介孔二氧化硅纳米粒对穿心莲内酯载药性能及药物释放的影响

吕洁琼，林君红，崔升淼

(广东药科大学 中药学院，广东 广州 510006)



介孔二氧化硅纳米粒对穿心莲内酯载药性能及药物释放的影响

吕洁琼，林君红，崔升淼

(广东药科大学 中药学院，广东 广州 510006)

目的 制备介孔二氧化硅纳米粒，并研究它对穿心莲内酯载药性能及药物释放的影响。方法 以介孔二氧化硅纳米粒负载穿心莲内酯，采用N2吸附、DSC、SEM、XRPD进行表征，并测定纳米粒的载药量和体外药物释放量。结果 投药量为10%、20%、25%、30%时，药物质量分数分别为6.89%、14.8%、19.6%、22.3%；载药后样品分散均匀，外观、大小与载药前相比均无显著变化；载药后比表面积、孔容量、孔径均比载药前降低。体外溶出度试验表明，穿心莲内酯介孔二氧化硅纳米粒(MSNs-AND)的体外溶出度均比穿心莲内酯原料药高，且差异具有统计学意义。结论 介孔二氧化硅纳米粒可实现穿心莲内酯的高负载，并可显著提高其溶出度。

穿心莲内酯； 介孔二氧化硅； 纳米粒； 体外释放

穿心莲内酯(andrographolide,AND)为二萜类内酯化合物，是中药穿心莲(AndrographisHerba)的主要有效成分之一，具有较好的免疫调节及抗肿瘤作用，治疗胃癌、肺癌、大肠癌等多种肿瘤效果明显[1-2]。但穿心莲内酯水溶性差、溶出较低，因此限制了药物的口服吸收。介孔二氧化硅纳米粒已得到越来越广泛的关注，具有较高的比表面积、较大的孔容量、生物相容性良好且价格相对低廉，可将难溶性药物装载于其中，增大药物溶出面，提高药物溶出度，进而可提高药物口服生物利用度[3-4]。本研究以介孔二氧化硅纳米粒为载体，负载穿心莲内酯，并对纳米粒的载药量和体外药物释放量进行考察。

1 仪器与试药

AUTOSORB-1-MP全自动比表面及孔隙度测定仪(美国康塔)；ADVANCE X-射线衍射仪(德国Bruker)；STA 409同步热分析仪(德国Netzsch)；JSM-6060扫描电镜(日本电子Jeol)；高效液相色谱仪、紫外检测器(日本岛津公司) 。

穿心莲内酯原料药(陕西锦泰生物工程有限公司，批号：JT20091205，质量分数：98%)；穿心莲内酯对照品(中国药品生物制品检定院，批号：0797-9302)；介孔二氧化硅纳米粒(自制)；甲醇(江苏汉邦科技有限公司，色谱纯)；其他试剂均为市售分析纯。

2 方法与结果

2.1 穿心莲内酯介孔二氧化硅纳米粒(MSNs-AND)的制备

精密称取适量穿心莲内酯原料药于锥形瓶中，加入适量的无水乙醇使其质量浓度为20 mg/mL，于60 ℃水浴加热使药物溶解，再加入不同比例的介孔二氧化硅纳米粒，密封条件下，于60 ℃下搅拌4 h。敞口条件下继续加热搅拌，使乙醇慢慢挥发至使纳米粒呈湿润状态，用约5 mL热无水乙醇洗涤残余药物，最后置真空干燥箱中过夜，即得到MSNs-AND。

按照药物与材料的质量比为1∶9、1∶4、1∶3、3∶7的比例，即投药量为10%、20%、25%、30%，分别制得MSNs-AND，分别命名为MSNs-AND(10)、MSNs-AND(20)、MSNs-AND(25)、MSNs-AND(30)。

2.2 MSNs-AND的表征测试

2.2.1 扫描电镜分析 取样品放于样品台上，置于离子溅射仪中喷金15 s，并于扫描电镜中观察拍照，结果见图1。结果显示，介孔二氧化硅纳米粒粒径在100 nm左右，外观规则、圆整，且分散较均匀。载药后MSNs-AND外观形状、大小均无较大变化，未发现穿心莲内酯晶体结构，原因可能是药物被吸附在介孔二氧化硅材料的表面及被装载进介孔二氧化硅纳米粒的孔道里。另外，载药后的纳米材料边缘较未载药的模糊，且随着载药量的增大，该现象越明显，原因可能是由于材料的孔道和表面吸附药物所造成的。

2.2.2 比表面及孔隙度分析(BET) 测定MSNs和MSNs-AND(30)载药前后的氮吸附脱附等温线(见图2)，并计算相应的孔型、孔径、比表面积、孔容量等信息，结果见表1。可见，载药前的介孔二氧化硅纳米粒(MSNs)呈现出典型的Ⅳ型等温吸附线，具有Ⅳ型等温吸附线2个典型拐点，说明具有介孔结构。但载药后，即MSNs-AND(30)等温吸附线与空白介孔二氧化硅纳米材料有偏差，其Ⅳ型等温吸附线的特征减弱，第1个拐点不明显，可能是载药后药物填充于孔道中，甚至是堵塞孔道所致。另外，根据吸附曲线计算MSNs载药后的比表面积为616.98 m2/g，较载药前降低了40.7%，孔容量、孔径则较载药前分别降低了50%、21.5%，进一步证明药物已经装载到MSNs的介孔中。

A.MSNs-AND(10)； B.MSNs-AND(20)； C.MSNs-AND(25)； D.MSNs-AND(30)； E.MSNs。

图1 介孔二氧化硅纳米粒载药前后的扫描电镜图

Figure 1 The results of SEM before and after loading of MSNs

图2 MSNs、MSNs-AND(30) N2等温吸附曲线

Figure 2 The result of N2adsorption isotherm of MSNs and MSNs-AND(30)

表1 MSNs、MSNs-AND(30) N2等温吸附结果

Table 1 The result of nitrogen adsorption isotherm of MSNs and MSNs-AND(30)

样品比表面积/(m2·g-1)孔容量/(cm3·g-1)孔径/nmMSNs1040.520.883.39MSNs-AND(30)616.980.412.66

2.2.3 DSC热分析 穿心莲内酯原料药、空白材料、药物与材料(质量比1∶9)的物理混合物、MSNs-AND(30)、MSNs-AND(25)、MSNs-AND(20)、MSNs-AND(10)的DSC热分析结果见图3。可见，穿心莲内酯在230 ℃处有1个吸热峰，而MSNs在整个升温过程中均无放热或吸热峰。

图3 MSNs的DSC曲线图
Figure 3 DSC spectrum of MSNs

2.2.4 X线粉末衍射分析(XRPD) 穿心莲内酯原料药、空白材料、药物与材料(1∶9)的物理混合物、MSNs-AND(30)、MSNs-AND(25)、MSNs-AND(20)、MSNs-AND(10)的X线粉末衍射分析结果见图4。可见，物理混合物和原料药在11°左右有1个强的晶体衍射峰，在16～18°之间有2个较强的晶体衍射峰，而MSNs材料仅有1个很弱的弥散峰。MSNs-AND(10)、MSNs-AND(20)无明显的药物特征峰出现，与空白MSNs相近，说明药物是以无定形形式存在，该结果与DSC分析结果相一致。MSNs-AND(25)则与MSNs-AND(30)不同，并没有呈现出较明显的药物衍射峰，而仅在11°、16～18°处呈现3个非常小的衍射峰。

2.3 载药量和体外释放试验

2.3.1 载药量的测定 精密称取适量样品置于50 mL容量瓶中，加入甲醇40 mL，超声15 min，定容至刻度。用0.45 μm微孔滤膜滤过后，参考2015年版《中国药典》一部穿心莲内酯项下含量测定方法进行测定[5]，其标准曲线为y=97 906x+25 113，R2=0.999 9，线性范围为2.94～39.23 μg。MSNs-AND(10)、MSNs-AND(20)、MSNs-AND(25)、MSNs-AND(30)药物质量分数分别为6.89%、14.8%、19.6%、22.3%。MSNs-AND中的穿心莲内酯质量分数均比投药量低，分别下降了31.1%、26%、21.6%、25.7%，原因主要是：用热乙醇洗涤时，将大部分没有被MSNs吸附的药物及部分材料表面的药物洗涤，造成了药物的损失；由于载药过程时间较长，且在加热条件下进行，可能会使部分药物降解，导致最终药物质量分数降低。

图4 MSNs的X线衍射图谱
Figure 4 X ray diffraction pattern of MSNs

2.3.2 体外释放研究 DSC热分析结果可知，MSNs材料对穿心莲内酯的较佳载投药量为10%、20%，而DSC与XRPD结果均表明MSNs-AND(30)出现明显的药物特征峰，说明该投药量大于MSNs材料的装载能力。因此选择MSNs-AND(10)、MSNs-AND(20)、MSNs-AND(25)3种载药MSNs材料进行体外释放的研究。

以pH6.8磷酸盐缓冲溶液900 mL作为溶出介质，温度保持在(37±0.5)℃。取穿心莲内酯原料药20 mg，含有20 mg药物的MSNs-AND(10)、MSNs-AND(20)和MSNs-AND(25)，每个样品平行操作3份，分别投入溶出杯中，立即启动旋转并开始计时，转速为100 r/min，分别在5、10、15、20、30、45、60、75、90、120 min吸取溶液5 mL，同时补入等温等量的空白介质溶液。样品立即经0.45 μm微孔滤膜滤过。样品按文献[5]方法进行测定，标准曲线方程为y=1.0×105+20 008，R2=0.999 9，线性范围为0.30～8.06 μg。溶出曲线见图5。根据文献[6]，分别选用各组在15、30、60、120 min的数据利用SPSS软件进行重复测量数据的两因素多水平分析。结果表明MSNs-AND(10)、MSNs-AND(20)、MSNs-AND(25)的溶出效果比穿心莲内酯原料药好，差异均具有统计学意义(P<0.05)。

图5 MSNs-AND的溶出曲线

Figure 5Invitrorelease profiles of MSNs-AND (n=3)

3 讨论

本文DSC热分析结果显示，物理混合物和原料药均有明显的药物峰出现，而MSNs-AND(10)、MSNs-AND(20)与空白MSNs均无药物吸热峰出现，说明MSNs-AND并不是一个简单的物理混合物，二者结合方式发生了变化，且药物可能以无定形方式存在；而MSNs-AND(25)与MSNs-AND(30)则有较弱的药物峰出现，其原因可能是MSNs-AND(25)和MSNs-AND(30)中的药物含量较大，载药时溶剂与介孔存在表面张力，使得药物不能进入到孔道的最中心而在近孔道口端处及孔道口周边处堆积，药物堆积过多时便形成药物晶体。MSNs-AND(30)的吸热峰比MSNs-AND(25)明显，前者载药量较后者多，说明载药量增加后，孔道口周边及近孔道口端药物堆积增多形成了药物结晶。从DSC热分析结果可以观察到物理混合物、MSNs-AND(25)、MSNs-AND(30)的药物吸热峰时间均比原料药峰延后，其原因可能由于介孔二氧化硅材料主要成分是SiO2，属惰性材料，稳定性好，阻碍了药物的传热，呈现出吸热峰延后的现象。

X线粉末衍射分析结果与DSC结果并不完全一致，说明MSNs-AND(25)与MSNs-AND(30)存在不同的药物晶体量，其原因可能是MSNs-AND(25)药物含量较低，药物在近口端或孔道口的堆积并没有形成较大的晶核，而MSNs-AND(30)的药物含量较高，药物堆积程度较大，形成了较大的晶核，故MSNs-AND(30)不仅在11°、16～18°处有3个明显的药物峰出现，且在20～25°间还有一些微弱的药物衍射峰出现。

本文的体外溶出试验结果证明，具有较大比表面积及孔容量的介孔二氧化硅确可显著提高水难溶性药物穿心莲内酯的溶出度，但存在溶出不完全的问题。以MSNs-AND(20)为例，120 min时的累积溶出度仅为89.52%。其原因可能与溶出介质的表面张力有关。在293 K即19.85 ℃下，水的表面张力系数为72.75×10-3N/m ,乙醇为22.32×10-3N/m，即乙醇的表面张力明显比水小；且随着温度的升高，溶剂的表面张力下降[7]。本研究采用60 ℃乙醇将药物溶解后进行载药，溶出介质是37 ℃的pH6.8缓冲盐溶液，载药时，药物溶液可以进入到介孔二氧化硅孔道的更内部，并将药物分散在孔道上。但是溶出介质由于其表面张力较60 ℃乙醇的大，导致进入孔道较短，因此内部的药物因溶出介质没有浸润而停留在介孔二氧化硅载体材料上，最终导致药物溶出不完全。

[1] 杨静.穿心莲内酯的研究进展[J].中草药,2009,40(7):1168-1170.

[2] 亓翠玲,王丽京,周鑫磊.穿心莲内酯抗肿瘤作用机制的研究进展[J].中国中药杂志,2007,32(20):2095-2097.

[3] 龚艳容，谢萌，徐爱仁,等.载多柔比星杂化介孔二氧化硅纳米粒的制备及其性能研究[J].中国药学杂志,2011,46(18):1427-1431.

[4] 刘亚男，裴高升，邱喜龙,等.介孔二氧化硅纳米粒对黄酮类化合物载药性能及药物释放的影响[J].中成药,2016,38(3):528-532.

[5] 国家药典委员会.中华人民共和国药典：2015年版一部[M].北京:中国医药科技出版社,2015:423.

[6] 邱宏,金国琴,金如锋,等.水迷宫重复测量数据的方差分析及其在SPSS中的实现[J].中西医结合学报,2007,5(1):101-104.

[7] 任文辉,林智群,彭道林.液体表面张力系数与温度和浓度的关系[J].湖南农业大学学报,2004,30(1):77-79.

(责任编辑：陈翔)

Effects of mesoporous silica nanoparticles on the drug loading and release of andrographolide

LYU Jieqiong,LIN Junhong,CUI Shengmiao

(SchoolofTraditionalChineseMedicine,GuangdongPharmaceuticalUniversity,Guangzhou510006,China)

Objective To prepare mesoporous silica nanoparticles and study their effects on Andrographolide (AND) drug loading and release. Methods The mesoporous silica nanoparticles loaded with AND were prepared. Nitrogen adsorption,DSC,SEM and XRPD were used for characterization. The drug loadings and the cumulative release percentage of MSNs-AND were determined. Results The content of the dosage of 10%,20%,25% and 30% were 6.89%,14.8%,19.6% and 22.3%. After loaded,the dispersion of MSNs-AND was more uniform,but there were no significant changes in their appearance and size. But after loaded,the specific surface area,pore volume and pore size were reduced. The dissolution of the MSNs-AND was higher than AND crude drug and the difference was significant. Conclusion The mesoporous silica nanoparticles can help to achieve a high drug loading of AND，and increase its dissolution rate significantly.

andrographolid; mesoporous silica; nanoparticles;invitrodrug release

2016-06-24

国家自然科学基金青年基金项目(81302715)；2015年广东省大学生创新创业训练计划项目(201510573033)

吕洁琼(1994—)，2013级中药学专业本科生；通信作者:崔升淼(1974—)，女，博士，教授，硕士生导师，从事中药新剂型与新技术研究，电话: 020-39352169,E-mail: cuishengmiao@qq.com。

时间：2016-10-08 14:54

http://www.cnki.net/kcms/detail/44.1413.R.20161008.1454.004.html

R944

A

1006-8783(2016)05-0555-04

10.16809/j.cnki.1006-8783.2016062401