差示掃描量熱法研究無(wú)定形硝苯地平的穩(wěn)定性

呂鑫科

(武漢大學(xué)中南醫(yī)院藥學(xué)部,武漢 430071)

無(wú)定形也稱為非晶型，是與晶體對(duì)立的一種特殊形態(tài)，其理化性質(zhì)與晶體差異較大。與晶體藥物相比，無(wú)定形藥物分子排列處于無(wú)序狀態(tài)，在此狀態(tài)下藥物的理化性質(zhì)和藥效有顯著變化[1-2]。無(wú)定形藥物單位表面自由能較高，溶解度顯著增加，溶出速率提高。溶解度是阻礙難溶性藥物應(yīng)用研究的關(guān)鍵因素，限制了藥物的體外溶出和體內(nèi)吸收，將藥物從晶體制備為無(wú)定形，能顯著提高藥物的生物利用度和藥效[3-5]。因此，對(duì)于難溶性藥物的無(wú)定形研究有著重要的實(shí)際意義，愈來(lái)愈受到藥學(xué)工作者的關(guān)注，也成為新藥研發(fā)中的重要研究?jī)?nèi)容之一[6-7]。但無(wú)定形藥物在應(yīng)用中也遇到極大的阻礙[8-9]。無(wú)定形屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，其固有的亞穩(wěn)態(tài)導(dǎo)致物質(zhì)易釋放能量，在貯存和溶出等過(guò)程中易轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的晶體[10-11]。

本文采用偏振光顯微鏡和差示掃描量熱法觀察無(wú)定形藥物的相變過(guò)程，并依據(jù)無(wú)定形藥物在相變過(guò)程中釋放熱量的原理，建立差示掃描量熱法測(cè)定無(wú)定形硝苯地平，考察濕度和溫度對(duì)無(wú)定形硝苯地平相轉(zhuǎn)變的影響，從而探討無(wú)定形硝苯地平的穩(wěn)定性。

1 儀器與試藥

1.1儀器 AY 120型電子天平(日本島津公司)；TJ 2011高通量球磨機(jī)(天津市東方天凈科技發(fā)展有限公司)；DSC 822e差示掃描量熱儀(瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司)；UB 200i型熱臺(tái)偏振光顯微鏡(重慶澳浦光電技術(shù)有限公司)；電熱板(天津市泰斯特儀器有限公司)。

1.2試藥 硝苯地平(質(zhì)量分?jǐn)?shù)>99.0%，浙江化工科技集團(tuán)有限公司)；氯化鈉、碳酸鈉(武漢德利來(lái)化工有限公司)；氯化鋇(天津金匯太亞化學(xué)試劑有限公司)。

2 方法

2.1無(wú)定形硝苯地平的制備 取硝苯地平晶體適量，置于錫紙上，放置在電熱板上，在高于其熔點(diǎn)10 ℃(即185 ℃)下加熱，熔融2 min，移出，冷卻至室溫，冷凍研磨，過(guò)80目篩，置于干燥器中備用。

2.2熱臺(tái)偏振光顯微鏡 取無(wú)定形硝苯地平粉末適量，置于載玻片上，以10 ℃·min-1從25 ℃加熱至190 ℃。

2.3差示掃描量熱儀 精密稱取20 mg樣品，置于坩鍋中，蓋上坩鍋蓋，置于DSC分析儀的S位置；將1個(gè)空坩鍋蓋上坩鍋蓋，作為空白對(duì)照，置于DSC分析儀的R位置；打開(kāi)STARe DSC應(yīng)用軟件，設(shè)置參數(shù)：起始溫度為25 ℃，結(jié)束溫度為200 ℃，升溫速率為10 ℃·min-1。

3 結(jié)果

3.1無(wú)定形硝苯地平的相變 熱臺(tái)偏振光顯微鏡：無(wú)定形硝苯地平加熱過(guò)程中的偏振光顯微圖見(jiàn)圖1。由圖1可知，無(wú)定形硝苯地平從25 ℃加熱至190 ℃的過(guò)程中，在100 ℃轉(zhuǎn)變?yōu)榇貭罱Y(jié)晶(晶型B，圖1B和1C)；繼續(xù)升溫，在150 ℃又轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則片狀結(jié)晶(晶型A，圖1D)。

圖1無(wú)定形硝苯地平熱臺(tái)偏振光顯微鏡圖

A.無(wú)定形；B.晶型B；C.晶型B；D.晶型A。

Fig.1 The hot stage polarized micrograph of amorphous nifedipine

A.amorphous；B.crystal B；C.crystal B；D.crystal A.

無(wú)定形硝苯地平差示掃描量熱曲線見(jiàn)圖2。由圖2可知，無(wú)定形硝苯地平從25 ℃加熱到190 ℃的差示掃描量熱曲線中，向上的峰為放熱峰，向下的峰為吸熱峰。無(wú)定形硝苯地平在48 ℃有1個(gè)向下的吸熱峰，為無(wú)定形硝苯地平的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；在90～117 ℃和117～155 ℃分別有2個(gè)放熱峰，分別為硝苯地平晶型A和晶型B的結(jié)晶峰；175 ℃的吸熱峰為硝苯地平的熔融峰。

熱臺(tái)偏振光顯微鏡和差示掃描量熱分析結(jié)果表明，無(wú)定形硝苯地平對(duì)熱不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)變?yōu)榫w；無(wú)定形硝苯地平在加熱過(guò)程中釋放熱量，首先轉(zhuǎn)變?yōu)榫wB，晶體B為亞穩(wěn)態(tài)，也不穩(wěn)定，繼續(xù)加熱后轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定型的晶體A。

3.2方法學(xué)考察

3.2.1專屬性 精密稱取無(wú)定形硝苯地平和硝苯地平晶體各20 mg，按照2.3項(xiàng)下方法進(jìn)行差示掃描量熱分析，見(jiàn)圖2和圖3。由圖2和圖3可知，無(wú)定形硝苯地平在100～120 ℃之間會(huì)產(chǎn)生1個(gè)明顯的放熱峰，而硝苯地平晶體在相同的位置無(wú)放熱峰或吸熱峰，不干擾無(wú)定形硝苯地平的測(cè)定。因此，根據(jù)此峰的大小(放熱焓)可測(cè)定樣品中硝苯地平無(wú)定形的含量，從而測(cè)定硝苯地平無(wú)定形的結(jié)晶度。

圖2無(wú)定形硝苯地平差示掃描量熱曲線

Fig.2 The DSC curve of amorphous nifedipine

圖3晶體硝苯地平差示掃描量熱曲線

Fig.3 The DSC curve of nifedipine crystal

3.2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線 分別精密稱取無(wú)定形硝苯地平和硝苯地平晶體9份，置于9個(gè)坩堝中，制備得到無(wú)定形百分含量為0%，10%，20%，40%，60%，80%，90%，95%和100%的樣品，按照2.3項(xiàng)下方法進(jìn)行差示掃描量熱分析，采用軟件STARe計(jì)算無(wú)定形硝苯地平轉(zhuǎn)變?yōu)榫wB的放熱焓值。以無(wú)定形百分含量為橫坐標(biāo)(x)、放熱焓值為縱坐標(biāo)(y)作回歸曲線?；貧w方程為y=9.98x-12.62，r=0.999 5。結(jié)果表明，無(wú)定形硝苯地平百分含量在0%～100%范圍內(nèi)，線性關(guān)系良好。見(jiàn)表1。

表1不同百分含量的無(wú)定形硝苯地平樣品

Tab.1 The samples of amorphous nifedipine with different content

無(wú)定形百分含量/%010204060809095100無(wú)定形硝苯地平/mg02481216181920硝苯地平原料藥/mg20181612842200

3.2.3穩(wěn)定性 由表1可知，分別精密稱取硝苯地平無(wú)定形百分含量為10%，60%和95%的樣品各5份，置于干燥器中，于0，2，4，6 和8 h分別進(jìn)行DSC分析，計(jì)算RSD值。結(jié)果無(wú)定形百分含量分別為10%，60%和95%時(shí)，3種樣品的RSD值分別為2.37%，1.24%和2.03%，結(jié)果表明，低、中和高3種樣品在8 h內(nèi)穩(wěn)定。

3.2.4回收率和精密度 分別精密稱取硝苯地平無(wú)定形百分含量為10%，60%和95%的樣品各5份，進(jìn)行DSC分析，計(jì)算RSD值。見(jiàn)表2。由表2可知，低、中、高3個(gè)含量測(cè)定的回收率分別為98.83%，99.54%和99.56%，RSD值分別為1.38%，2.27%和1.55%，結(jié)果表明，該方法的回收率和精密度良好。

表2無(wú)定形硝苯地平的回收率和精密度

Tab.2 The recovery rate and precision of amorphous nifedipine

含量理論含量/%測(cè)得含量/%回收率/%平均回收率/%RSD/%高9595.03100.0399.561.559593.9598.899592.3597.219595.68100.719595.91100.96中6057.4795.7999.542.276059.5899.296061.00100.616061.00101.676060.20100.34低109.9899.7898.831.381010.0099.95109.8198.10109.6896.78109.9699.56

3.3濕度和溫度對(duì)無(wú)定形硝苯地平穩(wěn)定性的影響

3.3.1濕度對(duì)無(wú)定形硝苯地平穩(wěn)定性的影響 查資料得，碳酸鈉、氯化鈉和氯化鋇的溶解度分別為110，36和35.7 g，分別稱取過(guò)量碳酸鈉、氯化鈉和氯化鋇制備相對(duì)濕度為43%，75%和91%的飽和溶液，將無(wú)定形硝苯地平分別置于不同相對(duì)濕度環(huán)境中，分別于不同時(shí)間點(diǎn)取樣進(jìn)行DSC分析，測(cè)定結(jié)晶焓值，得結(jié)晶度。見(jiàn)表3。

表3無(wú)定形硝苯地平在不同濕度下結(jié)晶焓值和結(jié)晶度

Tab.3 The crystallization enthalpy and crystallinity of amorphous nifedipine in different humidity

(n=3)

由表3可知，無(wú)定形硝苯地平在不同濕度條件下穩(wěn)定性差別較大，在濕度較高的條件下更易形成結(jié)晶。結(jié)果表明，無(wú)定形硝苯地平在放置和儲(chǔ)存過(guò)程中，空氣中的濕度對(duì)其穩(wěn)定性有較大影響。

3.3.2溫度對(duì)無(wú)定形硝苯地平穩(wěn)定性的影響 將無(wú)定形硝苯地平分別置于不同溫度下，采用DSC分析，測(cè)定不同溫度下無(wú)定形硝苯地平完全結(jié)晶的時(shí)間。無(wú)定形硝苯地平在40，48，55，60和70 ℃下的完全結(jié)晶時(shí)間分別為360，168，30，16和4 h。結(jié)果表明，無(wú)定形硝苯地平在不同溫度下穩(wěn)定性差別較大，溫度越高越易形成結(jié)晶。在玻璃化溫度以下，無(wú)定形硝苯地平完全結(jié)晶所需時(shí)間較長(zhǎng)，相對(duì)較穩(wěn)定；玻璃化溫度以上穩(wěn)定性極差，完全結(jié)晶所需時(shí)間較短。可見(jiàn)溫度對(duì)無(wú)定形硝苯地平的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

4 討論

無(wú)定形藥物屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，其固有的亞穩(wěn)態(tài)易釋放能量而轉(zhuǎn)變?yōu)榫w。無(wú)定形硝苯地平為高能態(tài)，在90～117 ℃易釋放出能量轉(zhuǎn)變?yōu)榫wB；而晶體B為亞穩(wěn)態(tài)，也不穩(wěn)定，在117～155 ℃繼續(xù)釋放能量而轉(zhuǎn)變?yōu)榫wA；晶體A為低能態(tài)，屬于熱力學(xué)穩(wěn)定體系，穩(wěn)定性好。晶體A和晶體B在形態(tài)上也有較明顯的區(qū)別，晶體A為不規(guī)則片狀結(jié)晶，而晶體B為簇狀結(jié)晶。

差示掃描量熱法是熱分析方法中應(yīng)用較廣的一種分析技術(shù)，在系統(tǒng)控制溫度條件下采用一定的升溫或降溫速率測(cè)定無(wú)定形樣品在結(jié)晶過(guò)程中焓值的變化，不僅能對(duì)樣品進(jìn)行定性分析，還能對(duì)熱量作出更為準(zhǔn)確地測(cè)量而進(jìn)行定量分析[12-14]。差示掃描量熱法操作簡(jiǎn)便、易于校準(zhǔn)、樣品用量少，且不需對(duì)樣品進(jìn)行任何前處理，是一種快速、可靠的分析技術(shù)[15]。本文采用差示掃描量熱法定量測(cè)定無(wú)定形硝苯地平的結(jié)晶度，方法學(xué)考察結(jié)果表明，該方法線性、精密度、回收率均良好，是測(cè)定無(wú)定形硝苯地平結(jié)晶度的有效方法。

固體藥物的晶體為高度有序的周期性排列結(jié)構(gòu)，而無(wú)定形在結(jié)構(gòu)上的分子排列屬于無(wú)序狀態(tài)，導(dǎo)致表面自由能值較高，屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系[16]。因此在存儲(chǔ)過(guò)程中易釋放能量，轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的晶體。無(wú)定形藥物在儲(chǔ)存過(guò)程中的穩(wěn)定性也受外界環(huán)境因素影響，如濕度和溫度等，使無(wú)定形轉(zhuǎn)變?yōu)榫w，藥物溶解度降低，療效下降[17-18]。研究結(jié)果表明，濕度和溫度對(duì)無(wú)定形硝苯地平穩(wěn)定性的影響顯著。無(wú)定形硝苯地平在濕度較高的條件下更易形成結(jié)晶，說(shuō)明空氣中的濕度對(duì)其穩(wěn)定性有較大影響。無(wú)定形硝苯地平在玻璃化溫度以下，相對(duì)較穩(wěn)定，但在玻璃化溫度以上穩(wěn)定性極差。