超臨界溶液快速膨脹法制備鹽酸氟桂利嗪微粒的研究

胡國勤，孫芳星，劉景輝，陳鵬麗

(鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院，河南 鄭州 450001)

0 引言

鹽酸氟桂利嗪(flunarizine hydrochloride，F(xiàn)H)，是雙氟呱嗪類衍生物，是一種選擇性鈣離子通道阻隔劑[1].臨床應(yīng)用中，大多用來防治神經(jīng)系統(tǒng)疾病和腦血管病[2].有研究表明，若能將FH粒徑縮小到微納米級(jí)尺寸，可以降低在非靶向部位的分布，直接作用于腦部，提高藥物的利用率，減小服用劑量，降低毒副作用.

傳統(tǒng)的藥物微?；夹g(shù)如機(jī)械磨碎、噴霧干燥或重結(jié)晶等易產(chǎn)生化學(xué)降解、溶劑殘留、溫度高致藥物失活、微粒尺寸大且分布較寬等問題[3].超臨界溶液快速膨脹法(rapid expansion of supercritical solution，RESS)克服了傳統(tǒng)的藥物微粒化技術(shù)的缺點(diǎn)，具有操作條件溫和、制備的微粒尺寸分布均勻、粒子流動(dòng)性好、結(jié)晶純度高；無溶劑殘余、潔凈環(huán)保；工藝簡單等優(yōu)勢，成為在醫(yī)藥領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的新型藥物微粒化技術(shù)[4].陳琪等[5]使用RESS法制備了醋酸潑尼松微粒.Yim等[6]使用RESS法制備了阿德福韋酯超微粉體微粒.Baseri等[7]使用RESS法制備了平均粒徑為2.2 μm的二甲苯氧庚酸微粒.

筆者在前期研究了FH在超臨界流體(Su-percritical Fluid, SCF)中的溶解度的基礎(chǔ)上，首次采用RESS法制備出了FH藥物微粒，重點(diǎn)考察夾帶劑用量、萃取溫度、萃取壓力、膨脹室溫度、噴嘴溫度、噴嘴直徑等對微粒形貌等的影響.采用掃描電鏡(scanning electron microscope, SEM)、傅里葉紅外光譜(fourier transform infrared, FT-IR)、X射線衍射(X-ray diffraction,XRD)以及熱重分析(thermogravimetric analysis, TGA)分別對FH原料藥和藥物微粒進(jìn)行表征分析.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料.鹽酸氟桂利嗪(藥用級(jí)，含量99%，武漢大華偉業(yè)醫(yī)藥化工有限公司，批號(hào)20160506)；無水乙醇(分析純，含量≥99.7%，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑有限公司)；溴化鉀(色譜純，天津光復(fù)科技發(fā)展有限公司).

實(shí)驗(yàn)儀器.Helix-7409型超臨界裝置(美國分離有限公司)；JSM-7500F型掃描電鏡(日本電子公司)；XSP-8cz型光學(xué)顯微鏡(上海興行實(shí)業(yè)有限公司)；X′Pert PRO X射線衍射儀(荷蘭帕納科公司)；Thermo Scientific Nicolet iS5型紅外光譜儀(賽默飛世爾科技有限公司)；DTG/DSC-60型熱重分析儀(日本島津公司)；AX224ZH/E型分析天平(奧豪斯儀器(常州)有限公司).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

RESS制備FH微粒的原理：由于固體溶質(zhì)FH在SCF中的溶解度隨SCF的密度變化而發(fā)生變化，把需要微?；腇H溶解到SCF中，再將溶有FH的超臨界溶液經(jīng)噴嘴，在極短時(shí)間內(nèi)快速膨脹到低壓低溫的膨脹室，膨脹過程中會(huì)形成機(jī)械擾動(dòng)，該擾動(dòng)是以音速進(jìn)行傳遞的，膨脹后的氣體迅速達(dá)到高度的過飽和狀態(tài)，從而使得溶解在其中的FH 瞬間生成大量的晶核，同時(shí)在均勻的環(huán)境中短時(shí)間內(nèi)迅速長大，最終得到大量平均粒徑小且分布均勻的FH微粒的過程[8].

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.3.1 FH微?；^程的單因素實(shí)驗(yàn)

(1)夾帶劑用量.選擇夾帶劑的流速為0.2～0.6 mL/min.其他條件為：萃取溫度45 ℃，萃取壓力10 MPa，膨脹室溫度100 ℃，噴嘴溫度150 ℃，噴嘴直徑為50 μm.

(2)萃取溫度.選擇萃取溫度為35～55 ℃.其中夾帶劑流速為0.2 mL/min，其他條件同(1).

(3)萃取壓力.選擇萃取壓力為10～30 MPa.其中夾帶劑流速為0.2 mL/min，其他條件同(1).

(4)膨脹室溫度.分別選擇膨脹室溫度為100、110、120、130、140 ℃，其他條件同(1).

(5)噴嘴溫度.在RESS中，由于超臨界流體溶液經(jīng)噴嘴膨脹的過程中要吸收大量的熱，為了防止超臨界流體在噴嘴處冷凝，堵塞噴嘴，在噴射過程中需要不斷地對噴嘴進(jìn)行加熱，分別選擇噴嘴溫度為110、120、130、140、150 ℃，其他條件同(1).

(6)噴嘴直徑.在采用RESS法制備固體物質(zhì)微粒的實(shí)驗(yàn)中，顆粒的大小和形貌受噴嘴結(jié)構(gòu)、噴射距離、直徑的影響.本實(shí)驗(yàn)的裝置中，結(jié)構(gòu)和距離都是固定的，所以只研究噴嘴直徑的影響.所選用的噴嘴直徑為50、75、100 μm，其他條件同(1).

1.3.2 FH微?；^程的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用正交實(shí)驗(yàn)方法完成實(shí)驗(yàn)方案的工藝優(yōu)化，選擇萃取溫度(T1/℃)、萃取壓力(P/MPa)、噴嘴溫度(T2/℃)、夾帶劑用量(Q/mL·min-1)4個(gè)影響因素，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)表選取L9(34)正交表，正交設(shè)計(jì)見表1.

表1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表及結(jié)果分析

2 結(jié)果與討論

2.1 RESS制備FH微粒的單因素結(jié)果

不同夾帶劑用量、萃取溫度、萃取壓力、膨脹室溫度、噴嘴溫度和噴嘴直徑下的微粒平均粒徑如圖1所示.微粒的粒徑分布如圖2所示.

(1)夾帶劑用量的影響.由圖1(a)、圖2(a)可知，隨著夾帶劑流速的提高，F(xiàn)H微粒的平均粒徑增加，流速從0.2 mL/min提高到0.6 mL/min，F(xiàn)H微粒的平均粒徑從1.959 μm增加到了6.893 μm.隨著夾帶劑用量的增大，無水乙醇在SCF中的濃度增加，則FH的溶解度提高，夾帶劑在膨脹過程中因溫度降低會(huì)導(dǎo)致FH析出，容易出現(xiàn)晶體的二次結(jié)晶現(xiàn)象，因此使制備的微粒粒徑增大.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，RESS中夾帶劑的用量在0.2 mL/min左右時(shí)更有利于得到粒徑小、尺寸分布均勻的FH藥物微粒.

(2)萃取溫度的影響.由圖1(b)、圖2(b)可知，隨著萃取溫度的升高，F(xiàn)H微粒的平均粒徑增加.萃取溫度從35 ℃升高到55 ℃，F(xiàn)H的平均粒徑從1.795 μm增加到2.998 μm.這是由于隨著萃取溫度的升高，F(xiàn)H 在SCF中的濃度增大，在膨脹過程中發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致粒度增加.故在較低的萃取溫度下，更有利于制備粒徑小且分布均勻的FH藥物微粒.

(3)萃取壓力的影響.由圖1(c)、圖2(c)可知，RESS法得到的FH微粒粒徑隨著壓力的升高而降低.這是由于壓力增大，F(xiàn)H 在SCF中的溶解度也增大，在噴嘴處的過飽和度增加，噴射時(shí)成核速率增加，形成的微核的臨界半徑減??；同時(shí)，隨著萃取壓力的升高，從噴嘴出來的超臨界流體的擾動(dòng)增強(qiáng)，流速增大，微粒的停留時(shí)間減小，聚集幾率降低，得到的微粒粒徑度小.

圖1 不同的夾帶劑用量、萃取溫度、萃取壓力、膨脹室溫度、噴嘴溫度和噴嘴直徑的微粒平均粒徑

圖2 不同夾帶劑用量、萃取溫度、萃取壓力、膨脹室溫度、噴嘴溫度和噴嘴直徑的微粒粒徑分布

(4)膨脹室溫度的影響.由圖1(d)、圖2(d)可知，F(xiàn)H 微粒粒徑隨著膨脹溫度的升高而增大，平均粒徑從100 ℃時(shí)的1.959 μm增加到了140 ℃時(shí)的2.726 μm.此外,圖2(d)表明，隨著膨脹室溫度的升高，F(xiàn)H微粒的粒徑分布范圍開始變大.這是由于晶核形成之后，溫度升高使收集釜中的晶體生長速度降低，晶體粒徑增大.Helfgen[9]、Kayrak[10]、Shinozaki[11]等在使用RESS法制備微粒的研究中也得到了在較低膨脹室溫度下微粒平均粒度較小的結(jié)論.因此，F(xiàn)H微粒制備可采用較低的膨脹室溫度.

(5)噴嘴溫度的影響.由圖1(e)、圖2(e)可知，隨著噴嘴溫度的升高，F(xiàn)H平均粒徑隨著溫度的升高而降低，在110～150 ℃，平均粒徑從2.378 μm降低到了1.959 μm.這是由于隨著噴嘴溫度的升高，F(xiàn)H在噴嘴處的過飽和度提高，膨脹過程中成核變多，因此得到的微粒粒徑減小.因此，在較低的噴嘴溫度下收集FH微粒更有利.

(6)噴嘴直徑的影響.由圖1(f)、圖2(f)可知，噴嘴的直徑為50 μm時(shí)，平均粒徑為1.959 μm，噴嘴直徑為100 μm時(shí)，平均粒徑為2.610 μm.這是由于噴嘴直徑越小時(shí)，溶液的過飽和度越大，膨脹時(shí)的速率越高，容易產(chǎn)生大量晶核，因此微粒粒徑比較小；隨著噴嘴直徑的增大，溶液的膨脹速率降低，產(chǎn)生的晶核在噴嘴內(nèi)停留時(shí)間增加，晶體生長時(shí)間增加，晶體的粒徑會(huì)增大，也會(huì)發(fā)生團(tuán)聚.因此，采用直徑較小的噴嘴更容易獲得粒徑較小且分布均勻的FH藥物微粒.

2.2 RESS制備FH微粒的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在設(shè)定膨脹室溫度為100 ℃，噴嘴直徑為50 μm的實(shí)驗(yàn)條件下，設(shè)計(jì)了四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1.用極差法分析，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)以FH微粒平均粒徑為主要評價(jià)指標(biāo)，各因素的極差值R的大小為RC

2.3 FH原料及其微粒的表征

(1)FH的外貌型態(tài).為觀察FH微粒的外貌形態(tài)采用SEM分別對原料和RESS法得到的微粒進(jìn)行了表征.由圖3(a)可以看出，F(xiàn)H原料呈片狀、棒狀，長度約100 μm，寬度約10 μm，且尺寸分布極不均勻.圖3(b)、(c)可知，得到的FH微粒呈球型或類球型的顆粒狀微粒，微粒尺寸顯著降低，且粒徑分布比較均勻.圖3(d)為較高的膨脹室溫度下得到的微粒形態(tài)，出現(xiàn)少許的棒狀結(jié)構(gòu)，但與原料相比，尺寸也顯著降低，長約10 μm，寬約1 μm.

(2)FH的FT-IR表征.圖4(a)為原料FH和RESS后的FH的FT-IR結(jié)果，RESS前后的紅外吸收光譜沒有顯著變化，未出現(xiàn)新的特征吸收峰，僅僅是吸收強(qiáng)度有所降低，結(jié)果表明，RESS前后FH并沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即FH的化學(xué)結(jié)構(gòu)保持不變.

圖3 FH和FH經(jīng)RESS后的SEM圖

圖4 RESS前后FH的紅外圖和XRD結(jié)果

(3)FH晶體行為的表征.FH微粒的結(jié)晶度可以通過XRD進(jìn)行分析，圖4(b)為FH原料和微粒的XRD圖，結(jié)果表明在RESS前后FH具有相同的結(jié)構(gòu)特征，但是，RESS得到的微粒的吸收強(qiáng)度相對于原料略有降低，這與文獻(xiàn)[12]報(bào)道的結(jié)果是一致的，強(qiáng)度降低是由于RESS得到的微粒結(jié)晶度降低，微粒尺寸減小.

圖5 FH和FH經(jīng)RESS后的熱重圖

(4)FH的TGA表征.為了分析RESS前后FH的熱穩(wěn)定性變化，進(jìn)行了熱重分析.由圖5可知，F(xiàn)H原料與微粒的兩個(gè)樣品的TGA稍有不同，但變化并不明顯.

3 結(jié)論

(1)制備的FH微粒的平均粒徑隨夾帶劑用量、萃取溫度、膨脹室溫度的增加而增加，隨萃取壓力、噴嘴溫度的增加而降低.

(2)RESS制備的FH微粒平均粒徑最大為6.893 μm，最小為1.285 μm，正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后最優(yōu)組合為A1B2C2D2,即萃取溫度為35 ℃，萃取壓力為25 MPa，噴嘴溫度140 ℃，夾帶劑用量0.3 mL/min，此條件下微粒平均粒徑為1.386 μm.

(3)為了考察RESS對FH的影響，采用FT-IR、XRD、TGA對FH原料及微粒進(jìn)行表征，結(jié)果表明RESS前后FH的物理化學(xué)性質(zhì)以及晶體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定.