卡波姆水凝胶的处方筛选与质量考察*

郑增娟，李志韧，冯占芹，张维芬

(1.潍坊医学院药剂学教研室，潍坊 261053；2.解放军第二炮兵总医院口腔科，北京 100088)

卡波姆水凝胶的处方筛选与质量考察*

郑增娟1，李志韧2，冯占芹1，张维芬1

(1.潍坊医学院药剂学教研室，潍坊 261053；2.解放军第二炮兵总医院口腔科，北京 100088)

目的 筛选卡波姆水凝胶的处方并进行质量观察。方法 采用单因素实验筛选处方，酸碱法制备水凝胶，并通过外观性状、稳定性实验、酸碱度实验、黏度测定、刺激性实验及抑菌性实验等考察该制剂的质量。结果 按用水量100 mL计算，优选处方中各组分的质量比为卡波姆941：羟苯乙酯：苯氧乙醇：丙二醇：丙三醇：三乙醇胺=0.3：0.2：6.0：6.0：6.0：1.2。样品外观澄清透明，理化性质稳定，母液及稀释液的pH分别为(6.380±0.053)和(6.710±0.017)，母液动力黏度为(21.23±0.31) Pa·s，相对密度为(1.016±0.012) g·(cm3)-1，对皮肤无刺激性，对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌及铜绿假单胞菌均有较好抑制效果。结论 该实验筛选的卡波姆水凝胶可作为灭菌型医用耦合剂应用于临床超声诊断。

卡波姆；水凝胶；单因素实验；酸碱法；质量观察

随着超声诊断仪的发展和超声探头要求的提高，水溶性耦合剂逐渐取代油溶性耦合剂，以羧甲基纤维素等水溶性基质研制的耦合剂，在超声波的作用下会降解形成游离自由基，导致产品稳定性下降，影响图像质量。另外，由于其声学特性欠合理、刺激皮肤、损坏探头、脏污衣物及不易清除等一系列缺陷，大多已被淘汰，寻找新型的水溶性高分子材料成为关键所在[1-4]。高分子化合物卡波姆为优良的水溶性凝胶基质，是丙烯酸与丙烯基蔗糖交联的高分子聚合物，分子内含有大量羧酸基团，易与氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙醇胺等反应生成树脂盐，当调节pH至中性范围时，黏度增大形成半透明的凝胶，达到临床超声所要求的优异导声性能及黏度，且不损伤超声探头，易于涂布于皮肤，无刺激性、过敏性，易于清除不污染衣物[5-7]。笔者在本实验中制备灭菌型卡波姆水性凝胶基质，采用单因素实验研究处方参数，考察基本特性，为转化成介入性耦合剂提供理论依据。

1 仪器与试药

1.1 仪器 电子分析天平(瑞士梅特勒仪器公司)，数字酸度计(上海虹益仪器仪表有限公司)，102型电热式恒温干燥箱(山东潍坊医疗器械厂)，HH-2数显恒温水浴锅(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司)，1-14小型台式离心机(德国Sigma公司)，NDJ-1旋转式黏度计(上海雷韵实验仪器制造有限公司)。

1.2 试药 卡波姆941(廊坊聚通化工有限公司，批号：20110416)，苯氧乙醇(天津市光复精细化工研究所，批号：20100115，AR级)，羟苯乙酯(上海展云化工有限公司，批号：1108209，AR级)，丙二醇(天津市科密欧化学试剂有限公司，批号：20100626，AR级)，丙三醇(天津市永大化学试剂有限公司，批号：20100205，AR级)，三乙醇胺(莱阳经济技术开发区精细化工厂，批号：20100926，AR级)，氢氧化钠(天津市科密欧化学试剂有限公司，批号：20101026，AR级)，硝酸钾(天津市科密欧化学试剂有限公司，批号：20110228，AR级)，苯甲酸钠(天津市光复精细化工研究所，批号：20101007，AR级)，三氯生(天津网日化工科技有限公司，批号：20120108，纯度：99.8%)，庆大霉素(上海抚生实业有限公司，批号：20110318，含量：98%)，壳聚糖季铵盐(自制，批号：20110523)。

2 处方与制备

2.1 制备工艺 参照文献[8]。称取卡波姆941，均匀撒于水面上(总用水量80%)，静置过夜，使之充分溶胀，用稀盐酸调pH约2.3，作为A液；将抑菌剂溶解并与保湿剂混合均匀，作为B液；将B液缓慢加入A液，朝同一方向搅拌，并补水至全量，最后用中和剂调节pH到6～8，搅拌均匀，即得。

2.2 单因素实验考察 在实验过程中仅改变某一组分或用量，而其他组分及用量保持不变，各处方均以总用水量为100 mL，按照质量百分比(g/100 mL)计算。

2.2.1 水溶性基质选择 水溶性基质是水凝胶剂中的重要组成部分，本实验选用卡波姆941为水溶性基质，考察浓度0.2%，0.3%，0.5%，0.8%。结果表明所制备样品外观均澄清透明，而且随卡波姆浓度的增加样品的黏度增加。浓度为0.2%制备的凝胶剂太稀薄，涂布皮肤时易于流动；浓度为0.5%，0.8%制备的凝胶剂太黏稠，难于涂展均匀。因此，从超声诊断时所需凝胶剂的黏度及涂展性考虑，确定卡波姆941用量为0.3%。

2.2.2 保湿剂选择 由于贮藏或包装不严密，凝胶剂会出现硬化，形成干胶团而不易涂展，影响探头导声，因此需加入保湿剂，保持凝胶含水量，维持制剂稳定性。目前以生物相容性好和生物可降解的丙二醇、丙三醇和聚乙二醇等应用较多[5]。预实验结果表明联合应用丙二醇和丙三醇制得的凝胶剂涂于皮肤上时，保湿效果比单独应用任一组分效果好，而且它们又可作为混合溶媒，溶解抑菌剂，最终确定丙二醇和丙三醇用量均为6%。

2.2.3 pH调节剂选择 正常皮肤表面pH为5.5～7.0，为避免刺激性和保证产品的稳定性，可参照外用药物制剂将pH定为6.0～8.0[9]。由于卡波姆为一种聚丙烯酸化合物，含有大量游离羧基，具有一定酸性。当pH>4时，其羧基开始解离，聚合物溶胀，黏度增加，pH为8时，解离基本完成，黏度最大。因此在制备凝胶过程中需加入中和剂，调节凝胶剂黏度，维持pH近中性，减少对皮肤的刺激[5]。常用碱性中和剂为三乙醇胺、氢氧化钠、氨水，因氨水浓度不易控制，对配制人员有刺激性，故选用三乙醇胺或氢氧化钠。实验表明，用三乙醇胺比氢氧化钠调节酸碱度的凝胶剂较细腻，确定三乙醇胺用量为1.2%。

2.2.4 抑菌剂选择 凝胶剂是一种半固体制剂，易受微生物污染，尤其在潮湿环境中，加入适量抑菌剂，对医用超声探头及被检查者的皮肤有明显的消毒杀菌作用。本实验以有效杀灭金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和铜绿假单胞菌为主要指标，以得到澄清透明的凝胶剂来筛选抑菌剂的类型及用量，总用水量为100 mL，各处方组成见表1。抑菌实验采用纸片法，观察滤纸圆片周围抑菌圈的有无及大小。先从抑菌性考虑，抑菌环越大表明抑菌效果越好。由图1看出处方A对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌的抑菌效果最好，但处方A为白色凝胶，不符合要求；处方B出现大量白色不溶物，且不成凝胶，故未进行抑菌实验。处方C、D、E有白色絮状可见异物，处方G、H、R不透明，不符合要求；处方I对3种细菌均无抑菌圈的产生，故无抑菌性。处方N为透明凝胶，但抑菌性不如处方F。以得到澄清透明的凝胶剂为考察指标，随着羟苯乙酯用量的增加抑菌性随之增加，但凝胶剂外观不透明，当用量≤0.2%时所制得凝胶剂为无色透明，故确定羟苯乙酯用量为0.2%。另外联合应用苯氧乙醇时抑菌效果更佳，故仅处方F符合要求。

在已得到外观澄清透明的水凝胶前提下，为提高同时杀灭金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和铜绿假单胞菌的效果，对处方F进行改进，在羟苯乙酯用量0.2%情况下，增加苯氧乙醇的用量，并考察其与第3种抑菌剂合用情况。按照表2将处方1～6制备凝胶剂，结果处方3不形成凝胶，产生白色物质，故未进行抑菌实验。对其余处方进行抑菌性实验，其抑菌效果见图2，对金黄色葡萄球菌的抑菌效果5>4>2>6>1；对大肠埃希菌的抑菌效果5>2>4>6>1；对铜绿假单胞菌的抑菌效果2>5>4>6>1。综合各处方，处方5虽然抑菌最佳但不澄明，故处方2最符合要求，此处方中羟苯乙酯和苯氧乙醇联合使用作为抑菌剂，在达到灭菌要求的前提下，用量分别为0.2%和6.0%。

表1 单因素实验筛选抑菌剂的处方组成

A.金黄色葡萄球菌；B.大肠埃希菌；C.铜绿假单胞菌

表2 单因素实验筛选改进处方的抑菌剂

A.金黄色葡萄球菌；B.大肠埃希菌；C.铜绿假单胞菌

2.3 优化处方 本实验采用单因素实验优化卡波姆凝胶剂的处方，以总用水量为100 mL计算，各种组分质量比分别为卡波姆941：羟苯乙酯：苯氧乙醇：丙二醇：丙三醇：三乙醇胺=0.3：0.2：6.0：6.0：6.0：1.2。最优处方按照制备工艺制得卡波姆水凝胶剂于4 ℃贮存，备用。

3 质量观察

3.1 声学特性 水溶性凝胶剂作为医用耦合剂导声介质，其声学特性最为重要。因人体软组织平均声速为1 540 m·s-1，平均密度为1.016 g·(cm3)-1，声阻抗为1.59×106Pa·s·m-1，故反映声学特性的3项指标可定为：声速1 540～1 650 m·s-1，声阻抗(1.50～1.70)×106Pa·s·m-1，声衰减<0.05 dB·cm-1·MHz-1。经测定本品声速为1 581 m·s-1，声阻抗为1.58×106Pa·s·m-1，声衰减为0.02 dB·cm-1·MHz-1，符合要求[9]。

3.2 外观 超声耦合剂应为无色或浅色透明或半透明的水溶性凝胶，不含气泡，无不溶性可见异物。通过肉眼观察所制备凝胶剂的外观质地细腻，无色，均匀透明，气泡较少，且具有醇香味，符合要求。

3.3 pH 为避免皮肤刺激性和降低对超声探头的腐蚀性，保证产品的稳定性，参照外用药物制剂将耦合剂pH定为6.0～8.0。按照《中华人民共和国药典》2010年版规定酸碱度测定法用pH计测定[10]。新鲜制备的凝胶剂pH为6.380±0.053。另外取样品10 g 置烧杯中加纯化水50 mL溶解、稀释，搅拌均匀后测得pH为6.710±0.017，可见母液与稀释液的pH相差不大，且在6.0～8.0之间，符合要求。

3.4 动力黏度 水凝胶型耦合剂属非牛顿流体，其表观黏度随切变速度和时间的改变而变化。考察超声耦合剂稳定性的重要参数是黏度，通常黏度在15.0～25.0 Pa·s时既易于在皮肤上涂展又易流淌的要求。按照《中华人民共和国药典》2010年版规定的黏度测定法用旋转式黏度计测定，得到新鲜制备水凝胶剂的黏度为(21.23± 0.31) Pa·s，黏度适宜，符合要求[10]。

3.5 相对密度 密度可通过声阻抗率影响耦合剂的声学特性，宜控制在1.01～1.05 g·(cm3)-1，按照《中华人民共和国药典》2010年版规定的密度法测得本品相对密度为(1.016±0.012) g·(cm3)-1，符合要求[10]。

3.6 稳定性考察 超声耦合剂在正常的贮存条件下(-10～40 ℃)，2年内不应出现霉变、液化、沉淀和分层。取3批样品各10 g置于离心管中，以3 000 r·min-1(r=1 cm)离心30 min，离心后样品无分层现象，仍均匀透明。另取3批样品分别进行高温(60 ℃)、高湿(25 ℃，相对湿度92.5%)、光照(4 500±500) Lx的影响因素实验，结果表明样品均匀无色透明、气泡减少、水分含量变化较小，表明产品理化性质稳定，符合要求。

3.7 微生物指标 按照《药品卫生标准》的规定，细菌总数应控制在≤1 000个·g-1，不得检出铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌。按照《中华人民共和国药典》2010年版规定的微生物限度检查法，本品细菌总数为234个·g-1，未检出铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌，符合要求。

3.8 皮肤刺激实验 按照卫生部《新药(西药)临床前研究指导原则汇编》中《皮肤刺激实验》项下规定的方法实验，应无刺激性。取新西兰家兔3只，体质量2.2～2.5 kg，在背部两侧剃毛，大小均为4 cm × 3 cm，75%乙醇擦净后检查无损伤。休息24 h，以0.9%氯化钠溶液为对照，各取2 g分别均匀涂抹于两侧剃毛部位，5 h后纯化水冲净，分别于1，12，24，48 h观察。结果各家兔背部两侧脱毛处均未出现红斑、水肿等异常反应。另外取不同批次的样品1.0 g，涂布于实验人员上臂及大腿内侧等柔软的皮肤上，24 h后该部位皮肤无红肿、瘙痒及其他变态反应，且易于擦除、不油衣物[11-12]。

4 讨论

以卡波姆为优良水溶性基质配制的凝胶剂作为医用超声耦合剂，用于驱除超声探头与人体组织之间的空气，具有良好的黏合性、凝胶性和流动性，且易涂展、无油腻性、对皮肤和黏膜无过敏性、与活组织生物相容性好、易降解和排除等优点[5，13]。但是以卡波姆为基质制备的水凝胶为非牛顿流体，黏度易受到其型号、用量的影响，还可能受到外界因素pH、离子强度、温度、相对湿度和光照的影响[14]。随着季节温度升高、光照增强等，当卡波姆用量为0.3%时制备的水凝胶可能变稀薄。因此需要根据不同季节及光线强度，适当调整卡波姆用量，以符合超声耦合剂的质量要求。为尽可能减少外界因素造成的诸多不便，可将医用耦合剂密封贮藏在阴凉条件下，现用现取，延长使用期限。

羟苯乙酯主要用作食品、化妆品、医药的杀菌防腐剂，苯氧乙醇自身具有醇香味，在化妆品领域应用广泛，对铜绿假单胞菌有较强的杀灭作用。本品在得到澄清透明凝胶剂的前提下，联合应用安全系数高和杀菌效果较好的0.2%羟苯乙酯和6.0%苯氧乙醇，同时对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、铜绿假单胞菌均有较佳的抑菌效果，因此，本实验制备的卡波姆凝胶剂本质上为一种灭菌型医用超声耦合剂，既能满足超声检查治疗需要的凝胶条件要求，又能解决传统耦合剂无杀菌灭菌功能，利于防止医源性交叉感染，提高患者和医务工作者的使用顺应性，加之卡波姆自身具有优良的生物相容性和生物降解性，可使其从非介入性耦合剂转化成介入性耦合剂，拓宽临床使用领域。

本研究仅将卡波姆水凝胶剂进行了非介入性动物实验，如果进一步转化成介入性医用超声耦合剂，还有待于完成动物体内介入性评价，开展临床实验的安全性和有效性评价。

[1] 邹建中，胡顺铁，伍海翔.医用超声耦合剂的应用与研究进展[J].临床超声医学杂志，2010，12(5)：329-331.

[2] BAIL D H，GRULER M，WALKER T，et al.Cellulose pads(Hydrotin-C)：a new solid coupling agent[J].Echocardiography，2009，26(5)：508-512.

[3] 魏秋华，王长德，蒋莉，等.一种新型医用超声探头消毒凝胶的研究[J].中国消毒学杂志，2012，29(11)：961-964.

[4] 鞠方涛，王秋红，崔满春，等.一种医用超声耦合剂消毒凝胶杀菌效果和毒性观察[J].中国消毒学杂志，2013，30(4)：303-305.

[5] 郭红叶，伊博文，闫小平，等.新型辅料卡波姆在凝胶剂中应用现状[J].中国实验方剂学杂志，2013，19(17)：371-374.

[6] 王朝，黄绳武.凝胶剂研究进展[J].医药导报，2010，29(2)：223-228.

[7] 崔福德.药剂学[M].7版.北京：人民卫生出版社，2011：297-298.

[8] 励石寒，梅清华，骆锦浩，等.超声耦合剂的酸碱法制备及质量控制[J].中国药师，2006，9(6)：573-574.

[9] 全国医用电器标准化技术委员会医用超声设备标准化分技术委员会.YY 0299-2008：医用超声耦合剂[S].北京：中国标准出版社，2008：10-17.

[10] 国家药典委员会.中华人民共和国药典(二部)[M].北京：中国医药科技出版社，2010：附录76-79.

[11] 黄良永，郑江萍，阎文强.塞来昔布凝胶的制备与质量控制[J].医药导报，2010，29(7)：931-933.

[12] 周奕帆，邓成玉，古良琪，等.一种新型医用消毒超声耦合剂杀菌效果和毒性实验观察[J].预防医学情报杂志，2011，27(7)：561-563.

[13] 王敏，薛晓东.卡波姆凝胶的临床应用研究进展[J].医学综述，2013，19(6)：1078-1080.

[14] 熊佳佳，王柏.卡波姆凝胶流变学特性及其影响因素研究[J].海峡药学，2006，18(4)：34-37.

Formula Optimization and Quality Observation of Carbomer Hydrogel

ZHENG Zengjuan1, LI Zhiren2, FENG Zhanqin1, ZHANG Weifen1

(1.DepartmentofPharmaceutics,WeifangMedicalUniversity,Weifang261053,China; 2.DepartmentofStomatology，theSecondArtilleryGeneralHospitalofChinesePeople’sLiberationArmy,Beijing100088,China)

Objective To optimize the formulation of carbomer hydrogel and observe its qualities. Methods The optimal formula of hydrogel was screened by single factor test and prepared by acid-base methods.Quality of the formula was assessed by observation of appearance, stability test, pH test, viscosity determination, irritating test and bacteriostatic experiment, etc. Results According to 100 mL of total distilled water, the proportion by weight of carbomer 941, ethylparaben, phenoxy ethanol, propylene glycol, glycerin, and triethanolamine was equal to 0.3：0.2：6.0：6.0：6.0：1.2 in the optimized hydrogel formula.The sample was clear and transparent with stability.The pH value of fresh preparation and diluted carbomer gels was (6.380±0.053) and (6.710±0.017), respectively without irritation and allergic reaction.The viscosity and density of hydrogel were (21.23±0.31) Pa·s and (1.016±0.012) g·(cm3)-1, and it was nonirritating to skin, so that it could easily be spread on the skins.Furthermore, it could effectively inhibit the growth of staphylococcus aureus, escherichia coli and pseudomonas aeruginosa. Conclusion Carbomer hydrogel can be formulated successfully, which would be widely used as sterilized medical coupling agents in clinical ultrasonography.

Carbomer; Hydrogel; Single factor test; Acid-base method; Quality observation

2014-02-16

2014-05-05

*山东省科技攻关项目(2012YD 18063)；山东省中医药科技发展计划项目(2013-241)；山东省潍坊市科技发展计划项目(201302090)

郑增娟(1977-)，女，山东诸城人，讲师，硕士，研究方向：药物制剂。电话：0536-8462490，E-mail：zhengzengj@163.com。

张维芬(1966-)，女，山东昌邑人，教授，硕士生导师，博士，研究方向：药物制剂。电话：0536-8462490，E-mail：zwf212@126.com。

R943

B

1004-0781(2015)02-0244-05

DOI 10.3870/yydb.2015.02.028