固体分散体中药物分散状态测定方法的研究进展

曾庆云， 祝婧云， 赵国巍，3∗， 张守德， 廖正根， 梁新丽， 董 伟

（1. 江西中医药大学现代中药制剂教育部重点实验室， 江西 南昌330004； 2. 南昌大学第四附属医院，江西 南昌330004； 3. 陕西师范大学应用表面与胶体化学教育部重点实验室， 陕西 西安710119）

中药中诸多活性成分为难溶性化合物， 因溶解度问题使其应用受到限制， 如黄酮类的芦丁、 槲皮素， 皂苷类的甘草甜素、 齐墩果酸， 二萜内酯类的穿心莲内酯， 木脂素类的五味子甲素等。

药物制剂的重大阻碍之一是有优良药理活性的新化学实体中约40%是难溶的， 而固体分散体是将难溶性药物以分子、 无定形、 微晶等形式分散在载体中， 被广泛用于改善难溶性药物的溶解度、 溶出速率、 生物利用度［1］。 在中药现代化研究中， 由于中药中含有的脂溶性成分较多， 许多有效成分水溶性差， 制成传统剂型的生物利用度很低［2］。 近年来， 固体分散技术被应用到难溶性中药活性成分和有效部位的研究中， 如何晨［3］等制备的柿叶总黄酮-固体分散体、 Jiang［4］等制备的丹参酮ⅡA-固体分散体、 单冬媛等制备的穿心莲内酯-固体分散体［5］等， 都可显著改善难溶性活性成分的溶出行为。 在固体分散体中， 药物从晶体形式转变为无定形态， 甚至以分子水平分散在载体中， 能降低溶出时需要克服的能量位垒， 故固体分散体中药物的分散状态对其药剂学性质具有重大影响。

虽然固体分散体有众多优势， 但以其为基础的市场化产品数量很少， 主要原因是在固体分散体中分散的药物相对于其晶体形式而言具有较高的能量， 是热力学的不稳定或亚稳定系统， 有转化为稳定结晶态的趋势。 因此， 很多固体分散体长期贮存后会出现硬度增加、 晶体析出、 结晶粗化等老化现象， 导致溶解度降低、 溶出速率下降， 使得固体分散方法优势消失［6-9］。 因此， 研究固体分散体中药物的分散状态及其分散状态随着贮存时间延长变化情况， 对其性质评价、 稳定性研究等后续评价意义重大。 本文综述了近年来固体分散体中药物分散状态的光谱分析、 热分析、显微分析等测定方法原理、 优势及不足的研究进展， 为该制剂中药物分散状态的测定提供指导。

1 光谱分析

1.1 粉末X-射线衍射法 粉末X-射线衍射被用来鉴定物质的无定形和多晶型， 利用物质原子核周围的电子与X 射线辐射光子之间相互作用， 产生唯一的特定物质衍射图案，用来确定固体分散体中药物和载体的存在状态。 图像中尖锐峰表明是晶体物质， 而钝峰则表明是无定形物质［10］， 但其电子能量较高， 可能会对样品造成不同程度损坏。

唐婷 等［11］分 别 对 莲 心 碱、 聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮30（PVPK30）、 莲 心 碱-PVPK30-物 理 混 合 物、 莲 心 碱-PVPK30-固体分散体进行分析。 衍射图谱表明， 莲心碱表现为尖锐峰， 为结晶态； PVPK30 表现为钝峰， 为无定形；物理混合物中莲心碱的特征峰有不同程度的减弱或偏移，而固体分散体中药物结晶峰消失， 说明药物已完全转变成无定形。 Wang 等［12］通过该技术分析齐墩果酸、 聚乙烯吡咯烷酮、 物理混合物及固体分散体， 发现齐墩果酸显示出尖锐峰， 对应为结晶态； 聚乙烯吡咯烷酮无吸收峰， 对应无定形； 物理混合物衍射图谱仍表现出原药的特征峰； 固体分散体中齐墩果酸特征峰消失， 表明药物以无定形分散在载体中。

1.2 小角X 射线散射法 小角X 射线散射现象发生在入射光微小角度旁边， 其物质内部纳米电子密度不均匀是产生散射现象的根本原因， 对该图谱进行分析， 可定性描述物质的微结构。 近年来， 该技术已被应用于物质微结构表征、 散射体分形特征等若干方面， 是一种有效的表征物质亚微观结构的手段［13］， 其应用于固体分散体中来定性描述药物的分散状态也越来越受研究者青睐。

Singh 等［14］用该技术检测压缩对伊曲康唑-Soluplus-固体分散体中药物分散状态的影响， 将无定形固体分散体的粉末和粉末压成的片剂进行检测， 发现无定形药物在8.81°处存在吸收峰， 是药物无定形表现； 结晶型药物在1.41°处有特征峰。 由此可知， 粉末中的药物为无定形， 片剂的图谱在1.41°处无吸收峰， 表明压缩不会影响固体分散体中药物的分散状态。

1.3 傅里叶变换红外光谱法 傅里叶变换红外光谱法是一种新型的物质亚微观结构表征手段， 具有灵敏度高、 测量时间短、 光通量大、 光谱范围宽、 分辨率高、 杂散光少、适合于联机应用等优点［15］。 利用不同药物图谱的差异性，可将其应用于定性推测药物在固体分散体中的状态。

田茜等［16］采用该技术对沙棘总黄酮、 PVPK30、 物理混合物、 固体分散体进行分析， 发现沙棘总黄酮存在-OH及C ＝O 的吸收峰3 423 cm-1（尖锐峰）、 1 656 cm-1；PVPK30 存在-OH 及C＝O 的吸收峰3 452、 1 662 cm-1； 物理混合物中羟基峰、 羰基峰的波长没有太大变化； 固体分散体中特征峰的波长均变长， 由此推测药物与载体以氢键结合， 药物以无定形存在载体中。 Zhang 等［17］采用该技术对原人参二醇、 PEG6000、 泊洛沙姆188、 物理混合物、 固体分散体进行分析， 发现原人参二醇和聚合物在3 221 cm-1（-O-H 伸缩）， 2 943、 2 873 cm-1（-C-H 伸 缩）， 1 120、1 031 cm-1（-C-O 伸缩） 处存在相似特征峰； 物理混合物中特征峰依然存在； 固体分散体中原人参二醇的特征峰增宽和红移， 由此推测药物以无定形分散在载体中。

1.4 衰减全反射傅里叶变换红外光谱法 衰减全反射傅里叶变换红外光谱法是20 世纪80 年代将衰减全反射技术应用到傅里叶变换红外光谱仪上产生的一种新技术， 广泛应用于医药、 高分子材料的定性和定量分析， 具有制样简单、操作简便、 可直接用不经过处理的样品进行检测的特点，近年来开始应用于固体分散体中药物分散状态的定性以及药物结晶度的定量表达［18］。

Iqbal 等［19］采用该技术比较在相对湿度5%、 11%、33%、 75%、 100%下暴露2 h 后无定形的硝苯地平固体分散体中药物状态变化， 以762、 710 cm-1处的峰面积比变化来推测药物形态变化。结果表明， 在相对湿度5%、 11%、33%下比值保持在0.05， 表明药物状态是无定形的； 在相对湿度77%下比值上升至0.07， 表明药物已经有部分重结晶； 在相对湿度100% 下比值为0.17， 表明药物大部分处于结晶状态。

1.5 固体核磁共振技术 固体核磁共振技术是一种重要的结构分析手段， 其现象的产生是由于物质内部原子核的自旋和磁场相互作用， 故可从原子水平上去研究宏观物质。该技术在研究固体物质的微观结构时也被经常使用， 既能提供准确结构信息， 也可对固体物质内部分子的形态进行定性分析［20］。 根据不同形态药物图谱中特征峰形和化学位移的变化， 将该技术用于推测固体分散体中药物分散状态也变得越来越常见。

Yang 等［21］对共聚维酮、 克霉唑、 共聚维酮-克霉唑-固体分散体及相应的物理混合物进行分析。结果，13C-NMR 图谱显示共聚维酮聚合物谱显示出相对较宽的峰， 无定形性质； 克霉唑谱线窄， 表明有序的结晶性质； 物理混合物显示了共聚维酮与克霉唑的特征峰； 固体分散体与物理混合物相比化学位移发生明显改变和谱线明显增宽， 克霉唑以无定形分散在共聚维酮中。

1.6 拉曼光谱法与共焦显微拉曼光谱法 拉曼光谱法与共焦显微拉曼光谱法是与红外吸收光谱类似的分子振动光谱，通过分子官能团的振动转变可定性描述分子的结构， 更重要的是拉曼光谱具有可以进行无损测量、 样品制作简单、操作简便等优点。 共焦显微拉曼仪的优势在于其光路中多了一个共焦显微镜， 从而消除了杂散光的影响， 使获得的分子结构信息更加准确［22］。 近年来， 两者也被频繁应用于固体分散体形成物相的定性表征。

Cuzzucoli 等［23］采用拉曼光谱法对松香酸、 壳聚糖、 物理混合物、 固体分散体进行分析。 拉曼光谱法结果表明，松香酸在40～400 cm-1处呈现出尖锐峰； 壳聚糖无明显峰形； 物理混合物的峰形、 峰位与松香酸基本一致， 峰强有所减弱； 固体分散体未出现松香酸特征峰， 表明该成分以无定形态分散在固体分散体中。 Puncochová 等［24］对阿瑞匹坦2 种载体（PVP、 Soluplus） 的固体分散体进行共焦显微拉曼光谱分析， 首先对无定形药物、 结晶药物、 PVP、 Soluplus 进行分析， 分别在1 005、 1 047、 1 450、 935 cm-1处存在特征峰， 再对2 种固体分散体进行检测， 发现结晶药物峰消失， 表明药物是无定形状态。

1.7 太赫兹时域光谱法 太赫兹时域光谱法技术是基于飞秒激光技术所获得的宽波段TE 比脉冲， 具有大带宽、 高信噪比、 可在室温下工作等优点。 利用不同药物谱图的特异性， 可将该技术应用于固体分散体中药物分散状态的定性和定量描述， 推测固体分散体中药物的存在状态［25］。

Takeuchi 等［26］采用该技术测量了硝苯地平-PVPK30-固体分散体中硝苯地平形态在高湿条件下随时间的变化， 首先对无定形固体分散体和结晶型固体分散体进行分析， 发现后者在1.20 THz 存在强吸收； 再将前者在温度75 ℃、相对湿度大于80%下贮存0.25、 0.5、 1、 2、 3 h， 制备成5个样品片进行检测。结果， 随着时间增加， 样品在1.20 THz 处开始出现吸收峰， 表明硝苯地平由无定形转变了结晶型。

2 热分析法

2.1 差示扫描量热法 差示扫描量热法是指在程序控温下观察目标物质、 参比物功率差随温度变化而产生变化的一种技术， 具有分析快速、 准确性好、 样品用量少、 操作简单等优点。 近年来， 该技术开始应用于药物多晶型分析，通过所得的热分析曲线确定一种药物存在几种晶型、 各晶型物理性质、 是否发生相变， 对多晶型药物定性分析非常适用［27］。

崔锋等［28］采用该技术对高乌甲素、 物理混合物、 固体分散体进行分析。结果， 高乌甲素有一特征吸热峰； 物理混合物仍存在高乌甲素特征峰， 推断简单的物理混合并未使其存在形态发生改变； 固体分散体中高乌甲素特征峰消失， 表明它与载体PVPK30 形成新物相， 并以无定型形式存在于载体中。

2.2 高速差示扫描量热法 高速差示扫描量热法比传统差示扫描量热法有着更快的扫描速率， 从而灵敏度更高， 能用于微量分析而不会引起Tg损失， 而传统方法则不适合药物的微量分析。 该技术除了能定性检测含有量非常低的无定形是否存在外， 也能对其进行定量测定， 因为它以热流的台阶高度变化作为非晶态含有量的函数， 从而获得线性响应。 低样品质量和高灵敏度的组合， 使得该技术成为对无定形样品研究非常有价值［29］。

Merck、 Dohme 等［30］采用该技术研究默克开发的化合物的晶型， 通过称量适量的纯多晶型物并在旋涡混合器上混合， 制备含有0 ～100%比例范围的多晶型物A 和C。结果， 前者曲线只有1 个吸热峰， 表明只存在1 种晶型； 后者曲线有2 个吸热峰， 表明存在2 种晶型。

2.3 调制式差示扫描量热法 调制式差示扫描量热法是上世纪90 年代基于传统差示扫描量热法发展起来的一种分析技术， 与传统方法相比能通过温度调制将总热流分为可逆热流和不可逆热流， 具有较高的灵敏度和分辨率， 能准确测定聚合物的初始结晶度， 并可直接测量比热容， 但其测试效率相比于传统方法较低［31］。 该技术在研究高分子材料的玻璃化转变、 结晶、 熔融等复杂相变领域取得较大进步，近年来也开始应用于研究固体分散体中药物分散状态。

Nair［32］采用该技术对伊曲康唑、 羟甲基纤维素、 物理混合物、 固体分散体进行分析。结果， 伊曲康唑、 羟甲基纤维素存在吸热峰； 物理混合物显示两者特征吸热峰； 固体分散体吸热峰消失， 表明药物以无定形的形式分散。

3 显微法

3.1 扫描电镜法和环境扫描电镜法 扫描电镜法和环境扫描电镜法是将电子光学技术、 真空技术、 精细机械结构、现代计算机控制技术集于一身的复杂系统， 电子枪发射一束具有一定能量、 强度、 直径的微细电子束到样品表面，不同样品表面激发出不同次级电子， 经数据处理系统后得到其表面形貌的二次电子像。 结合显微镜高分辨率将该技术应用于固体分散体中药物分散状态测定时， 可准确定性地描述药物存在形态， 但对检测样品要求较高， 需将样品在真空环境下喷涂金膜处理后制成导电体， 成本较昂贵。

赵俊霞等采用扫描电镜法观察广金钱草总黄酮、 载药量50%固体分散体的表面和药物存在状态［33］， 发现总黄酮、 固体分散体表面结构有很大区别， 前者以结晶形式存在， 而后者无明显晶体存在， 表明药物以无定形态均匀分散在载体中形成固体分散体。 陈洁等［34］采用环境扫描电镜法对多烯紫杉醇、 泊洛沙姆188、 物理混合物、 固体分散体进行分析， 发现多烯紫杉醇呈片状晶体； 泊洛沙姆188为不规则颗粒晶体； 物理混合物观察到混合的不规则晶体；固体分散体中原药和辅料的原始形态消失， 药物呈无定形状态。

3.2 透射电子显微镜法 透射电子显微镜法具有穿透性，其发射高能电子束能穿透样品， 不同形态样品对电子束产生不同频率散射光， 形成的图像可反映样品形态， 具有高分辨率、 高放大倍数等特点， 通过观察显微像和分析选区电子衍射图， 可判断物质形态， 得到晶体结构信息［35］， 但其对样品处理和真空条件要求高。 同时， 高分辨率下该技术对固体分散体进行分析时， 可判断药物是否以无定形或结晶态存在。

Jin 等［36］采用该技术对染料木素、 染料木素-纳米二氧化硅物理混合物、 固体分散体进行分析， 发现纯药物呈规则的晶体结构； 物理混合物具有明显的晶体； 固体分散体中染料木素晶体完全消失， 表明药物完全以无定型状态存在载体中。 Singh 等［37］采用该技术对替米沙坦2 种载体（刺槐豆胶和泊洛沙姆） 的固体分散体进行分析， 发现替米沙坦有明显晶型； 2 种载体为表面光滑的大颗粒结晶；固体分散体中药物都是无定形的， 而且比较两者无定形粒径大小可知， 刺槐豆胶作为载体制备替米沙坦固体分散体的效果更好。

3.3 偏振光显微镜法 偏振光显微镜法是以偏振光为光源进行镜检的一种方法， 通过物质对其产生的是单折射（各向同性） 或双折射（各向异性） 的现象来鉴别物质的形态。 晶体物质产生双折射现象， 而非晶体则没有， 根据这种特性将该技术运用于固体分散体中药物状态的研究， 可很准确地定性描述药物状态， 但其操作要求高， 应用范围小。

张泸等［38］采用该技术分析以不同比例的共聚维酮和聚维酮为载体的丹皮酚固体分散体。结果， 当原药与2 种载体的比例为1 ∶1 时， 呈现出双折射现象， 表明以晶体形式存在； 当比例为1 ∶3、 1 ∶5 时， 双折射现象消失， 表明形成了无定形产物。

3.4 热台偏光显微镜法 热台偏光显微镜法可非常直观地观察到药物形态， 操作简单， 还可利用控温程序控制温度这一重要影响因素来观察药物的结晶速率， 从而定性描述药物型态随温度的变化和相转变的快慢。

Meng 等［39］采用该技术对Rafoxanide 2 种载体（聚维酮和共聚维酮） 的固体分散体进行分析， 发现2 种固体分散体未出现双折射图像， 表明药物以无定形存在。 再对样品进行加热， 并观察其药物状态变化， 发现加热到对应差示扫描量热吸热峰出现时的温度时未出现双折射图像， 表明吸热峰不是由于药物结晶引起的， 具体有待进一步研究。

4 其他方法

4.1 水蒸气吸附法 水蒸气吸附法是根据药物的无定形、结晶态吸水性的不同来判断药物的状态。 不同药物与不同载体具有不同形态与某种特有官能团， 从而造成吸水性差异， 根据这种特性可用来推测药物存在形式， 但其应用范围较小。

Zijlstra 等［40］采用该技术分析不同载药量的环孢素-菊粉-固体分散体中药物形态。结果， 水量和载药量呈正相关， 具有以菊粉为载体的无定形固体分散体吸水特性［41］，表明固体分散体中环孢素与菊粉的亲水性未发生变化， 总是吸收定量水分； 药物存在形式也未发生改变， 依旧保持无定形。

4.2 原子力显微镜-局部热分析连用法 Yang 等［42］采用该技术检测加工方法对非洛地平-丙烯酸树脂-无定形固体分散体表面药物状态随时间变化的影响， 并通过旋转涂层、热熔挤出2 种方法得到载药量10% ～90%的无定形固体分散体。 首先， 对纯无定形、 结晶体非洛地平进行局部热分析联用检测， 发现两者软化温度分别为（42±3）、 （123±2）℃； 再将样品在室温、 相对湿度75% 下保存10 个月后进行测定， 发现用热熔挤出法制得的无定形固体分散体（载药量10% ～90%） 原子力显微镜图像显示出明显结晶体状， 出现2 个转变温度， 进一步表明药物由无定形转变成结晶态； 用旋转涂层法制得的样品在载药量低于50%时药物保持无定形， 高于50%时出现了结晶药物。

5 结语

随着固体分散体的深入研究， 准确定性定量描述其中药物分散状态也变得越来越重要。 近年来随着科学技术发展， 各种表征方法不断得以改进， 多种新型分析方法陆续出现， 如热分析技术灵敏度不断提高、 实现了从常量分析到微量分析的转变等。 同时， 将几种技术联合使用可弥补各自不足， 能更准确地描述固体分散体整体变化， 极大提高了分析准确性， 使相关研究快速发展、 日益成熟。

然而， 现有分析手段难以作到准确定量描述， 没有解决本质问题， 故灵活运用现代科学技术结合不同学科知识以探索更简便有效的分析方法是首要任务。 如何准确阐述固体分散体中药物与载体的作用机制， 药物相变过程的动力学和热力学规律， 从本质上克服固体分散体易老化的问题， 仍然是现阶段研究难点， 需不断进行深入探索。