星點(diǎn)設(shè)計(jì)效應(yīng)面法優(yōu)化鹽酸文拉法辛油包水乳劑處方

王可可，易麗昕，姜明燕

(1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院藥學(xué)部，沈陽(yáng) 110001；2.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，沈陽(yáng) 110001；3.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院藥學(xué)部，沈陽(yáng) 110032)

星點(diǎn)設(shè)計(jì)效應(yīng)面法優(yōu)化鹽酸文拉法辛油包水乳劑處方

王可可1，2，易麗昕3，姜明燕1，2

(1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院藥學(xué)部，沈陽(yáng) 110001；2.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，沈陽(yáng) 110001；3.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院藥學(xué)部，沈陽(yáng) 110032)

目的 采用星點(diǎn)設(shè)計(jì)效應(yīng)面法優(yōu)化鹽酸文拉法辛油包水乳劑處方，以獲得穩(wěn)定的乳狀液。方法 分別考察了乳化劑、鹽酸文拉法辛、聚乙二醇和氯化鈉用量對(duì)乳劑黏度、離心破壞率和平均粒徑等指標(biāo)的影響。用線性方程和二次多項(xiàng)式描述各指標(biāo)及總評(píng)“歸一值”與4個(gè)因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，根據(jù)總評(píng)“歸一值”的最佳數(shù)學(xué)模型描繪效應(yīng)面，選擇最佳處方，并進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。結(jié)果 4個(gè)因素和3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)及總評(píng)“歸一值”之間存在定量關(guān)系。優(yōu)選的最佳處方：乳化劑P135為0.48 g，鹽酸文拉法辛0.40 g，聚乙二醇0.26 g及氯化鈉0.025 g。優(yōu)化處方各指標(biāo)的預(yù)測(cè)值和目標(biāo)值接近。結(jié)論 所建立的模型預(yù)測(cè)性良好，可用于優(yōu)化鹽酸文拉法辛油包水乳劑處方，并獲得性質(zhì)穩(wěn)定的乳狀液。

文拉法辛，鹽酸；星點(diǎn)設(shè)計(jì)；效應(yīng)面；油包水乳液；乳化-超聲分散法

水溶性藥物具有水相中溶解度高、口服給藥吸收迅速等優(yōu)點(diǎn)，但由于其生物膜透過(guò)率低，造成生物利用度降低，使藥物緩控釋、靶向給藥難度加大。為解決以上問(wèn)題，嘗試將水溶性藥物制成油包水型乳劑，增加藥物穩(wěn)定性的同時(shí)，提高生物膜的透過(guò)率，同時(shí)具有一定的緩釋作用[1]，可用作口服、透皮及注射給藥系統(tǒng)；另一方面也可通過(guò)油包水乳劑實(shí)現(xiàn)水溶性藥物在油性基質(zhì)中的載藥，當(dāng)其作為藥物載體分散在有機(jī)凝膠中時(shí)可使水溶性藥物長(zhǎng)效釋藥成為可能[2]。鹽酸文拉法辛是常見(jiàn)抗抑郁藥，水溶性好，目前市售多為緩釋膠囊及緩釋片。筆者嘗試將其載入油包水型乳劑中，以增加生物利用度，并以注射用大豆油作為油相，制備文拉法辛乳劑。由于注射用大豆油成乳較困難，因此采用高分子乳化劑聚氧乙烯(30)二聚羥基硬脂酸酯(Arlacel P135)作為乳化劑；選用成乳效果好、粒子分布集中、操作簡(jiǎn)便、利于小劑量實(shí)驗(yàn)研究的方法—乳化-超聲分散法制備文拉法辛乳劑。星點(diǎn)設(shè)計(jì)(central composite design，CCD)是新型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法之一[3]，它具有實(shí)驗(yàn)次數(shù)少、精度高，模型預(yù)測(cè)性好等特點(diǎn)，在藥學(xué)上應(yīng)用廣泛[4]?，F(xiàn)常采用集數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法于一體的效應(yīng)面優(yōu)化法(response surface methodology，RSM)[5-6]進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和擬和，二者結(jié)合，可直觀的分析因素的最佳范圍，從而找到適宜處方。筆者采用CCD-RSM法優(yōu)化鹽酸文拉法辛W/O乳劑處方。

1 儀器與試藥

1.1 儀器 萬(wàn)分之一電子天平(沈陽(yáng)龍騰電子稱量?jī)x器有限公司)，DF101S集熱式恒溫磁力攪拌器(浙江鞏義英峪予華儀器廠)，JY92-II型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)(寧波新藝科器研究所)，DELSA 440 SX電位-粒徑分析儀(Bekman Coulter Co.Ltd.)，NDJ-8S型數(shù)顯旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，離心沉淀機(jī)(江蘇姜堰新康醫(yī)療器械有限公司)，DELSA 440 SX電位-粒徑分析儀(Bekman Coulter Co.Ltd.)。

1.2 試藥 鹽酸文拉法辛(江西同和藥業(yè)有限公司，批號(hào)：20091104)，Arlacel P135(Uniqema，USA，批號(hào)：0000383005)，注射用大豆油[中航(鐵嶺)藥業(yè)有限公司，批號(hào)：Y12110102-3-01]，聚乙二醇400(PEG-400，批號(hào)：20110317)、明膠(批號(hào)：20101028)、司盤(pán)80(批號(hào)：20111217)、司盤(pán)85(批號(hào)：20120121)、聚山梨酯80(批號(hào)：20101023)(北京鳳禮精求商貿(mào)有限責(zé)任公司)，氯化鈉(sodium chloride，NaCl，天津博迪化工有限公司，批號(hào)：20111029)。

2 方法與結(jié)果

2.1 文拉法辛油包水乳劑的制備 稱取處方量的 P135，加入注射用大豆油，30 ℃水浴攪拌使溶解作為外油相；稱取處方量的文拉法辛、氯化鈉、明膠和PEG-400，溶于處方量純化水中，攪拌使其完全溶解作為水相。將水相注入油相中，40 ℃攪拌10 min，制得初乳。將初乳在同溫度水浴下進(jìn)行250 W超聲處理6 min，得文拉法辛乳劑。

2.2 乳劑黏度的測(cè)定 取文拉法辛乳劑10 mL于U形管(內(nèi)徑2 cm，高8 cm)中，于室溫下用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(2號(hào)轉(zhuǎn)子，3 r·min-1)測(cè)定乳劑黏度(Pa·s)。

2.3 離心分離率的測(cè)定 量取文拉法辛乳劑5 mL置于離心刻度試管中，4 000 r·min-1(r=8 cm)離心30 min，取出后靜置5 min，讀取上層透明油相體積(V，mL)，按公式：離心分離率(%)=V/5×100%，計(jì)算文拉法辛乳劑的離心分離率。

2.4 平均粒徑的測(cè)定 吸取文拉法辛乳劑0.3 mL，用注射用大豆油稀釋至5 mL，攪拌均勻，將其倒入比色杯中置于DELSA 440 SX電位-粒徑分析儀的待測(cè)槽中，稱取等量注射用大豆油作為空白對(duì)照，測(cè)定乳劑的粒徑(μm)。

2.5 乳化劑的選擇 選擇常用非離子乳化劑：司盤(pán)80、司盤(pán)85作為乳化劑，分別與聚山梨酯80以不同比例配伍混合使用，制備文拉法辛乳劑，比較乳劑外觀及離心分離率，結(jié)果見(jiàn)表1。

司盤(pán)80及司盤(pán)85作為乳化劑時(shí)，體系呈現(xiàn)黃色乳狀液，無(wú)藍(lán)色乳光，且離心破壞率很高，均不能形成穩(wěn)定乳液，配伍聚山梨酯80可適當(dāng)降低其離心破壞率，但幅度很小，對(duì)穩(wěn)定性的改善相當(dāng)有限，不能獲得穩(wěn)定的載藥乳劑。因此選用乳化能力更強(qiáng)的高分子乳化劑聚氧乙烯(30)二聚羥基硬脂酸酯(Arlacel P135)制備文拉法辛乳劑，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 不同組成文拉法辛乳劑的外觀與離心分離率

Tab.1 Appearance and centrifugation breakage rate of venlafaxine emulsions with different constituents

司盤(pán)80司盤(pán)85聚山梨酯80%乳劑外觀離心分離率/%5.00--黃色乳狀液83.1±4.43.75-1.25黃色乳狀液76.9±4.72.50-2.50黃色乳狀液78.3±3.9-5.00-黃色乳狀液90.8±6.5-3.751.25黃色乳狀液86.3±7.2-2.502.50黃色乳狀液85.6±6.9

“-”表示無(wú)

“-” means no

表2 P135對(duì)乳劑性質(zhì)的影響

Tab.2 Effect of P135 on emulsion character

±s

P135作為乳化劑時(shí)，均獲得了外觀均一具有藍(lán)色乳光的半透明乳狀液，同時(shí)明顯改善乳劑的穩(wěn)定性。隨用量的減少，破壞率雖有所增加，但均控制在15%以內(nèi)，獲得了高穩(wěn)定性的文拉法辛乳劑。因此選用高分子乳化劑P135制備穩(wěn)定的文拉法辛乳劑。

2.6 星點(diǎn)設(shè)計(jì)效應(yīng)面法優(yōu)化處方

2.6.1 因素和水平 考察對(duì)乳劑性質(zhì)影響顯著的P135用量(x1)、文拉法辛加入量(x2)、PEG-400用量(x3)以及氯化鈉用量(x4)等4個(gè)因素對(duì)乳劑黏度(y1)、離心分離率(y2)、平均粒徑(y3)等3個(gè)性質(zhì)的影響。根據(jù)CCD原理，每個(gè)因素設(shè)5個(gè)水平按照CCD實(shí)驗(yàn)安排表格安排實(shí)驗(yàn)[4]，因素及水平見(jiàn)表3。

表3 4個(gè)自變量的取值范圍及五水平

Tab.3 Range of four independent variables and five levels

g

2.6.2 實(shí)驗(yàn)與擬合 在多指標(biāo)的優(yōu)化過(guò)程中，由于每個(gè)指標(biāo)受自變量影響不同，很難得到統(tǒng)一的優(yōu)化條件。因此，根據(jù)各指標(biāo)的實(shí)際意義和作用，選擇一個(gè)綜合指標(biāo)合理地反映各因素對(duì)指標(biāo)的綜合影響，即總評(píng)優(yōu)化值(overall desirability，OD)?？刹捎?“歸一化”法對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行擬合，根據(jù)每個(gè)指標(biāo)優(yōu)選的條件將每個(gè)因變量均標(biāo)準(zhǔn)化為0.0～1.0之間的歸一值(desirability)，各指標(biāo)歸一值求算幾何平均數(shù)，即得總評(píng)優(yōu)化值[7]。

對(duì)于欲達(dá)到最大化的指標(biāo)：乳劑黏度，“歸一值”計(jì)算公式如下：

(1)式中，Yi為實(shí)測(cè)值，Ymax和Ymin分別為各指標(biāo)可以接受的最大值和最小值。當(dāng)某個(gè)實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)≥Ymax時(shí)，將di設(shè)為1；

對(duì)于要進(jìn)行最小化的指標(biāo)，如離心分離率、粒徑，“歸一值”計(jì)算公式如下：

當(dāng)實(shí)測(cè)指標(biāo)值≥Ymax時(shí)，di=0；反之，當(dāng)實(shí)測(cè)指標(biāo)值≤Ymin時(shí)，di=1。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和結(jié)果，設(shè)定可接受指標(biāo)的最大值和最小值(0.30 Pa·s≥黏度≥0.22 Pa·s，14.0%≥離心分離率≥9.0%，7.0 μm≥平均粒徑≥4.9 μm)，再根據(jù)公式(1)、(2)計(jì)算出各指標(biāo)的di，采用Hassan方法分別進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換[8]，按公式(3)計(jì)算OD值。能使OD值最大化的因素水平設(shè)置即為最優(yōu)化條件。

按照設(shè)計(jì)安排進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別制備不同處方的文拉法辛乳劑，測(cè)定各個(gè)樣品的黏度、分離率和粒徑，并計(jì)算OD值，所有因素及指標(biāo)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 樣品各指標(biāo)的實(shí)測(cè)值及OD值

比較上述數(shù)學(xué)模型的相關(guān)系數(shù)可以看出，各因素均對(duì)考察指標(biāo)乳劑黏度、分離率、粒徑及OD值有顯著影響。因此根據(jù)上述擬合方程，進(jìn)行三維效應(yīng)面分析。

2.6.3 效應(yīng)面優(yōu)化與預(yù)測(cè) 根據(jù)二項(xiàng)式方程，應(yīng)用Origin8.0版軟件分別繪制各OD與4個(gè)自變量的三維效應(yīng)面，從中篩選出最佳的工藝水平，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從各指標(biāo)的三維效應(yīng)面中選取黏度較大、分離率較小、粒徑較小，即綜合指標(biāo)較高的區(qū)域，找出其對(duì)應(yīng)的自變量范圍，結(jié)果見(jiàn)表5。

根據(jù)表5確定最佳處方為：x1=0.480 g，x2=0.400 g，x3=0.260 g，x4=0.025 g。將此最佳處方中各組分用量代入二項(xiàng)式方程獲得各指標(biāo)的最佳預(yù)測(cè)值，并根據(jù)此處方制備文拉法辛乳劑，實(shí)測(cè)各指標(biāo)性質(zhì)，并由公式(4)計(jì)算預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的偏差RE。

式中Va為實(shí)測(cè)值，Vp為預(yù)測(cè)值。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。結(jié)果表明，理論值與測(cè)得值偏差較小，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)得到的擬合方程可以較好的描述因素與指標(biāo)的關(guān)系。因此，可用于預(yù)測(cè)和優(yōu)化文拉法辛乳劑處方。從而獲得黏度較大、離心分離率及乳滴粒徑較小的文拉法辛乳劑。

3 討論

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用小分子乳化劑不能形成穩(wěn)定乳劑，這是由于脂肪酸山梨坦雖可降低油水兩相界面張力，定向排列在液滴周圍形成單分子膜，但穩(wěn)定性相對(duì)較弱，同時(shí)加入的聚山梨酯雖然可在油水界面形成復(fù)合凝聚膜，適當(dāng)增加體系穩(wěn)定性，但遠(yuǎn)未達(dá)到所需的穩(wěn)定性。而P135為聚氧乙烯(polyethyleneglycol，PEO)及12-羥基硬脂酸酯(polyhydroxystearate，PHS)通過(guò)PHS-PEO-PHS形式相互連接組成的高分子聚合物W/O乳化劑[9]，相對(duì)分子質(zhì)量約5 000。當(dāng)P135分散在油水界面時(shí)，其分子中的中間部分PEO鏈溶于水相中，形成內(nèi)核，構(gòu)成錨體鏈，同時(shí)其分子兩端的PHS鏈伸展于油相中，形成穩(wěn)定鏈，無(wú)數(shù)個(gè)P135分子以這種鍥形結(jié)構(gòu)分布于油水界面，降低界面張力，形成穩(wěn)定的聚合物膜[10-11]，從而獲得穩(wěn)定的W/O型乳劑。

圖1 4個(gè)自變量及OD值的三維效應(yīng)面及等高線圖

Tab.5 Optimized ranges of the independent variables by index prediction g

表6 最優(yōu)處方各指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值

Tab.6 Observed and predicted values of each index of the optimized formula

指標(biāo)VpVaRE/%黏度/(Pa·s)0.2970.290-2.6離心分離率/%9.91510.0101.0平均粒徑/μm4.7184.9134.2OD0.9710.884-9.0

為獲得具有黏度較大、破壞率較低、粒徑較小，即穩(wěn)定性較高的文拉法辛乳劑，需通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得綜合指標(biāo)較高的處方。在實(shí)驗(yàn)研究的用量范圍內(nèi)乳化劑P135用量增加時(shí)，OD值隨之增大，可見(jiàn)乳化劑的用量直接影響了乳劑的穩(wěn)定性、黏度及粒徑等性質(zhì)，在一定范圍內(nèi)用量越多，獲得的乳劑性質(zhì)越穩(wěn)定。P135為高分子乳化劑，具有很強(qiáng)的乳化能力，但用量過(guò)低仍會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，隨著用量的增加，體系中表面活性劑分子增多，使其可形成具有更大比表面積的聚合物界面膜，在超聲分散的作用下，形成具有更小粒徑，均勻分散的乳劑液滴。

在實(shí)驗(yàn)研究的用量范圍內(nèi)，隨著藥物量的增加，OD值呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，由于文拉法辛是可電離的水溶性藥物，使得水相中離子強(qiáng)度增強(qiáng)，起到了穩(wěn)定界面膜，增強(qiáng)相互排斥力的作用，因此在加入初期使乳劑具有更高的穩(wěn)定性，同時(shí)載藥量的增加使體系黏度增加。隨著藥物的持續(xù)加入，水相中藥物濃度逐漸接近其溶解度，導(dǎo)致在形成乳劑液滴時(shí)，過(guò)多的藥物不能全部被表面活性劑分子包容在液膜內(nèi)，造成體系穩(wěn)定性的下降及乳劑粒徑的增大，因此藥物用量應(yīng)被控制在合理范圍內(nèi)。

助乳化劑PEG-400可增加水相黏度，防止乳滴合并，將其用于制備文拉法辛乳劑時(shí)，隨其用量的增大，乳劑黏度降低、粒徑增大，不利于獲得穩(wěn)定的文拉法辛乳劑。通常P135乳化劑經(jīng)常在水相中加入無(wú)機(jī)鹽配合使用，氯化鈉作為常用電解質(zhì)其用量的增加使體系OD值增加，乳劑外觀細(xì)膩，黏度大，穩(wěn)定性好，粒徑小，可獲得性質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)異的乳劑。

在使用星點(diǎn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化處方時(shí)，通常需考察多個(gè)指標(biāo)。當(dāng)這些因素對(duì)處方的影響不一致時(shí)，需選擇一個(gè)綜合評(píng)定指標(biāo)來(lái)獲得最佳的實(shí)驗(yàn)條件，這可以通過(guò)總評(píng)“歸一值”來(lái)實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化OD值，以獲得實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值吻合較好的處方。

[1] 向東，張麗，葉利民，等.去甲斑蟊素微乳的制備和質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].華西藥學(xué)雜志，2004，19(2)：89-92.

[2] PLOURDE F，MOTULSKY A，COUFFIN-HOARAU A C.First report on the efficacy of L-alanine-based in situ-forming implants for the long-term parenteral delivery of drugs[J].J Control Release，2005，108(2)：433-441.

[3] 吳偉，崔光華.星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面優(yōu)化法及其在藥學(xué)中的應(yīng)用[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)(藥學(xué)分冊(cè))，2000，27(5)：292-298.

[4] 劉艷杰，項(xiàng)榮武.星點(diǎn)設(shè)計(jì)效應(yīng)面法在藥學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代應(yīng)用藥學(xué)，2007，24(6)：455-457.

[5] ABU-IZZA K A，GARCIA-COUNTERAS L，LU D R.Prepa-ration and evaluation of sustained release A ZT-loaded microspheres：optimization of the release characteristics using response surface methodology[J].J Pharm Sci，1996，85(2)：144-149.

[6] ABU-IZZA K A，GARCIA-COUNTERAS L，LU D R.Prepa-ration and evaluation of zidovudine-loaded sustained-release microspheres ：optimization of multiple response variable[J].J Pharm Sci，1996，85(6)：572-576.

[7] 吳偉，陸彬.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中多指標(biāo)的優(yōu)化：星點(diǎn)設(shè)計(jì)和總評(píng)“歸一值”的應(yīng)用[J].中國(guó)藥學(xué)雜志，2000，35(8)：530-533.

[8] HASSAN E E，PARISH R C，GALLO J M.Optimized formu-lation of magnetic chitosan microspheres containing the anticancer agent，oxantrazole[J].Pharm Res，1992，9(3)：390-397.

[9] KANOUNI M，ROSANO H L，NAOULI N.Preparation of a stable double emulsion(W1/O/W2)：role of the interfacial films on the stability of the system[J].Adv Colloid Interface Sci，2002，99(1)：229-254.

[10]THARWAT T.Polymeric surfactants in disperse systems[J].Adv Colloid Interface Sci，2009，148(1)：281-299.

[11] TADROSA T F，VANDAMMEB A，LEVECKEB B，et al.Stabilization of emulsions using polymeric surfactants based on inulin[J].Adv Colloid Interface Sci，2004，109(1)：207-226.

DOI 10.3870/yydb.2015.05.021

Optimization of Preparation for Venlafaxine Hydrochloride W/O Emulsion by Central Composite Design-Response Surface Methodology

WANG Keke1,2, YI Lixin3, JIANG Mingyan1,2

(1.DepartmentofPharmacy,theFirstHospitalofChinaMedicalUniversity,Shenyang110001，China; 2.SchoolofPharmacy,ChinaMedicalUniversity,Shenyang110001，China; 3.DepartmentofPharmacy,theFourthHospitalofChinaMedicalUniversity,Shenyang110032，China)

Objective To optimize the formulations of venlafaxine hydrochloride(VH) emulsions by using central composite design-response surface methodology. Methods The effect of amounts of Arlacel P135, VH, PEG-400, and NaCl on the emulsion viscosity, centrifugation breakage, and mean diameter was systemically investigated, respectively.The desirable formulation that combining these three response variables was constructed.Linear equations and a second-order polynomial equation were fitted to the data, and the outcome equation was used to predict the responses in the optimal region. Results There was a quantitative relationship between 4 factors and 3 evaluation indexes and evaluation the “desirability” .The optimal formulation of the VH emulsion were as follows： taking 0.48 g of Arlacel P135, 0.40 g of VH, 0.26 g of PEG-400, and 0.025 g of NaCl.The experimental values of the response variables were highly closed to the predict values. Conclusion The model presents good prediction and can be used to optimize the preparation of VH emulsion, which obtaining stable W/O emulsion.

Venlafaxine, hydrochloride; Central composite design; Response surface; W/O emulsion; Emulsification-ultrasound divergence method

2014-07-28

2014-09-06

王可可(1983-)，女，遼寧沈陽(yáng)人，主管藥師，博士，專業(yè)方向：藥物新劑型及臨床藥學(xué)。電話：024-83282662，E-mail：wkkcc@163.com。

R971.4；TQ460.6

B

1004-0781(2015)05-0644-05