星点设计效应面法优化盐酸文拉法辛油包水乳剂处方

王可可，易丽昕，姜明燕

(1.中国医科大学附属第一医院药学部，沈阳 110001；2.中国医科大学药学院，沈阳 110001；3.中国医科大学附属第四医院药学部，沈阳 110032)

星点设计效应面法优化盐酸文拉法辛油包水乳剂处方

王可可1，2，易丽昕3，姜明燕1，2

(1.中国医科大学附属第一医院药学部，沈阳 110001；2.中国医科大学药学院，沈阳 110001；3.中国医科大学附属第四医院药学部，沈阳 110032)

目的 采用星点设计效应面法优化盐酸文拉法辛油包水乳剂处方，以获得稳定的乳状液。方法 分别考察了乳化剂、盐酸文拉法辛、聚乙二醇和氯化钠用量对乳剂黏度、离心破坏率和平均粒径等指标的影响。用线性方程和二次多项式描述各指标及总评“归一值”与4个因素之间的数学关系，根据总评“归一值”的最佳数学模型描绘效应面，选择最佳处方，并进行预测分析。结果 4个因素和3个评价指标及总评“归一值”之间存在定量关系。优选的最佳处方：乳化剂P135为0.48 g，盐酸文拉法辛0.40 g，聚乙二醇0.26 g及氯化钠0.025 g。优化处方各指标的预测值和目标值接近。结论 所建立的模型预测性良好，可用于优化盐酸文拉法辛油包水乳剂处方，并获得性质稳定的乳状液。

文拉法辛，盐酸；星点设计；效应面；油包水乳液；乳化-超声分散法

水溶性药物具有水相中溶解度高、口服给药吸收迅速等优点，但由于其生物膜透过率低，造成生物利用度降低，使药物缓控释、靶向给药难度加大。为解决以上问题，尝试将水溶性药物制成油包水型乳剂，增加药物稳定性的同时，提高生物膜的透过率，同时具有一定的缓释作用[1]，可用作口服、透皮及注射给药系统；另一方面也可通过油包水乳剂实现水溶性药物在油性基质中的载药，当其作为药物载体分散在有机凝胶中时可使水溶性药物长效释药成为可能[2]。盐酸文拉法辛是常见抗抑郁药，水溶性好，目前市售多为缓释胶囊及缓释片。笔者尝试将其载入油包水型乳剂中，以增加生物利用度，并以注射用大豆油作为油相，制备文拉法辛乳剂。由于注射用大豆油成乳较困难，因此采用高分子乳化剂聚氧乙烯(30)二聚羟基硬脂酸酯(Arlacel P135)作为乳化剂；选用成乳效果好、粒子分布集中、操作简便、利于小剂量实验研究的方法—乳化-超声分散法制备文拉法辛乳剂。星点设计(central composite design，CCD)是新型的实验设计方法之一[3]，它具有实验次数少、精度高，模型预测性好等特点，在药学上应用广泛[4]。现常采用集数学和统计学方法于一体的效应面优化法(response surface methodology，RSM)[5-6]进行数据处理和拟和，二者结合，可直观的分析因素的最佳范围，从而找到适宜处方。笔者采用CCD-RSM法优化盐酸文拉法辛W/O乳剂处方。

1 仪器与试药

1.1 仪器 万分之一电子天平(沈阳龙腾电子称量仪器有限公司)，DF101S集热式恒温磁力搅拌器(浙江巩义英峪予华仪器厂)，JY92-II型超声波细胞粉碎机(宁波新艺科器研究所)，DELSA 440 SX电位-粒径分析仪(Bekman Coulter Co.Ltd.)，NDJ-8S型数显旋转黏度计(上海精密科学仪器有限公司)，离心沉淀机(江苏姜堰新康医疗器械有限公司)，DELSA 440 SX电位-粒径分析仪(Bekman Coulter Co.Ltd.)。

1.2 试药 盐酸文拉法辛(江西同和药业有限公司，批号：20091104)，Arlacel P135(Uniqema，USA，批号：0000383005)，注射用大豆油[中航(铁岭)药业有限公司，批号：Y12110102-3-01]，聚乙二醇400(PEG-400，批号：20110317)、明胶(批号：20101028)、司盘80(批号：20111217)、司盘85(批号：20120121)、聚山梨酯80(批号：20101023)(北京凤礼精求商贸有限责任公司)，氯化钠(sodium chloride，NaCl，天津博迪化工有限公司，批号：20111029)。

2 方法与结果

2.1 文拉法辛油包水乳剂的制备 称取处方量的 P135，加入注射用大豆油，30 ℃水浴搅拌使溶解作为外油相；称取处方量的文拉法辛、氯化钠、明胶和PEG-400，溶于处方量纯化水中，搅拌使其完全溶解作为水相。将水相注入油相中，40 ℃搅拌10 min，制得初乳。将初乳在同温度水浴下进行250 W超声处理6 min，得文拉法辛乳剂。

2.2 乳剂黏度的测定 取文拉法辛乳剂10 mL于U形管(内径2 cm，高8 cm)中，于室温下用旋转黏度计(2号转子，3 r·min-1)测定乳剂黏度(Pa·s)。

2.3 离心分离率的测定 量取文拉法辛乳剂5 mL置于离心刻度试管中，4 000 r·min-1(r=8 cm)离心30 min，取出后静置5 min，读取上层透明油相体积(V，mL)，按公式：离心分离率(%)=V/5×100%，计算文拉法辛乳剂的离心分离率。

2.4 平均粒径的测定 吸取文拉法辛乳剂0.3 mL，用注射用大豆油稀释至5 mL，搅拌均匀，将其倒入比色杯中置于DELSA 440 SX电位-粒径分析仪的待测槽中，称取等量注射用大豆油作为空白对照，测定乳剂的粒径(μm)。

2.5 乳化剂的选择 选择常用非离子乳化剂：司盘80、司盘85作为乳化剂，分别与聚山梨酯80以不同比例配伍混合使用，制备文拉法辛乳剂，比较乳剂外观及离心分离率，结果见表1。

司盘80及司盘85作为乳化剂时，体系呈现黄色乳状液，无蓝色乳光，且离心破坏率很高，均不能形成稳定乳液，配伍聚山梨酯80可适当降低其离心破坏率，但幅度很小，对稳定性的改善相当有限，不能获得稳定的载药乳剂。因此选用乳化能力更强的高分子乳化剂聚氧乙烯(30)二聚羟基硬脂酸酯(Arlacel P135)制备文拉法辛乳剂，结果见表2。

表1 不同组成文拉法辛乳剂的外观与离心分离率

Tab.1 Appearance and centrifugation breakage rate of venlafaxine emulsions with different constituents

司盘80司盘85聚山梨酯80%乳剂外观离心分离率/%5.00--黄色乳状液83.1±4.43.75-1.25黄色乳状液76.9±4.72.50-2.50黄色乳状液78.3±3.9-5.00-黄色乳状液90.8±6.5-3.751.25黄色乳状液86.3±7.2-2.502.50黄色乳状液85.6±6.9

“-”表示无

“-” means no

表2 P135对乳剂性质的影响

Tab.2 Effect of P135 on emulsion character

±s

P135作为乳化剂时，均获得了外观均一具有蓝色乳光的半透明乳状液，同时明显改善乳剂的稳定性。随用量的减少，破坏率虽有所增加，但均控制在15%以内，获得了高稳定性的文拉法辛乳剂。因此选用高分子乳化剂P135制备稳定的文拉法辛乳剂。

2.6 星点设计效应面法优化处方

2.6.1 因素和水平 考察对乳剂性质影响显著的P135用量(x1)、文拉法辛加入量(x2)、PEG-400用量(x3)以及氯化钠用量(x4)等4个因素对乳剂黏度(y1)、离心分离率(y2)、平均粒径(y3)等3个性质的影响。根据CCD原理，每个因素设5个水平按照CCD实验安排表格安排实验[4]，因素及水平见表3。

表3 4个自变量的取值范围及五水平

Tab.3 Range of four independent variables and five levels

g

2.6.2 实验与拟合 在多指标的优化过程中，由于每个指标受自变量影响不同，很难得到统一的优化条件。因此，根据各指标的实际意义和作用，选择一个综合指标合理地反映各因素对指标的综合影响，即总评优化值(overall desirability，OD)。可采用 “归一化”法对各个指标进行拟合，根据每个指标优选的条件将每个因变量均标准化为0.0～1.0之间的归一值(desirability)，各指标归一值求算几何平均数，即得总评优化值[7]。

对于欲达到最大化的指标：乳剂黏度，“归一值”计算公式如下：

(1)式中，Yi为实测值，Ymax和Ymin分别为各指标可以接受的最大值和最小值。当某个实验的指标≥Ymax时，将di设为1；

对于要进行最小化的指标，如离心分离率、粒径，“归一值”计算公式如下：

当实测指标值≥Ymax时，di=0；反之，当实测指标值≤Ymin时，di=1。根据实验的目的和结果，设定可接受指标的最大值和最小值(0.30 Pa·s≥黏度≥0.22 Pa·s，14.0%≥离心分离率≥9.0%，7.0 μm≥平均粒径≥4.9 μm)，再根据公式(1)、(2)计算出各指标的di，采用Hassan方法分别进行数学转换[8]，按公式(3)计算OD值。能使OD值最大化的因素水平设置即为最优化条件。

按照设计安排进行实验，分别制备不同处方的文拉法辛乳剂，测定各个样品的黏度、分离率和粒径，并计算OD值，所有因素及指标结果见表4。

表4 样品各指标的实测值及OD值

比较上述数学模型的相关系数可以看出，各因素均对考察指标乳剂黏度、分离率、粒径及OD值有显著影响。因此根据上述拟合方程，进行三维效应面分析。

2.6.3 效应面优化与预测 根据二项式方程，应用Origin8.0版软件分别绘制各OD与4个自变量的三维效应面，从中筛选出最佳的工艺水平，结果见图1。

从各指标的三维效应面中选取黏度较大、分离率较小、粒径较小，即综合指标较高的区域，找出其对应的自变量范围，结果见表5。

根据表5确定最佳处方为：x1=0.480 g，x2=0.400 g，x3=0.260 g，x4=0.025 g。将此最佳处方中各组分用量代入二项式方程获得各指标的最佳预测值，并根据此处方制备文拉法辛乳剂，实测各指标性质，并由公式(4)计算预测值与实测值之间的偏差RE。

式中Va为实测值，Vp为预测值。

实验结果见表6。结果表明，理论值与测得值偏差较小，说明本实验得到的拟合方程可以较好的描述因素与指标的关系。因此，可用于预测和优化文拉法辛乳剂处方。从而获得黏度较大、离心分离率及乳滴粒径较小的文拉法辛乳剂。

3 讨论

实验发现使用小分子乳化剂不能形成稳定乳剂，这是由于脂肪酸山梨坦虽可降低油水两相界面张力，定向排列在液滴周围形成单分子膜，但稳定性相对较弱，同时加入的聚山梨酯虽然可在油水界面形成复合凝聚膜，适当增加体系稳定性，但远未达到所需的稳定性。而P135为聚氧乙烯(polyethyleneglycol，PEO)及12-羟基硬脂酸酯(polyhydroxystearate，PHS)通过PHS-PEO-PHS形式相互连接组成的高分子聚合物W/O乳化剂[9]，相对分子质量约5 000。当P135分散在油水界面时，其分子中的中间部分PEO链溶于水相中，形成内核，构成锚体链，同时其分子两端的PHS链伸展于油相中，形成稳定链，无数个P135分子以这种锲形结构分布于油水界面，降低界面张力，形成稳定的聚合物膜[10-11]，从而获得稳定的W/O型乳剂。

图1 4个自变量及OD值的三维效应面及等高线图

Tab.5 Optimized ranges of the independent variables by index prediction g

表6 最优处方各指标的实测值与预测值

Tab.6 Observed and predicted values of each index of the optimized formula

指标VpVaRE/%黏度/(Pa·s)0.2970.290-2.6离心分离率/%9.91510.0101.0平均粒径/μm4.7184.9134.2OD0.9710.884-9.0

为获得具有黏度较大、破坏率较低、粒径较小，即稳定性较高的文拉法辛乳剂，需通过实验获得综合指标较高的处方。在实验研究的用量范围内乳化剂P135用量增加时，OD值随之增大，可见乳化剂的用量直接影响了乳剂的稳定性、黏度及粒径等性质，在一定范围内用量越多，获得的乳剂性质越稳定。P135为高分子乳化剂，具有很强的乳化能力，但用量过低仍会导致系统不够稳定，随着用量的增加，体系中表面活性剂分子增多，使其可形成具有更大比表面积的聚合物界面膜，在超声分散的作用下，形成具有更小粒径，均匀分散的乳剂液滴。

在实验研究的用量范围内，随着药物量的增加，OD值呈现先增加后降低的趋势，由于文拉法辛是可电离的水溶性药物，使得水相中离子强度增强，起到了稳定界面膜，增强相互排斥力的作用，因此在加入初期使乳剂具有更高的稳定性，同时载药量的增加使体系黏度增加。随着药物的持续加入，水相中药物浓度逐渐接近其溶解度，导致在形成乳剂液滴时，过多的药物不能全部被表面活性剂分子包容在液膜内，造成体系稳定性的下降及乳剂粒径的增大，因此药物用量应被控制在合理范围内。

助乳化剂PEG-400可增加水相黏度，防止乳滴合并，将其用于制备文拉法辛乳剂时，随其用量的增大，乳剂黏度降低、粒径增大，不利于获得稳定的文拉法辛乳剂。通常P135乳化剂经常在水相中加入无机盐配合使用，氯化钠作为常用电解质其用量的增加使体系OD值增加，乳剂外观细腻，黏度大，稳定性好，粒径小，可获得性质稳定优异的乳剂。

在使用星点设计设计实验优化处方时，通常需考察多个指标。当这些因素对处方的影响不一致时，需选择一个综合评定指标来获得最佳的实验条件，这可以通过总评“归一值”来实现，优化OD值，以获得实测值与预测值吻合较好的处方。

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DOI 10.3870/yydb.2015.05.021

Optimization of Preparation for Venlafaxine Hydrochloride W/O Emulsion by Central Composite Design-Response Surface Methodology

WANG Keke1,2, YI Lixin3, JIANG Mingyan1,2

(1.DepartmentofPharmacy,theFirstHospitalofChinaMedicalUniversity,Shenyang110001，China; 2.SchoolofPharmacy,ChinaMedicalUniversity,Shenyang110001，China; 3.DepartmentofPharmacy,theFourthHospitalofChinaMedicalUniversity,Shenyang110032，China)

Objective To optimize the formulations of venlafaxine hydrochloride(VH) emulsions by using central composite design-response surface methodology. Methods The effect of amounts of Arlacel P135, VH, PEG-400, and NaCl on the emulsion viscosity, centrifugation breakage, and mean diameter was systemically investigated, respectively.The desirable formulation that combining these three response variables was constructed.Linear equations and a second-order polynomial equation were fitted to the data, and the outcome equation was used to predict the responses in the optimal region. Results There was a quantitative relationship between 4 factors and 3 evaluation indexes and evaluation the “desirability” .The optimal formulation of the VH emulsion were as follows： taking 0.48 g of Arlacel P135, 0.40 g of VH, 0.26 g of PEG-400, and 0.025 g of NaCl.The experimental values of the response variables were highly closed to the predict values. Conclusion The model presents good prediction and can be used to optimize the preparation of VH emulsion, which obtaining stable W/O emulsion.

Venlafaxine, hydrochloride; Central composite design; Response surface; W/O emulsion; Emulsification-ultrasound divergence method

2014-07-28

2014-09-06

王可可(1983-)，女，辽宁沈阳人，主管药师，博士，专业方向：药物新剂型及临床药学。电话：024-83282662，E-mail：wkkcc@163.com。

R971.4；TQ460.6

B

1004-0781(2015)05-0644-05