動(dòng)態(tài)流變學(xué)評(píng)價(jià)芩榆燒傷凝膠的凝膠特性Δ

賀金華，譚 為，康雨彤，戎曉娟，毛 艷，蔡曉翠（新疆維吾爾自治區(qū)藥物研究所，烏魯木齊 830004）

芩榆燒傷凝膠具有清熱解毒、涼血化瘀、生肌止痛之功效，多用于火毒熾盛所致Ⅱ度以下燒傷、燙傷。該制劑是以臨床應(yīng)用多年、對(duì)燒傷療效顯著的芩榆燒傷液為基礎(chǔ)研制而成的，避免了燒傷液易產(chǎn)生皮膚刺激、作用于病灶部位的藥物濃度較低等制約其療效的問題；同時(shí)發(fā)揮了凝膠劑制備簡(jiǎn)單、易于涂布使用、與用藥部位親和力強(qiáng)、滯留時(shí)間長(zhǎng)、不污染衣物、穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。

動(dòng)態(tài)流變?cè)囼?yàn)是研究黏彈性流體力學(xué)性質(zhì)的重要試驗(yàn)，流變參數(shù)是非牛頓流體固有性質(zhì)的反映，是表征流變性質(zhì)的特征量。本研究運(yùn)用動(dòng)態(tài)流變學(xué)方法，通過測(cè)量芩榆燒傷凝膠的流變參數(shù)，考察該凝膠在不同狀態(tài)下及整個(gè)相轉(zhuǎn)變過程中的膠凝性質(zhì)，評(píng)價(jià)所形成凝膠的力學(xué)性能，為芩榆燒傷凝膠體外評(píng)價(jià)及全面質(zhì)量控制提供參考和借鑒[3]。

1 材料

1.1 儀器

Bohlin Gemini HR nano型平板旋轉(zhuǎn)流變儀（英國(guó)馬爾文公司）；RW16型高速攪拌器（德國(guó)IKA公司）。

1.2 藥品

芩榆燒傷凝膠（新疆維吾爾自治區(qū)藥物研究所自制）。

2 方法與結(jié)果

2.1 動(dòng)態(tài)流變學(xué)的測(cè)定[4-8]

2.1.1 測(cè)定方法 先將儀器初始化，再移動(dòng)空氣軸承組件，打開軟件，確定間距控制面板，設(shè)置需要的溫度，選擇需要的測(cè)量系統(tǒng)，打開插銷，安裝測(cè)量系統(tǒng)之后進(jìn)行間距校零，加載芩榆燒傷凝膠樣品時(shí)，先將樣品放在下板中央，當(dāng)上板壓到樣品時(shí)，樣品會(huì)向四周鋪開，可稍微多加一點(diǎn)樣品，再使用平面刮刀將多余的樣品刮掉，拔開插銷，運(yùn)行儀器。

2.1.2 剪切應(yīng)力的測(cè)定 設(shè)置平行板與底部高度為40mm，剪切速率為0～100/s，掃描時(shí)間為120s。結(jié)果表明，芩榆燒傷凝膠屬于假塑性流體，與大多數(shù)高聚物的水溶液行為類似。芩榆燒傷凝膠剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化曲線見圖1。

圖1 芩榆燒傷凝膠剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化曲線Fig 1 Change curves of shear stress of Qinyu burns gel with shear rate

2.1.3 剪切速率的測(cè)定 分別于25、40℃條件下，采用剪切模式對(duì)芩榆燒傷凝膠進(jìn)行剪切速率掃描測(cè)試，并測(cè)定黏度與剪切速率的關(guān)系。剪切速率設(shè)置為0.01～100/s，考察該凝膠的黏度變化與剪切速率的關(guān)系。結(jié)果表明，芩榆燒傷凝膠在25、40℃下，黏度隨著剪切速率的增大而減小，為假塑性流體的典型特征。且40℃下凝膠剪切變稀過程比25℃更加明顯。芩榆燒傷凝膠的黏度隨剪切速率的變化曲線見圖2。

圖2 芩榆燒傷凝膠的黏度隨剪切速率的變化曲線Fig 2 Change curves of the viscosity of Qinyu burns gel with shear rate

2.1.4 掃描頻率的測(cè)定 設(shè)置掃描頻率為0.01～10Hz，間隔時(shí)間為5s，掃描時(shí)間為3380s，初始?jí)毫υO(shè)置為0.005Pa。相角是表征凝膠在不同條件下狀態(tài)的合理判據(jù)，相角越大，越接近90°，黏性越明顯，流體顯示出液態(tài)特征；相角越小，越接近0°，彈性越明顯，流體顯示出固態(tài)特征。結(jié)果表明，芩榆燒傷凝膠的相角不隨頻率變化而變化，說明該凝膠彈性好，易于涂抹使用。芩榆燒傷凝膠的頻率掃描曲線見圖3。

圖3 芩榆燒傷凝膠的頻率掃描曲線Fig 3 Frequency scanning curves of Qinyu burns gel

2.2 流變學(xué)性質(zhì)的測(cè)定

測(cè)試溫度為20℃，測(cè)量開始前，樣品在試驗(yàn)溫度平衡3 min，測(cè)量模式選擇蠕變，測(cè)定剪切應(yīng)力0.01～40Pa 時(shí)3min內(nèi)應(yīng)變，然后測(cè)定撤去應(yīng)力后3min 應(yīng)變的變化，取點(diǎn)間隔選擇30s，測(cè)定蠕變-回復(fù)曲線。結(jié)果表明，該曲線表現(xiàn)了芩榆燒傷凝膠的流變學(xué)性質(zhì)，應(yīng)力在0.79Pa 時(shí)反復(fù)測(cè)量的曲線可重合。0～180s 為蠕變，＞180～360s 為彈性回復(fù)，反映了芩榆燒傷凝膠具有固體的彈性和液體的黏性。芩榆燒傷凝膠蠕變-回復(fù)曲線見圖4。

圖4 芩榆燒傷凝膠蠕變-回復(fù)曲線Fig 4 Creep-response curves of Qinyu burns gel

2.3 貯存、運(yùn)輸和使用狀態(tài)下的黏度評(píng)價(jià)

試驗(yàn)在黏度測(cè)定法模式下測(cè)試，在單一不同的剪切速率和不同溫度控制下，連續(xù)剪切20次，以此模擬貯存、運(yùn)輸、使用時(shí)的3種狀態(tài)下的黏度變化。其中，溫度為25℃，以剪切速率為0.01/s，模擬常溫下貯存狀態(tài)；溫度為25℃，剪切速率為10/s，模擬常溫下運(yùn)輸狀態(tài)；溫度為37℃，剪切速率為100/s，模擬體溫下使用時(shí)的狀態(tài)。結(jié)果表明，貯存狀態(tài)下，芩榆燒傷凝膠的黏度平均值為0.0001Pa·s；運(yùn)輸狀態(tài)下，芩榆燒傷凝膠的黏度平均值為0.0159Pa·s；使用狀態(tài)下，芩榆燒傷凝膠的黏度平均值為0.5741Pa·s。3種狀態(tài)下，芩榆燒傷凝膠的黏度均無明顯變化，表明該凝膠穩(wěn)定性好。芩榆燒傷凝膠貯存、運(yùn)輸和使用狀態(tài)見圖5。

圖5 芩榆燒傷凝膠貯存、運(yùn)輸和使用狀態(tài)A.貯存狀態(tài)；B.運(yùn)輸狀態(tài)；C.使用狀態(tài)Fig 5 Storage condition，transportation condition and application condition of Qinyu burns gelA.storage condition；B.transportation condition；C.application condition

3 討論

高分子的流動(dòng)不是簡(jiǎn)單的整個(gè)分子的遷移，而是通過鏈段的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，單純用牛頓流動(dòng)定律難以描述它們的流動(dòng)行為。在溫度不變時(shí)，可根據(jù)其剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化而改變的規(guī)律，可將流體分為非牛頓流體、賓厄姆流體、假塑性流體和膨脹性流體[9]。各種流體的流動(dòng)曲線見圖6。

圖6 各種流體的流動(dòng)曲線Fig 6 Flow curve of fluid

芩榆燒傷凝膠剪切變稀的原因可能在于聚合物大分子彼此之間的纏結(jié)。流動(dòng)場(chǎng)中，當(dāng)聚合物分子量超過某一臨界分子量時(shí)，鏈與鏈之間便會(huì)發(fā)生纏繞而形成范德華交聯(lián)點(diǎn)。分子鏈的纏結(jié)會(huì)使由于分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的流動(dòng)變得更為困難，從而使表觀黏度較大。但是，纏結(jié)點(diǎn)并不是固定的，而是在分子熱運(yùn)動(dòng)以及外界壓力的作用下，處在不斷解體與重建的動(dòng)態(tài)平衡中，從而使整個(gè)熔體具有瞬變的交聯(lián)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)稱為擬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在切變速率很低時(shí)，大分子處于高度纏結(jié)的擬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，流動(dòng)阻力很大，纏結(jié)結(jié)構(gòu)的破壞速率等于生成速率，即纏結(jié)點(diǎn)有足夠時(shí)間滑脫，故黏度保持恒定最高值；但當(dāng)切變速率很高時(shí)，剪切應(yīng)力也進(jìn)一步增大，此時(shí)纏結(jié)結(jié)構(gòu)的破壞速率大于生成速率，導(dǎo)致纏結(jié)點(diǎn)數(shù)量減少，流動(dòng)阻力減小，宏觀上表現(xiàn)為體系黏度的下降。且體系黏度隨溫度的上升而下降，因?yàn)闇囟仁欠肿訜o規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)激烈程度的反映，溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間距增大，離子液體內(nèi)“空穴"增多，從而導(dǎo)致黏度下降[10-11]。

凝膠物理穩(wěn)定性是描述其在運(yùn)輸、貯存和使用過程中保持不沉降的能力。本研究采用不同溫度和不同剪切速率對(duì)芩榆燒傷凝膠運(yùn)輸、貯存和使用的狀態(tài)進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)在不同模擬模式下，芩榆燒傷凝膠的黏度均不隨著時(shí)間的變化而改變，說明該凝膠的物理穩(wěn)定好，在運(yùn)輸、貯存和使用過程中均不會(huì)發(fā)生沉降。

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