徑分布對比譜圖
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全自動計數(shù)粒度分析儀進行大于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，有效避免對微射流均質(zhì)機造成堵塞，另一方面彌補DLS對尾端靈敏度不足，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)的尾端顆粒分布對比譜圖
通過圖三的譜圖我們可以看到，原料藥（藍色）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用 Henry 方程計算Zeta電位。Zeta電位是一種間接穩(wěn)定性表征， Zeta電位絕對值大于30 mV，通常認為是穩(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電位絕對值明顯大于均質(zhì)前的初混懸液，說明隨著均質(zhì)的進行而更穩(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，甚至部分表活劑會導(dǎo)致Zeta電位結(jié)果趨于0，為進一步分析穩(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檢測器實時監(jiān)測穿過樣品后透光率變化。得到不同時間，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，剪切機刀頭尺寸、不同轉(zhuǎn)速及剪切時長，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)機壓力穩(wěn)定性等等。本文只初步介紹了使用微射流進行制備以及通過不同表征儀器進行質(zhì)量評價，后續(xù)我們將推出針對不同配方和工藝對質(zhì)量的影響的相關(guān)文章。
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