丹參酮ⅡA/β—環(huán)糊精包合物制備工藝優(yōu)化及體外溶出性能研究

吳妮+于潔+張峽+曾敏+張亞軍+鄭曉暉

[摘要] 采用飽和水溶液法制備丹參酮ⅡA（Tan-ⅡA）與β-環(huán)糊精（β-CD）包合物，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以β-環(huán)糊精與丹參酮ⅡA的配比、包合溫度和包合時間為自變量，包合物的收率、包封率和總評“歸一值”為響應(yīng)值，使用Box-Benhnken設(shè)計(jì)效應(yīng)面法優(yōu)化丹參酮ⅡA的包合工藝；采用紅外光譜法（IR） 、核磁共振法（NMR）對包合物進(jìn)行鑒定。結(jié)果表明，丹參酮ⅡA與β-環(huán)糊精包合物的最優(yōu)制備工藝為：丹參酮ⅡA與β-環(huán)糊精的配比為1∶7， 包合溫度為48 ℃， 包合時間為3 h； 采用優(yōu)選的工藝條件制備丹參酮ⅡA與β-環(huán)糊精的包封率為 84.75%。丹參酮ⅡA與β-環(huán)糊精包合物可以明顯提高丹參酮ⅡA溶出度。

[關(guān)鍵詞] 丹參酮ⅡA； β-環(huán)糊精； 包合工藝； Box-Benhnken設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法； 體外溶出度

[Abstract] In this paper， tanshinone-ⅡA （Tan-IIA）/β-cyclodextrin （β-CD） inclusion complexes were prepared by saturated aqueous solution method. Based on the single factor experiment， Box-Benhnken design and response surface method were utilized to optimize the preparation procedures of tanshinone-ⅡA/β-cyclodextrin inclusion complexes. The ratio of β-CD to Tan-ⅡA， experimental temperature and time were defined as independent variables， while the yield of the inclusion complexes， encapsulation efficiency and the generalized "normalized value" were set as the response value. In addition， the inclusion complexes were characterized by infrared spectroscopy （IR） and nuclear magnetic resonance （NMR）. The results showed that optimum preparation conditions for Tan-ⅡA/β-CD inclusion complex were as follows： Tan-ⅡA/β-CD ratio of 1：7， the temperature of 48 ℃ and the time of 3 h. Under the optimized conditions， the encapsulation efficiency of Tan-ⅡA/β-CD inclusion complex was 84.75%. The Tan-IIA and β-CD inclusion complex can significantly improve the dissolution of Tan-ⅡA.

[Key words] Tan-ⅡA； β-CD； inclusion process； box-benhnkendesign and response surface method； dissolution in vitro

丹參酮ⅡA是中藥丹參的主要脂溶性成分，具有抗菌消炎、抗氧化、抗腫瘤、治療冠心病等方面的藥理作用[1]，但是，丹參酮ⅡA在水中的溶解性差，口服生物利用度低，其動物血漿濃度遠(yuǎn)低于10 mg·L-1，且易被還原氧化，因此限制了其在臨床上的應(yīng)用[2-3]。β-環(huán)糊精具有“內(nèi)親脂、外親水”的立體雙親性孔腔結(jié)構(gòu)，能包絡(luò)各種客體分子，作為藥物載體能夠增加藥物的溶解度，減少藥物的揮發(fā)和氧化[4-6]。郭睿[7]、樊麗[8]、Fan Yuexian[9]等對丹參酮ⅡA和β-環(huán)糊精包合物進(jìn)行了研究，但他們主要側(cè)重于研究其包合反應(yīng)的熱力學(xué)、包合常數(shù)及溶液的pH等對包合物的影響，并沒有對包合工藝過程進(jìn)行優(yōu)化。Box-Benhnken設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法具有試驗(yàn)次數(shù)少，實(shí)驗(yàn)精度高的優(yōu)點(diǎn)，適用于多指標(biāo)實(shí)驗(yàn)考察[10]，本研究對β-環(huán)糊精包合丹參酮ⅡA工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，并對包合物進(jìn)行了紅外、核磁表征，及體外釋藥性能。

1 材料

H01-1B數(shù)顯恒溫磁力攪拌器（上海美穎浦儀器儀表制造有限公司）；iChrom 5100系列高效液相色譜儀（大連依利特分析儀器有限公司）；H1650R臺式高速冷凍離心機(jī)（湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司）；KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗儀（昆山市超聲儀器有限公司）；XS105DU型電子分析天平（瑞士Mettler Toledo公司）；Gemini 2000 （VnmrS 600 MHz）核磁共振儀（美國Varian）；NICOLET 5700紅外光譜儀（美國Thermo）。

丹參酮ⅡA原料（西安華陽生物科技有限公司，純度>97%）；丹參酮ⅡA對照品（中國食品藥品檢定研究院，批號110766-200417）；β-環(huán)糊精（天津市福晨化學(xué)試劑廠，批號為20120912）；甲醇、乙醇為分析純，水為超純水。

2 方法與結(jié)果

2.1 丹參酮ⅡA-β-環(huán)糊精包合物的制備

取適量β-環(huán)糊精于水中，加熱攪拌使其溶解，制成飽和水溶液。將溶解在少量無水乙醇中的丹參酮ⅡA緩緩加入β-環(huán)糊精的飽和水溶液中，設(shè)定適宜的溫度，在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)連續(xù)在磁力攪拌器下攪拌（轉(zhuǎn)速1 000 r·min-1）。將上述所得溶液冷藏 24 h后減壓抽濾，分別用水和石油醚洗滌，真空干燥，得到橘紅色結(jié)晶狀固體包合物。endprint

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

精密稱定丹參酮ⅡA對照品3 mg，加3.0 mL甲醇，得到質(zhì)量濃度為1.0 g·L-1的母液備用。然后分別取母液用甲醇稀釋至質(zhì)量濃度為0.5，1，5，10，15，20 mg·L-1的丹參酮ⅡA對照品溶液。用高效液相分別測定峰面積（流動相甲醇-水8∶2；檢測波長268 nm），以丹參酮ⅡA質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（x），峰面積為縱坐標(biāo)（y），作圖并進(jìn)行線性回歸，得回歸方程y=58.566x-1.673 7，R2=0.999 7，結(jié)果表明丹參酮ⅡA在0.5～20 mg·L-1與峰面積線性關(guān)系良好。

2.3 方法學(xué)驗(yàn)證

2.3.1 精密度試驗(yàn)

分別選擇0.5，20 mg·L-1丹參酮ⅡA對照品溶液在1 d內(nèi)重復(fù)測定6次峰面積，得RSD 1.8%，結(jié)果表明儀器精密度良好。

2.3.2 穩(wěn)定性試驗(yàn)

選擇10 mg·L-1丹參酮ⅡA對照品溶液分別于2，4，6，8，10，12 h內(nèi)測定峰面積，得RSD 2.4%，表明丹參酮ⅡA溶液在12 h內(nèi)穩(wěn)定。

2.3.3 專屬性試驗(yàn)

分別制備丹參酮ⅡA對照品溶液、空白β-環(huán)糊精溶液、空白β-環(huán)糊精加丹參酮ⅡA對照品溶液。按照2.2項(xiàng)進(jìn)行高效液相色譜分析，得到HPLC圖見圖1，通過比較圖1中A，B，C圖可知，所制備的樣品中載體材料不會干擾丹參酮ⅡA的測定，表明建立的分析方法具有良好的專屬性。

2.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化

響應(yīng)面法（ response surface methodology，RSM） 是利用合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，采用多元二次回歸方程擬合各因素與響應(yīng)值之間函數(shù)關(guān)系，通過對回歸方程的分析優(yōu)化工藝參數(shù)，預(yù)測響應(yīng)值的一種統(tǒng)計(jì)方法[12-13]。

2.5.1 飽和水溶液法制備包合物的單因素試驗(yàn)

2.5.1.1 β-環(huán)糊精與丹參酮ⅡA的配比對包封率的影響 分別選取β-CD和丹參酮ⅡA的摩爾比例為4∶1，5∶1，6∶1，7∶1，8∶1，丹參酮ⅡA用適量無水乙醇溶解，將β-環(huán)糊精置于錐形瓶中，保持?jǐn)嚢铚囟葹?0 ℃，攪拌時間為3 h不變，按2.1項(xiàng)下的方法進(jìn)行制備包合物。按照2.4項(xiàng)下的方法，測定丹參酮ⅡA在β-環(huán)糊精包合物中的含量，按公式（2）計(jì)算包封率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2A。隨著β-環(huán)糊精與丹參酮ⅡA的配比的增大，包封率明顯上升，但上升到7∶1時，包封率達(dá)到最大值，隨后隨著β-環(huán)糊精與丹參酮ⅡA配比的增大，包封率開始下降。

2.5.1.2 攪拌溫度對環(huán)糊精包封率的影響 選取β-CD和丹參酮ⅡA的摩爾比例為7∶1，丹參酮ⅡA用適量無水乙醇溶解，將β-環(huán)糊精置于錐形瓶中，固定攪拌時間為3 h，分別設(shè)定包合溫度為30，40，50，60，70 ℃，按照2.1項(xiàng)下的方法進(jìn)行制備包合物。按照2.4項(xiàng)下的方法，測定丹參酮ⅡA在β-環(huán)糊精包合物中的含量，計(jì)算包封率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2B。隨著溫度的上升，β-環(huán)糊精與丹參酮ⅡA包合物的包封率也不斷上升，當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃時，包封率達(dá)到最大值；隨后隨著溫度的持續(xù)上升，環(huán)糊精與丹參酮ⅡA包合物的包封率開始下降。

2.5.1.3 攪拌時間對環(huán)糊精包封率的影響 選取β-CD和丹參酮ⅡA的摩爾例為7∶1，丹參酮ⅡA用適量無水乙醇溶解，將β-環(huán)糊精置于錐形瓶中，固定包合溫度為50 ℃，分別攪拌1，2，3，4，5 h，按2.1項(xiàng)下的方法進(jìn)行制備包合物。按2.4項(xiàng)下的方法，測定丹參酮ⅡA在β-環(huán)糊精包合物中的含量，計(jì)算包封率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2C。隨著攪拌時間的增加，β-環(huán)糊精與丹參酮ⅡA包合物的包封率也在不斷上升，當(dāng)攪拌時間達(dá)到3 h時，包封率達(dá)到最大值，而在3 h之后，包合物的包封率隨著攪拌時間的延長而有所下降。因?yàn)榘鲜堑⑼駻緩慢擴(kuò)散和借助分子間作用力進(jìn)入β-環(huán)糊精空穴形成疏水鍵結(jié)合的過程，隨著攪拌時間的增加，β-環(huán)糊精與丹參酮ⅡA包合物逐漸形成，并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，再增加攪拌時間，這種穩(wěn)定狀態(tài)已達(dá)到動態(tài)平衡，包封率不會增加，隨著分子有序狀態(tài)的形成，可能使已經(jīng)包合的部分包合物解離，所以包封率反而有所下降。

2.5.2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)[14-15]

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇對丹參酮ⅡA與β-環(huán)糊精包合物制備工藝影響最為顯著的3個因素，即β-環(huán)糊精與丹參酮ⅡA的摩爾配比（X1）、包合時間（X2）、包合溫度（X3）。每個因素分別設(shè)計(jì)低、中、高3個水平（以-1，0，1進(jìn)行編碼），以制備工藝的收率和包封率及其“歸一值”O(jiān)D為響應(yīng)值進(jìn)行Box-Behnken優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)編碼及因素水平表見表1，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。

包封率與收率“歸一值”O(jiān)D：由于交互因素影響，造成當(dāng)包封率較大時，而收率會降低，當(dāng)收率較小時，包合率反而較大。因此，實(shí)驗(yàn)中引入一個綜合指標(biāo)歸一值OD對工藝進(jìn)行綜合評價，即包封率與收率的綜合評價指標(biāo)，該值可反映總體效應(yīng)結(jié)果。數(shù)據(jù)處理方法為“歸一法”。在OD的計(jì)算過程中，每一個指標(biāo)都標(biāo)準(zhǔn)化為0～1的“歸一值”，各個指標(biāo)的“歸一值”，計(jì)算幾何平均數(shù)（d1d2d3…dn），繼而得OD，OD=（d1d2d3…dn）1/n，n為指標(biāo)數(shù)，對于取值越小越好的因素和取值越大越好的因素采用Hassan方法分別進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，計(jì)算出“歸一值” dmin以及dmax，dmin=（ymax-yi ）/（ymax-ymin），dmax=（yi-ymin）/（ymax-ymin）[16]。

2.5.3 丹參酮ⅡA/β-環(huán)糊精包合物制備工藝的效應(yīng)面優(yōu)化

用design expert8.0軟件分析處理表2中的數(shù)據(jù)，擬合方差分析結(jié)果見表3。擬合回歸方程按下式計(jì)算。

經(jīng)F檢驗(yàn)顯示總模型方程達(dá)到顯著水平（P<0.05），表明該試驗(yàn)方法可靠?；貧w方程失擬項(xiàng)不顯著，說明未知因素對試驗(yàn)結(jié)果干擾比較小。復(fù)相關(guān)系數(shù)R2= 0.882 9說明該模型的擬合情況良好，能準(zhǔn)確的預(yù)測實(shí)際情況。校正決定系數(shù)R2Adj=0.732 3，說明該模型能解釋73.23%響應(yīng)值的變化。二次項(xiàng)A2，C2的影響顯著，說明二次項(xiàng)比一次項(xiàng)對響應(yīng)值的影響大。故擬合的回歸方程確定的最佳工藝是可用的，響應(yīng)面分析立體圖見圖3。endprint

在試驗(yàn)水平范圍內(nèi)，隨著時間的增加OD呈現(xiàn) 增加的趨勢，表現(xiàn)為曲面較陡；而隨著配比的增加和溫度的增加OD呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，表現(xiàn)為曲面較平緩。綜合上述方差分析可知，影響大小次序?yàn)闀r間>配比>溫度。

通過模型優(yōu)化得到的最優(yōu)條件為β-環(huán)糊精-丹參酮 ⅡA 7.125∶1，包合時間3.08 h，包合溫度為48.8 ℃。考慮實(shí)際可操作性，最優(yōu)條件可調(diào)整為β-環(huán)糊精-丹參酮 ⅡA 7∶1，時間3 h，溫度48 ℃。在此條件下重復(fù)3次進(jìn)行工藝驗(yàn)證。實(shí)際測得的包封率與預(yù)測值相差不大，說明此模型能較好的預(yù)測實(shí)際包封率。

2.5.4 工藝驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所建立的模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否相符，需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)對模型的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。按照以上優(yōu)化工藝平行制備3批樣品，收率與包封率的測定結(jié)果見表4。實(shí)際所得包合物收率與預(yù)測值相差0.4%（3批樣品測定的平均值與預(yù)測值之差除以預(yù)測值），包封率與預(yù)測值相差1.1%。結(jié)果表明，該模型穩(wěn)定可靠，可以較準(zhǔn)確的預(yù)測實(shí)際值。

2.6 包合物表征分析

2.6.1 傅立葉變換紅外光譜

用KBr將丹參酮ⅡA、β-環(huán)糊精、丹參酮ⅡA /β-環(huán)糊精物理混合物及包合物分別壓片，在4 000～400 cm-1測試紅外光譜，結(jié)果見圖4。在物理混合物的圖譜中，見圖4C，吸收峰3 422.89 cm-1處明顯為丹參酮ⅡA和β-環(huán)糊精的-OH吸收峰的疊加，而包合物D中的-OH吸收峰比較寬、強(qiáng)度明顯降低，見圖4D；相比于圖4C，圖4D丹參酮ⅡA1 650 cm-1處吸收峰明顯降低。物質(zhì)特征峰的變化證明了包合物的形成。

2.6.2 核磁共振波譜法

丹參酮ⅡA、β-環(huán)糊精、丹參酮ⅡA /β-環(huán)糊精物理混合物及包合物的核磁共振譜圖見圖5。核磁共振法是研究包合物形成、包合物空間構(gòu)象強(qiáng)有力的方法，通過對比核磁共振圖，能夠獲得主客體分子中一些原子化學(xué)位移的變化，1H-NMR是研究包合物形成最簡單有效的方法[17]。H-3和H-5原子位于環(huán)糊精空腔內(nèi)壁，當(dāng)客體分子進(jìn)入環(huán)糊精的空腔時，由于屏蔽作用，環(huán)糊精空腔內(nèi)壁的H-3和H-5發(fā)生明顯的化學(xué)位移，而環(huán)糊精外層的H-2，H-4，H-6原子則不受其影響，化學(xué)位移并不明顯，由此可推斷形成了包合物。

2.7 包合物的溶出度測定

ⅡA/β-環(huán)糊精包合物，運(yùn)用響應(yīng)面Box-Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對其包合工藝進(jìn)行優(yōu)化，利用紅外、核磁表征手段對所得包合物進(jìn)行相關(guān)表征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明包合物形成良好、包封率較高。最后體外溶出實(shí)驗(yàn)表明難溶性藥物丹參酮ⅡA的溶出度增加1倍多，用β-環(huán)糊精包合丹參酮ⅡA可以明顯提高丹參酮ⅡA的溶解度，從而提高丹參酮ⅡA的生物利用度。

國內(nèi)外文獻(xiàn)報道中，環(huán)糊精包合工藝常用正交或均勻設(shè)計(jì)的方法選擇較佳工藝，由于試驗(yàn)次數(shù)少，數(shù)據(jù)處理和操作均比較簡便，故其應(yīng)用比較普遍，然而這2種方法的應(yīng)用過程存在誤區(qū)，他們是基于線性模型設(shè)計(jì)的方法，但實(shí)際上影響因素與效應(yīng)值之間有時可能不是線性關(guān)系，若忽略這種情況進(jìn)行簡單的線性模擬，則會造成在很大程度上與真實(shí)值偏離。而Box-Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一效應(yīng)面法 （central composite design-response surface method，CCD-RSM ）作為一種新型的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，具有試驗(yàn)次數(shù)少、精度高、預(yù)測值接近真實(shí)值等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用愈加廣泛。本研究以飽和水溶液法制備的丹參酮ⅡA/β-環(huán)糊精包合物，其制備工藝簡單，收率和包封率較高，有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。另外體外溶出實(shí)驗(yàn)表明，環(huán)糊精包合物增加了難溶性藥物丹參酮ⅡA的溶出度，較好的解決了丹參酮ⅡA的難溶性問題。

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[責(zé)任編輯 孔晶晶]endprint