二氧化硅介孔微球的制備、孔結(jié)構(gòu)表征及其載藥性能研究*

(泰山醫(yī)學(xué)院，山東 泰安 271016)

組合化學(xué)和高通量篩選技術(shù)的發(fā)展為制藥行業(yè)提供了大量的先導(dǎo)化合物，但其中有很多化合物因溶解度低和溶解速度慢而難以應(yīng)用。將藥物納米化可以提高其擴(kuò)散面積從而提高溶出速度；將藥物用高分子材料(如聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇等)制備固體分散體也可以提高其溶解度和溶出速度，但存在物理穩(wěn)定性差等問題。除此之外，介孔材料的納米孔內(nèi)也可以負(fù)載藥物，藥物結(jié)晶受到剛性納米孔的限制而不能生長，不僅可以使藥物納米化，而且也可借助介孔材料的巨大比表面積而實(shí)現(xiàn)藥物的快速釋放[1]，其中，介孔二氧化硅，如MCM41和SBA-15等，因物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無明顯的毒性且成本較低等原因而被廣泛研究[2-3]

用于負(fù)載藥物的介孔材料應(yīng)該具有較大的孔容，以便提高載藥量；最好還應(yīng)該具有合適的孔徑，例如負(fù)載大分子藥物時就需要更大孔徑的介孔材料。但目前常見的介孔二氧化硅的平均孔徑一般不大于6 nm[4]。采用硅烷水解法并用高分子膠束作為致孔劑來制備介孔硅膠可以增大孔徑；也有研究報導(dǎo)以水玻璃作為基本原料，以表面活性劑膠束作為模版來制備孔徑較大的介孔硅膠[5]，但總體來說，大規(guī)模制備具有較大孔徑的介孔硅膠微球仍然有很多困難。

本研究擬用水玻璃作為基本原料，以乳化-固化的方法制備介孔二氧化硅微球，擬通過在水玻璃中加入水溶性物質(zhì)來改變所得微球的孔徑，從而獲得具有較大孔徑和孔容的介孔二氧化硅微球，并以難溶性藥物布洛芬作為模型藥物，研究這些介孔微球的藥物釋放性質(zhì)。

1 儀器與試劑

1.1儀器

高速剪切乳化儀(DIAX900Heidoplph儀器)；高效液相色譜儀(UV230Ⅱ，大連依利特分析儀器有限公司)；溶出儀(ZRS-8G，天津市天大天發(fā)科技有限公司)；表面特性分析儀(Micromeritics 3Flex，Micromeritics公司)；掃描電子顯微鏡(Hitachi-S4800, 日立公司)。

1.2藥品與試劑

布洛芬(98%，武漢百科藥物開發(fā)有限公司)；水玻璃(3.3模，臨沂市蘭山區(qū)綠森化工有限公司)；碳酸氫銨(AR，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司)；吐溫-80，司盤-80(CP，天津市大茂化學(xué)試劑廠)；聚乙二醇(CP，天津科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心)；海藻酸鈉(CP，天津市大茂化學(xué)試劑廠)；十二烷基硫酸鈉(AR，天津迪博化工股份有限公司)；甲醇(色譜純，天津市康科德科技有限公司)；石油醚(AR，天津市康科德科技有限公司)；無水乙醇，磷酸(AR，天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1二氧化硅微球的制備

取水玻璃和致孔劑溶液共10 g攪拌均勻后加入5%司盤石油醚溶液20 ml，振搖并用高速剪切乳化儀10000 rpm乳化3 min，得到油包水(w/o)型乳液。將乳液一次性倒入150 ml濃度為15.8%(w/w)的碳酸氫銨溶液中，磁力攪拌固化1 h。之后4000 r/min離心3 min取沉淀。乙醇、水交替洗滌兩遍，60 ℃干燥12 h即得二氧化硅微球。

2.2二氧化硅微球的孔徑調(diào)控

本試驗(yàn)擬通過改變致孔劑溶液的種類和加入比例，來改變介孔微球的孔結(jié)構(gòu)。為此，本實(shí)驗(yàn)選取十二烷基硫酸鈉(SDS)，聚乙二醇(PEG)，蔗糖以及海藻酸鈉溶液作為致孔劑，分別與水玻璃以一定質(zhì)量比混合，再按照3.1所示方法來制備微球，考察致孔劑種類對微球多孔性的影響。

2.3介孔微球的表征

介孔微球首先在光學(xué)顯微鏡下觀察形貌。微球的多孔性用表面特性分析儀通過測定樣品的氮?dú)馕教匦詠肀碚?。測試前，樣品在60℃下脫氣15 min除去吸附水。比表面積根據(jù)Brunauer-Emmett-Teller (BET)方法測定；孔徑分布用BJH方法來確定；孔容通過測定0.99的相對壓力條件下的氮?dú)馕搅縼泶_定。微球的表面形貌細(xì)節(jié)通過掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行表征。

2.4介孔微球的載藥方法

稱取布洛芬(IBP)0.412 g加入無水乙醇至2.5 g，搖勻使其溶解。在上述布洛芬溶液中加入0.6 g干燥的介孔微球，超聲并振搖5 min使布洛芬溶液充分浸漬入微球的孔內(nèi)，4000 rpm離心2 min，棄去多余的布洛芬溶液，將底層白色固體置于蒸發(fā)皿中，通風(fēng)處放置12 h，揮干乙醇，即得到載藥微球。

2.5載藥微球的表征

2.5.1布洛芬濃度測定方法 布洛芬濃度采用高效液相色譜法測定， 選用C18鍵合硅膠填充柱(依利特SinoChrom ODS-BP，200×4.6 mm)，以磷酸溶液(1 g磷酸稀釋至350 g超純水) -甲醇(3∶7)為流動相，流速1.0 ml/min，進(jìn)樣量20 μl，檢測波長220 nm。

用無水乙醇配制濃度為1.52 μg/ml、 7.624 μg/ml、15.2 μg/ml、38.12 μg/ml、381.2 μg/ml的布洛芬標(biāo)準(zhǔn)溶液，測定其峰面積，以峰面積(x)為橫坐標(biāo)，濃度(y，μg/ml)為縱坐標(biāo)，回歸得到布洛芬標(biāo)準(zhǔn)曲線：y= 0.00003237x-0.4448 (r2 = 0.9998,n=3).

2.5.2微球載藥量的測定 稱取200 mg載藥微球，加入500 ml乙醇，室溫攪拌4 h，取樣5 ml，用0.22 μm微孔濾膜濾過，取續(xù)濾液按照3.5.1方法測定布洛芬濃度。載藥量%=(微球中布洛芬的質(zhì)量/載藥微球的總重)×100 %。

2.5.3溶出速度測定 溶出速度的測定參照藥典方法。在溶出杯中加入500 ml 1.0 %的吐溫溶液，待溫度穩(wěn)定至37 ℃后，精密稱取180 mg載藥微球加入溶出杯中，攪拌漿轉(zhuǎn)速設(shè)為100 rpm。分別在5 min、15 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min、180 min、240 min取樣5 ml，用0.22 μm微孔濾膜濾過，取續(xù)濾液2 ml，按3.5.1方法測定布洛芬濃度，計算布洛芬累積釋放率，繪制溶出曲線。同時，另取35 mg 布洛芬原料藥同法測定。

3 結(jié)果與討論

3.1二氧化硅微球的制備與表征

二氧化硅微球的生成機(jī)理為：水玻璃溶液首先以乳滴的狀態(tài)分散于石油醚中形成w/o型乳液，當(dāng)水玻璃液滴從石油醚中進(jìn)入碳酸氫銨溶液以后，便固化成二氧化硅微球。但當(dāng)水玻璃被過分稀釋(水玻璃與致孔劑溶液的比例<4∶6時)或致孔劑溶液的濃度過大時，水玻璃將不能在鹽溶液中快速固化，造成微球的球形度不好。另外，當(dāng)選用水玻璃作為基本原料時，致孔劑也不應(yīng)選用具有明顯酸堿性的物質(zhì)，否則會引起水玻璃的膠凝而無法混勻。因此，本試驗(yàn)將水玻璃與致孔劑溶液的質(zhì)量比固定為4∶6，在保證球形度良好的前提下，盡可能提高致孔劑的濃度，測試了不同種類的致孔劑對微球孔結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同致孔劑所得微球的比表面積、平均孔徑和孔容 (水玻璃與致孔劑溶液按4∶6質(zhì)量比混合)

由表1可見，加入致孔劑后，所得微球的表面積均有所增大，而平均孔徑和孔容也發(fā)生了變化。各種致孔劑所得的微球比表面積均在600～700 m2/g，可見致孔劑種類對比表面積影響不大。但是，微球的平均孔徑和孔容劑卻隨致孔劑種類的不同而變化顯著。其中，以50%蔗糖為致孔劑時，制得微球平均孔徑為16.1 nm，孔容為1.68 ml/g，分別是不加致孔劑時的3.3倍和2.3倍；在其掃描電鏡圖上(圖1)，多孔結(jié)構(gòu)清晰可見，球形也十分圓整。孔徑的增大有利于負(fù)載分子量更大的藥物，而孔容的增大則有助于提高載藥量。因此，本實(shí)驗(yàn)最終選取孔徑和孔容較大的7號處方所制備的微球作為基質(zhì)進(jìn)行藥物負(fù)載實(shí)驗(yàn)。

圖1 以蔗糖作為致孔劑制備的介孔二氧化硅微球 的表面形貌

3.2微球載藥量及溶出速度

按照3.4方法將布洛芬載入7號處方所制微球中，假設(shè)微球的全部孔容(1.68 ml/g)都被布洛芬溶液浸漬，則1 g微球中理論上可載入約0.23 g布洛芬，據(jù)此推算布洛芬理論載藥量應(yīng)為18.7%。按照3.5.2方法實(shí)際測定微球載藥量為(19.5±1.1)%(n=3)，這與理論結(jié)果基本吻合。實(shí)際上，若浸漬時所用的布洛芬溶液濃度增加，微球的載藥量也會隨之線性增加，直至所有的納米孔被布洛芬晶體填滿為止。

在溶出曲線中可以看出(圖2)，布洛芬載藥微球5 min即可實(shí)現(xiàn)89%的藥物釋放，而原料藥達(dá)到這一累計釋放度則需要150 min。溶出速度加快的原因主要是由于微球的納米孔減小了藥物微粒的粒徑，增加了藥物的表面積。

圖2 原料藥與載藥微球中布洛芬的溶出曲線

本研究用乳化-固化的方法制備了二氧化硅磁性微球，并通過在原料水玻璃中加入不同致孔劑來改變介孔微球的孔徑和孔容，其中以50%蔗糖溶液為致孔劑所制得的介孔微球平均孔徑為16.1 nm，孔容為1.68 ml/g，適合作為藥物載體。用浸漬法將布洛芬載入微球后，可顯著提高其藥物溶出速度。該微球制備方法簡單，成本較低，在口服和皮膚給藥制劑中，可用于提高難溶性藥物的溶出速度并最終提高其生物利用度。