星点设计-效应面法优化吲哚美辛亲水凝胶贴剂基质处方及成型工艺

张永萍¹, 徐剑¹, 谢伟杰¹^,²

1.贵阳中医学院药学院,贵阳 550002

2.中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所,北京 100193

ZHANG Yongping¹, XU Jian¹, XIE Weijie¹^,²

1.School of Pharmacy, Guiyang College of Traditional Chinese Medicine, Guiyang 550002, China

2. Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100193, China

作者简介:张永萍(1965-),女,贵州贵阳人,教授,博士生导师,研究方向:药物新剂型、新制剂、新工艺。电话:0851-88233087,E-mail:zgygpg@126.com。

基金资助: 国家苗药工程技术研究中心项目(2014FU125Q09)

中图分类号: R971.1;TQ460.6 文献标识码: B 文章编号: 1004-0781(2018)05-0593-07

摘要: 目的优化吲哚美辛新型亲水凝胶贴剂的成型基质处方,确定成型工艺。方法以保湿性、黏附性、感官作为贴剂成型的评价指标,利用星点设计-效应面法优化贴剂的基质处方,考察确定小批量制备贴剂的工艺参数。结果通过回归模型与效应面优化预测,确定贴剂基质最佳处方为聚乙烯醇(PVA)17.350 g、明胶9.999 g、聚乙烯吡咯烷酮6.260 g、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)8.140 g、卡波姆3.000 g、甘油12.880 g、丙二醇12.880 g、三乙醇胺4.200 g,此基质组成的贴剂失水率11.9%,粘附住8号小球,感官评分为95.7;体外透皮实验表明,48 h内优化后贴剂透皮释放符合零级动力学模型,达到控制释放的作用。结论该贴剂均匀,平整光滑,黏附力强,柔软性良好,机械韧性强,能控制药物释放。

关键词: 吲哚美辛亲水凝胶贴剂 ; 星点设计-效应面法 ; 基质处方 ; 成型工艺

Abstract:

Objective To optimize the matrix formulation of indomethacin hydrophilic gel matrix patches and to confirm its forming process. Methods The moisture retention, the adhesion, and the look were used as indexes. Matrix prescription of indomethacin hydrophilic gel patches were optimized by central composite design-response surface methodology. The technological parameters of the small scale preparation patches were determined. Results The regression models and response surface methodology showed that the optimized matrix formulation was as follows: 17.350 g of PVA, 9.999 g of gelatin, 6.260 g of PVP, 8.140 g of CMC-Na, 3.000 g of carbomer, 12.880 g of glycerol, 12.880 g of propylene glycol, and 4.200 g of triethanolamine. This water-loss rate of this matrix was 11.9%, which adhered to the 8th ball, and the sensory grade was 95.7;in vitro transdermal tests showed that the release of the optimized patches in 48 hours was mainly consistent with the zero-order kinetics model, so as to achieve controlled release. Conclusion The optimized patches are uniform and smooth with strong adhesion, good flexibility, mechanical strength and good control of the drug release.

Key words: Indomethacin hydrophilic gel patches ; Central composite design-response surface methodology ; Matrix formulation ; Molding process

吲哚美辛为非甾体抗炎、解热、镇痛药,为降低口服给药引起的严重不良反应^[1]。前期研究表明,不同pH条件下,吲哚美辛均具有一定透皮吸收作用^[2,3,4]。因此,本课题采用均匀设计对贴剂基质的处方进行筛选研究,采用星点设计-效应面法(central composite design-response surface methodology)对吲哚美辛亲水凝胶贴剂基质处方进行优化,确定贴剂的优选基质处方;同时考察贴剂的成型工艺,保证贴剂质量稳定性,达到控释放的目的,为后期经皮给药物理促渗新技术的开发研究奠定基础^[5]。

1 试药与仪器

1.1 试药

吲哚美辛对照品(中国食品药品检定研究院,批号:100258-200904,含量:99.9%);吲哚美辛原药(上海源叶生物科技有限公司,含量>99.5%,批号:YY-17J6C1);羟丙甲基纤维素(HPMC)、聚乙烯醇-1750(PVA-1750)、聚乙烯吡咯烷酮(PVPK-30)、卡波姆(Carbomer)-940(分析纯,均购于上海源叶生物科技有限公司);聚乙烯醇-124(PVA-124,分析纯,进口分装,购于广州医药站化学试剂公司,批号:920315)羧甲基纤维素钠(CMC-Na);明胶、三乙醇胺、丙三醇、丙二醇均为(分析纯),纯净水(娃哈哈纯净水),其他用水为实验室自制纯化水。

1.2 仪器

Agilent 1260型高效液相色谱仪(美国安捷伦公司);TK-12B型透皮扩散实验仪(上海锴凯科技贸易有限公司);PL3000型冷冻干燥机(丹麦HetoHolten公司);AE240型电子天平(METTLER公司,感量:0.01 mg);TGL-16B 型台式离心机(上海安亭科学仪器厂);DZ-2BC型真空干燥箱(天津市泰斯特有限公司);HH-4型数显恒温水浴锅(常州澳华仪器有限公司);初黏力测定装置(贵阳中医学院药物制剂实验室提供),中药巴布剂成型机(贵阳中医学院药物制剂实验室提供)。

2 方法与结果

2.1 初步筛选

前期采用均匀设计对该贴剂的基质材料进行了考察筛选^[4],确定其组成为:PVA 7.686 g、PVPK-30 9.662 g、甘油19.992 g、明胶9.999 g、CMC-Na 13.997 g、卡波姆3.000 g、HPMC1.500 g。

2.2 评价指标

2.2.1 保湿性测定采用失水率测定法^[6,7]:取各成型贴剂(n=3),精密称量贴剂膏体M₀后,置于盛有68%硫酸溶液的干燥器中,于30 ℃恒温培养箱中保存24,48 h后,再次称量M₁。计算失水量△M = M₀-M₁与失水率M_L=△M / M₀,贴剂的保湿性M_R=1-(M₀-M₁)/M₀;保湿性评分Y₁=100×[1-(M₀-M₁)/M₀]。

2.2.2 黏附性测定参考2015年版《中华人民共和国药典》·四部(通则0952第一法),采用球斜坡法^[4]测定贴剂初黏力:在倾斜板上,倾斜角45°,两条刻度线之间将贴剂黏性面向上固定,制剂样品应平整贴合于板上。用镊子把适宜球号的钢球放在起始线上,将钢球从斜面的项端自由滚下,观察是否能在实验段内被粘住(停止移动超过5 s)。根据小球号N值,计算初黏力评分Y₂=10×(N-5)+40,N代表各球号数字(N是由3批样品3次测定结果的均值)。

2.2.3 感官评价感官评价^[4]从3方面进行评价:柔软性、机械强度、面体光泽。贴剂表面光滑整洁、整体均匀一致则记录1个“+”,色泽好则记录1个“+”,反复折叠后表面平整、无褶皱则记录1个“+”,无气泡、无颗粒团块则记录1个“+”,以上均无记为“0”;若制备后贴剂的各方面表现为难以成型、外观差分别记录1个“-”。根据以上等级划分,“-”代表负值,与“+”相反,相加后每组“+”的个数用n表示;根据n值计算感官评分Y₃=15×(n+1)+25(n表示“+”个数,由3批样品3次测定结果均值)。

2.3 星点设计优化

2.3.1 因素水平根据前期研究,筛选影响显著的4个因素:PVA (A)、PVPK-30 (B)、甘油 (C)、CMC-Na (D),采用星点设计-效应面法^[8,9]进一步优化基质处方。根据星点设计原理,参考均匀设计初选的结果,各因素水平用代码-2,-1,1,2来表示,因素水平与编码见表1。

表1

因素与水平编码

Tab.1

Factors and levels of central composite design g

水平编码	PVA (A)	PVPK-30 (B)	甘油 (C)	CMC-Na (D)
2	15.0	13.0	25.0	17.5
1	12.0	10.0	20.0	14.0
-1	6.0	4.0	10.0	7.0
-2	3.0	1.0	5.0	3.5

2.3.2 星点设计结果根据各因素与水平,利用Design-Expert8.0.5版软件,设计安排各组实验,按上述“2.2”项制备工艺制备贴剂;其中丙二醇按与甘油量1:1比例加入,三乙醇胺按与carbomer-940量1.4:1比例加入,明胶用量为9.999 g;成型后,测定贴剂各指标:失水率、初黏力、感官评价,分别按公式计算指标值Y₁、Y₂、Y₃。基于前期研究^[4]与各指标的模型方差分析结果,贴剂的保湿性与初黏力^[4,5,6]对贴剂质量与透皮释放影响差异有统计学意义,故设定两者的评分权重系数为0.4;而感官评价设定权重为0.2,故综合加权评分Y=0.4×Y₁+0.4×Y₂+0.2×Y₃。实验与结果见表2。

表2

星点设计实验与结果

Tab.2

Central composite design and its results n=3

编号	PVA (A)	PVPK-30 (B)	甘油 (C)	CMC-Na (D)	测定结果与评分
编号	PVA (A)	PVPK-30 (B)	甘油 (C)	CMC-Na (D)	保湿性评分 (Y₁)	初黏力评分 (Y₂)	感官评分 (Y₃)	综合评分 (Y)
1	9.00	7.00	15.00	10.50	88.33	55.00	62.50	69.83
2	9.00	1.00	15.00	10.50	75.23	50.00	70.00	64.09
3	9.00	7.00	5.00	10.50	78.95	60.00	10.00	57.58
4	6.00	10.00	10.00	7.00	54.23	90.00	17.50	61.19
5	9.00	7.00	15.00	17.50	92.85	75.00	85.00	84.14
6	15.00	7.00	15.00	10.50	91.14	60.00	70.00	74.46
7	9.00	7.00	15.00	3.50	82.55	53.00	92.50	72.72
8	12.00	4.00	10.00	7.00	80.53	35.00	85.00	63.21
9	12.00	4.00	20.00	7.00	70.84	95.00	97.00	85.73
10	12.00	10.00	20.00	14.00	65.05	70.00	47.50	63.52
11	6.00	4.00	20.00	14.00	74.54	60.00	25.00	58.82
12	12.00	4.00	20.00	14.00	64.96	40.00	70.00	55.98
13	12.00	10.00	20.00	7.00	81.08	50.00	85.00	69.43
14	6.00	4.00	20.00	7.00	81.55	60.00	77.50	72.12
15	6.00	10.00	20.00	14.00	79.56	78.00	97.00	82.42
16	6.00	4.00	10.00	14.00	77.33	70.00	70.00	72.93
17	3.00	7.00	15.00	10.50	80.48	50.00	85.00	69.19
18	9.00	7.00	25.00	10.50	86.54	70.00	47.50	72.12
19	9.00	7.00	15.00	10.50	87.95	55.00	62.50	69.68
20	6.00	10.00	10.00	14.00	71.53	53.00	40.00	57.81
21	6.00	10.00	20.00	7.00	72.14	100.00	47.50	78.36
22	12.00	4.00	10.00	14.00	70.95	60.00	100.00	72.38
23	9.00	7.00	15.00	10.50	88.45	55.00	62.50	69.88
24	9.00	7.00	15.00	10.50	88.35	55.00	62.50	69.84
25	6.00	4.00	10.00	7.00	69.21	60.00	77.50	67.18
26	9.00	7.00	15.00	10.50	88.30	55.00	62.50	69.82
27	12.00	10.00	10.00	7.00	77.43	75.00	85.00	77.97
28	12.00	10.00	10.00	14.00	90.57	60.00	77.50	75.73
29	9.00	7.00	15.00	10.50	88.15	55.00	62.50	69.76
30	9.00	13.00	15.00	10.50	91.43	90.00	92.50	91.07

2.3.3 回归模型分析依据实验结果,利用Design-Expert8.0.5版软件,以综合加权评分(Y)为效应值,利用最小二阶乘法对各自变量(A、B、C、D)进行多元线性回归和多项式方程拟合,比较各模型拟合参数(表3),结果表明,对多个因素采用3次多项式回归模型较优。

表3

多种模型拟合分析

Tab.3

Fitting analysis on multiple models

方差来源	平方和	自由度	均方	F	P	备注
平均模型	1.50×10⁵	1	1.50×10⁵
线性模型	338.63	4	84.66	1.21	0.330
双因素	415.89	6	69.31	0.99	0.459
二次方程	241.19	4	60.30	0.83	0.526
三次方程	1 018.56	8	127.32	12.73	0.002	采用
剩余方差	70.04	7	10.01
总计	1.50×10⁵	30	5 059.16

以ANOVA分析效应面参数,建立响应值综合评分(Y)对自变量PVA (A)、PVPK-30 (B)、甘油 (C)、CMC-Na (D)的多项式回归模型方程:Y=69.83+1.32A+6.74B+3.63C+2.86D+0.039AB-2.95AC-1.37AD+1.51BC+1.29BD-3.39CD-0.084A²+1.35B²-1.83C²+1.57D²-4.86ABC+0.26ABD-1.94ACD+3.86BCD-5.61A²B-2.51A²C-5.08A²D-0.5AB²;R²=0.966 4,R_Adj2=0.860 8;模型精密度(S/N)12.092>S/N_临界=4,表明实验模型精密度良好,模型拟合误差较小。

对拟合模型进行方差分析与显著性检验,结果见表4,拟合模型检测P值0.002 9 ≤P_临界值0.01,说明该模型拟合状况良好,可用于该实验模型分析。PVPK-30(B)对模型影响显著,甘油 (C)与CMC-Na (D)对模型也有影响,PVA (A) 对模型影响较小;因素间AC交互作用具有极显著性,CD的交互作用具有显著性,其他因素间交互作用无显著性。

表4 多项式回归模型方差分析
Tab.4 Variance analysis on polynomial regression model

项目	均方和	自由度	均方	F	P
方差来源	2 014.26	22	91.56	9.15	0.002 9
A(PVA)	13.89	1	13.89	1.39	0.277 2
B(PVPK-30)	363.96	1	363.96	36.38	0.000 5
C(甘油)	105.71	1	105.71	10.57	0.014 0
D(CMC-Na)	65.21	1	65.21	6.52	0.037 9
A×B	0.02	1	0.02	0.00	0.962 3
AC	139.48	1	139.48	13.94	0.007 3
AD	29.87	1	29.87	2.99	0.127 7
BC	36.24	1	36.24	3.62	0.098 7
BD	26.68	1	26.68	2.67	0.146 5
CD	183.60	1	183.60	18.35	0.003 6
A²	0.19	1	0.19	0.02	0.8931
B²	50.33	1	50.33	5.03	0.059 8
C²	91.65	1	91.65	9.16	0.019 2
D²	67.36	1	67.36	6.73	0.035 7
ABC	378.50	1	378.50	37.83	0.000 5
ABD	1.10	1	1.10	0.11	0.749 6
ACD	59.99	1	59.99	6.00	0.044 2
BCD	238.24	1	238.24	23.81	0.001 8
A²B	168.15	1	168.15	16.81	0.004 6
A²C	33.63	1	33.63	3.36	0.109 4
A²D	137.63	1	137.63	13.76	0.007 6
AB²	1.32	1	1.32	0.13	0.727 2
残差	70.04	7	10.01
失拟检验	70.04	2	35.02
纯误差	0.00	5	0.00
总误差	2 084.30	29

表4 多项式回归模型方差分析

Tab.4 Variance analysis on polynomial regression model

2.3.4 优化及预测根据拟合模型方程,利用Design-Expert 8.05版软件,对以上各因素的最佳水平进行优化分析,绘制响应值随各因素水平变化效应面响应图,见图1~4。通过效应面优化预测确定贴剂基质最佳处方比例,见表5。

图1 甘油(C)与PVA(A)交互作用对Y值影响的效应面3D图

Fig.1 Three-dimensional response surface plots for the effect of the interaction of glycerol(C) and PVA(A) on Y value

图2 甘油(C)与PVA(A)交互作用对Y值影响的等高图

Fig.2 Contour map for the effect of the interaction of glycerol(C) and PVA(A) on Y value

图3 甘油(C)与 CMC-Na(D)交互作用对Y值影响的效应面3D图

Fig.3 Three-dimensional response surface plots for the effect of the interaction of glycerol(C) and CMC-Na(D) on Y value

图4 甘油(C)与 CMC-Na(D)交互作用对Y值影响的等高图

Fig.4 Contour map for the effect of the interaction of glycerol(C) and CMC-Na(D) on Y value

因素	编码水平	实际水平/g
PVA(A)	2.78	17.350
PVPK-30(B)	-0.25	6.260
甘油(C)	-0.42	12.880
CMC-Na(D)	-0.67	8.140

表5 效应面法预测最优条件

Tab.5 Predicted optimum conditions of response surface

2.4 处方验证实验

效应面优化贴剂基质处方后制备3批贴剂,测评各项指标,结果见表6。该基质组成的贴剂失水率11.9%,粘附8号小球,感官评分为95.7分,该贴剂柔软、均匀、稳定、机械强韧性良好,质量良好且3批各指标偏差值较小,说明该实验模型优化的贴剂基质处方能够较好应用于实际生产。

编号	失水率/ %	初黏力 (球号)	感官评分/分
1	12.4	8	97
2	11.1	8	95
3	12.3	9	95
均值	11.9	8	95.7

表6 效应面法优化最佳基质处方验证

Tab.6 Verification test of optimum matrix formulation by response surface n=3

结合前期均匀设计研究^[4],确定吲哚美辛亲水凝胶贴剂基质组成PVA17.350 g、明胶9.999 g、PVPK-30 6.260 g、CMC-Na 8.140 g、卡波姆3.000 g、甘油12.880 g、丙二醇12.880 g、三乙醇胺4.200 g。

2.5 成型工艺考察

2.5.1 工艺条件参考文献[10,11],贴剂成型工艺有2种,即流涎法:加热形成混合溶胶,再按处方加入药物,混合均匀,铺膜,置于40~50 ℃烘箱干燥至表面固化,待到内部具有较好弹性时,切割;浇注-冷冻-复解冷冻法:获得药物基质混合溶胶液,通过冷冻后再解冻得到贴剂骨架基质。基于此点,通过预实验确定贴剂成型工艺条件主要有以下6种:①药物混合胶液,固化,常压、20 ℃、相对湿度60%~70%的自然条件下晾干,至贴剂基质有较好弹性;②药物混合胶液,固化,在常压、40~50 ℃烘箱条件下干燥,至贴剂基质有较好弹性;③药物混合胶液,固化,在-20 ℃冷冻干燥后,取出后常压、20 ℃、相对湿度60%~70%的自然条件下晾干,至贴剂基质有较好弹性;④药物混合胶液,固化,在-4 ℃冰箱初步冷冻4 h,取出后常压、20 ℃、相对湿度60%~70%的自然条件下晾干,至贴剂基质有较好弹性;⑤药物混合胶液,固化,在-4 ℃冰箱初步冷冻4 h,常压、40~50 ℃烘箱条件下干燥,至贴剂基质有较好弹性;⑥药物混合胶液,固化,在-4 ℃冰箱初步冷冻4 h,在常压、40~50 ℃烘箱条件下干燥2 h,然后在常压、20 ℃、相对湿度60%~70%自然条件下晾干,至贴剂基质有较好弹性。

2.5.2 考察比较采用单因素法初步确定贴剂的成型工艺方法:每帖取25 g混合胶液,固定面积,使胶液流涎铺展,自然固化4 h后,按6种工艺条件固化成型。首先采用“2.2”项方法进行评价,然后在高温(60 ℃)、低温(-20 ℃)条件下放置48 h,然后取出评价贴剂稳定性;总评分采用前3项评分之和表示,结果见表7。

工艺条件	感官评价	黏附性	保湿性	高温24 h	低温48 h	总评分	耗时/h
①	90	92	90	基本稳定	稳定	272	55
②	82	85	82	基本稳定	基本稳定	249	4
③	98	98	97	稳定	稳定	293	42
④	95	95	94	稳定	稳定	284	60
⑤	86	86	87	基本稳定	稳定	259	7
⑥	90	86	87	基本稳定	基本稳定	263	24

Tab.7 Results of single-factor study on technological conditions 分

结果表明:冷冻处理后再干燥,贴剂更柔软、机械强度更好;加热干燥不宜控制干燥时间而易导致贴剂含水量不均一,质量差异较大,但节约时间;冷冻干燥,耗费时间较长,贴剂质量较好。因此,实验室制备贴剂成型时采用“冷冻+自然晾干法”,此为大批量实际生产的成型工艺提供一定的参考。

2.6 体外透皮实验

2.6.1 透皮条件以硝酸纤维素膜为透皮介质,孔径0.45 μm;用肉豆蔻酸异丙脂浸渍过夜,除去表面油脂;由于肉豆蔻异丙脂处理后,此膜内部增加了脂质的结构,更加接近人体的角质层结构。透皮实验条件与定量方法,对星点设计优选结果,进行体外透皮实验验证,分析体外动力学模型,色谱定量方法与体外透皮条件参考文献[4]。

采用高效液相色谱法测定吲哚美辛含量,色谱柱为Diamonsil C₁₈(250 mm×4.6 mm,5 μm),流动相为乙腈-0.1%磷酸水(60:40),流速为1 mL·min^-1,紫外分光检测器,检测波长为228 nm,柱温为35 ℃,进样量为10 μL。该色谱条件下,吲哚美辛的出峰时间为(9.0±0.3) min,理论板数不低于4 000,其色谱峰与相邻杂质峰的分离度均≥2.5。

采用Franz透皮扩散装置,接收池容积V=7.0 mL,接触面积A=2.92 cm²;以肉豆蔻酸异丙脂处理过的硝酸纤维素膜为透皮介质,用于体外透皮实验;pH值7.3磷酸盐缓冲液作为接收液,体外皮肤固定在扩散池上,角质层向外,剪取固定大小贴剂,紧贴于体外皮肤角质层,确保无气泡;水浴恒温至(36±1) ℃,电磁恒速搅拌320 r·min^-1;分别于2,4,6,8,12,16,24,48 h取样,每次精密取出2 mL透皮接收液,再立即精密补入空白接收液2 mL;将取出的接收液用直径0.45 μm微孔滤膜过滤,作为供试品,进样测定吲哚美辛峰面积,按如下公式计算累积渗透量(Q):Q=(C_n×V+ $\begin{matrix} \end{matrix}$ C_i×V_i)/A,式中Q为单位面积累积渗透量,V为接收池容积(mL),A为接触面积(cm²),为第n个取样点的浓度,C_i为第i个取样点的浓度,V_i为取样体积(mL)。

2.6.2 结果各时间Q值见表8。以Q[μg·(cm²)^-1]对取样时间t作图,绘制透皮曲线,同时采用零级、一级、Higuchi动力学模型对透过情况进行分析。吲哚美辛亲水凝胶贴剂的透皮扩增动力学模型拟合结果见表9,体外透皮曲线见图5。

表8 吲哚美辛亲水凝胶贴剂在不同时间点的单位面积累计渗透量
Tab.8 In vitro transdermal cumulative permeation amount per unit area of indomethacin hydrophilic gel patch at different time points μg·(cm²)^-1

t/h	Q₁	Q₂	Q₃	Q₄	Q₅	Q₆	均值	SD/%
2	33.99	27.01	34.74	28.09	27.36	29.62	30.14	3.41
4	52.28	46.67	50.17	56.35	49.49	50.94	50.98	3.22
6	70.93	65.82	71.14	77.51	69.79	70.95	71.02	3.76
8	83.94	78.62	85.27	91.39	82.69	84.80	84.45	4.15
12	102.79	102.37	110.23	115.70	106.09	107.55	107.46	5.00
16	114.68	122.78	130.32	135.50	125.13	127.47	125.98	7.08
24	139.23	154.01	163.17	165.01	153.53	158.10	155.51	9.24
48	186.49	204.46	212.14	211.30	196.71	206.57	202.95	9.79

表8 吲哚美辛亲水凝胶贴剂在不同时间点的单位面积累计渗透量

Tab.8 In vitro transdermal cumulative permeation amount per unit area of indomethacin hydrophilic gel patch at different time points μg·(cm²)^-1

工艺条件序号	零级动力方程	一级动力方程	Higuchi动力方程
①	Q=3.129t+17.175(R²=0.961 5)	LN(Q)=0.048t+3.1415(R²=0.698 5)	Q=27.13t⁰^.⁵-30.792(R²=0.999 2)
②	Q=3.187t+13.382(R²=0.966 9)	LN(Q)=0.052t+3.0005(R²=0.691 5)	Q=27.49t⁰^.⁵-34.963(R²=0.994 1)
③	Q=3.329t+16.372(R²=0.963 7)	LN(Q)=0.049t+3.1404(R²=0.707 6)	Q=28.81t⁰^.⁵-34.463(R²=0.997 3)
④	Q=3.504t+17.623(R²=0.959 3)	LN(Q)=0.049t+3.2013(R²=0.707 1)	Q=30.39t⁰^.⁵-36.128(R²=0.997 3)
⑤	Q=3.287t+16.138(R²=0.963 7)	LN(Q)=0.051t+3.1249(R²=0.702 2)	Q=28.46t⁰^.⁵-34.086(R²=0.997 9)
⑥	Q=3.401t+14.972(R²=0.966 4)	LN(Q)=0.051t+3.1182(R²=0.727 2)	Q=29.35t⁰^.⁵-36.701(R²=0.995 6)

表9 吲哚美辛亲水凝胶贴剂的透皮扩增动力学模型拟合结果

Tab.9 Kinetics model fitting of in vitro transdermal diffusion of indomethacin hydrophilic gel patch

图5 星点设计优选吲哚美辛亲水凝胶贴剂基质处方体外透皮Q-t曲线(n=6)

Fig.5 In vitro transdermal Q-t curve of matrix formulation indomethacin hydrophilic gel patch by central composite design(n=6)

结果表明,通过星点设计筛选的贴剂基质处方,能使吲哚美辛在48 h内透皮扩散符合零级动力学(R²≥0.96)与Higuchi动力学模型(R²≥0.99),与前期研究^[4]比较,星点设计法优化后贴剂能更好地控制药物的透皮释放。

3 讨论

本研究采用4因素4水平星点设计-效应面法对贴剂成型基质组成进行优化,确定了其处方组成。验证实验表明,该贴剂柔软、均匀、稳定、机械强韧性良好,质量良好。体外透皮实验表明,48 h内能贴剂释放更加符合零级动力学与Higuchi动力学模型模型,使吲哚美辛透皮能够满足控释释放,优化后贴剂能控制药物透皮释放更加稳定。

星点设计^[8,9,10]优化工艺过程中,常采用线性、二次与三次多项式回归模型分析,寻找模型最大值;当考察因素水平不小于4时,自变量间存在复杂体系,采用二次多项式回归模型难以取得理想拟合分析效果,此时必须采用三次甚至四次多项式回归模型拟合分析,但需注意回归模型可能存在多个极大值,需从多个极大值筛选一个最佳值;对此严格控制因素水平范围,考察出因素水平的上、下限,再进行模型分析,或者针对多个极大值结果进验证,以便获得最优的处方。在前期研究基础上,确定贴剂基质辅料量上、下限,故采用三次多项式回归模型拟合分析。

基质处方优选过程中,不同辅料加入顺序与辅料混合使凝胶成型性质出现显著差异,主要包括凝胶黏度、均匀度、颗粒物等几个方面的影响差异。本课题研究将辅料分多个组合体系^[9,10,11],采用单因素考察对体系一(PVA、PVA+明胶),体系二(卡波姆、卡波姆+甘油+丙二醇、卡波姆+PVPK-30),体系三(CMC-Na、CMC-Na+PVPK-30、CMC-Na +PVPK-30+卡波姆)共3个体系进行比较实验,最终确定通过PVPK-30+CMC-Na +卡波姆940+HPMC、PVA+明胶、丙二醇+甘油+三乙醇胺制备贴剂凝胶混合溶液外观形状透明、均匀、稳定、黏度大,简化制备工艺流程。最后对流涎法的成型条件进行了考察研究,确定采用“冷冻+自然晾干法”,成型贴剂的质量较好,可为贴剂的大批量实际生产提供参考。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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[3]	张永萍,徐剑,吴静澜,等.pH对吲哚美辛理化性质和离体透皮参数的影响[J].中国药房,2016,27(34):4770-4773. 目的：研究不同pH对吲哚美辛理化性质和离体透皮参数的影响。方法：采用高效液相色谱法进行定量分析,测定pH分别为5.0、5.8、6.5、7.3、8.0下吲哚美辛的溶解度、表观油水分配系数（Kapp）和吲哚美辛凝胶的离体透皮参数[渗透速率（Js）和4、12、24h累积渗透量（Q4h、Q12h、Q24h）],通过复相关分析法与回归模型确定pH、溶解度、Kapp与离体透皮参数的相关性。结果：吲哚美辛凝胶离体透皮模型符合零级动力学模型,pH与溶解度、Kapp具有良好线性模型（r≥0.892 0）,相关性良好（r≥0.968 0）;pH、溶解度、Kapp与离体透皮参数之间基本呈指数模型,以pH 7.3为调节临界点的对应Kapp为3.34。结论：调节pH,可改善吲哚美辛的溶解度与Kapp;调节分子-离子存在形式,可提高吲哚美辛的Q和Js。 DOI:10.6039/j.issn.1001-0408.2016.34.06 URL [本文引用:1]
[4]	谢伟杰,张永萍,徐剑.均匀设计筛选吲哚美辛亲水凝胶贴剂的基质处方[J].中国药房,2017,28(10):1382-1385. 目的：筛选吲哚美辛亲水凝胶贴剂的基质处方。方法：以外观、初黏力、柔软性、保湿性为指标,利用混合水平的均匀设计筛选贴剂的基质处方,并进行验证试验和贴剂离体透皮试验评价贴剂质量。结果：优选基质处方为聚乙烯醇7.686 g、聚乙烯吡咯烷酮9.662 g、甘油19.992 g、明胶9.999 g、羧甲基纤维素钠13.997 g、卡波姆3.000 g、羟丙甲基纤维素1.500 g。所制贴剂表面平整光滑,基质均匀,色泽良好,黏附力较强,柔软性良好（失水率为11.9%）;能缓慢释药48 h,离体透皮释放行为符合Higuchi动力学模型（R^2=0.986 9）。结论：成功制得吲哚美辛亲水凝胶贴剂,其能缓控药物释放,性质良好。 DOI:10.6039/j.issn.1001-0408.2017.10.23 URL [本文引用:9]
[5]	谢伟杰,张永萍,徐剑,等.罐疗作为经皮给药物理促渗新技术的研究状况[J].世界科学技术-中医药现代化,2015,17(7):1530-1536. 将罐疗作为一种经皮给药物理促渗新技术，是在近10多年内刚刚建立开发的，具有明显的中医特色；固其装置简单、操作方便、成本低等独特优势，是经皮给药物理促渗新技术未来发展趋势之一。参阅近年相关研究报道，该文从罐疗本身特点、罐疗促渗影响因素、体内外评价方法、其他促渗技术等几个方面进行概述，了解经皮给药物理促渗技术的研究动态，为罐疗作为经皮给药物理促渗新技术的进一步研究奠定基础。 DOI:10.11842/wst.2015.07.033 URL [本文引用:2]
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2015

... 吲哚美辛为非甾体抗炎、解热、镇痛药,为降低口服给药引起的严重不良反应^[1].前期研究表明,不同pH条件下,吲哚美辛均具有一定透皮吸收作用^[2,3,4].因此,本课题采用均匀设计对贴剂基质的处方进行筛选研究,采用星点设计-效应面法(central composite design-response surface methodology)对吲哚美辛亲水凝胶贴剂基质处方进行优化,确定贴剂的优选基质处方;同时考察贴剂的成型工艺,保证贴剂质量稳定性,达到控释放的目的,为后期经皮给药物理促渗新技术的开发研究奠定基础^[5]. ...

The effect and mecha-nism of transdermal penetration enhancement of Fu’s cupping therapy:new physical penetration technology for transdermal administration with Traditional Chinese Medicine (TCM) characteristics

2017

pH对吲哚美辛理化性质和离体透皮参数的影响

2016

均匀设计筛选吲哚美辛亲水凝胶贴剂的基质处方

2017

... 前期采用均匀设计对该贴剂的基质材料进行了考察筛选^[4],确定其组成为:PVA 7.686 g、PVPK-30 9.662 g、甘油19.992 g、明胶9.999 g、CMC-Na 13.997 g、卡波姆3.000 g、HPMC1.500 g. ...

... 2.2.2 黏附性测定参考2015年版《中华人民共和国药典》·四部(通则0952第一法),采用球斜坡法^[4]测定贴剂初黏力:在倾斜板上,倾斜角45°,两条刻度线之间将贴剂黏性面向上固定,制剂样品应平整贴合于板上.用镊子把适宜球号的钢球放在起始线上,将钢球从斜面的项端自由滚下,观察是否能在实验段内被粘住(停止移动超过5 s).根据小球号N值,计算初黏力评分Y₂=10×(N-5)+40,N代表各球号数字(N是由3批样品3次测定结果的均值). ...

... 2.2.3 感官评价感官评价^[4]从3方面进行评价:柔软性、机械强度、面体光泽.贴剂表面光滑整洁、整体均匀一致则记录1个“+”,色泽好则记录1个“+”,反复折叠后表面平整、无褶皱则记录1个“+”,无气泡、无颗粒团块则记录1个“+”,以上均无记为“0”;若制备后贴剂的各方面表现为难以成型、外观差分别记录1个“-”.根据以上等级划分,“-”代表负值,与“+”相反,相加后每组“+”的个数用n表示;根据n值计算感官评分Y₃=15×(n+1)+25(n表示“+”个数,由3批样品3次测定结果均值). ...

... 2.3.2 星点设计结果根据各因素与水平,利用Design-Expert8.0.5版软件,设计安排各组实验,按上述“2.2”项制备工艺制备贴剂;其中丙二醇按与甘油量1:1比例加入,三乙醇胺按与carbomer-940量1.4:1比例加入,明胶用量为9.999 g;成型后,测定贴剂各指标:失水率、初黏力、感官评价,分别按公式计算指标值Y₁、Y₂、Y₃.基于前期研究^[4]与各指标的模型方差分析结果,贴剂的保湿性与初黏力^[4,5,6]对贴剂质量与透皮释放影响差异有统计学意义,故设定两者的评分权重系数为0.4;而感官评价设定权重为0.2,故综合加权评分Y=0.4×Y₁+0.4×Y₂+0.2×Y₃.实验与结果见表2. ...

... [4,5,6]对贴剂质量与透皮释放影响差异有统计学意义,故设定两者的评分权重系数为0.4;而感官评价设定权重为0.2,故综合加权评分Y=0.4×Y₁+0.4×Y₂+0.2×Y₃.实验与结果见表2. ...

... 结合前期均匀设计研究^[4],确定吲哚美辛亲水凝胶贴剂基质组成PVA17.350 g、明胶9.999 g、PVPK-30 6.260 g、CMC-Na 8.140 g、卡波姆3.000 g、甘油12.880 g、丙二醇12.880 g、三乙醇胺4.200 g. ...

... 2.6.1 透皮条件以硝酸纤维素膜为透皮介质,孔径0.45 μm;用肉豆蔻酸异丙脂浸渍过夜,除去表面油脂;由于肉豆蔻异丙脂处理后,此膜内部增加了脂质的结构,更加接近人体的角质层结构.透皮实验条件与定量方法,对星点设计优选结果,进行体外透皮实验验证,分析体外动力学模型,色谱定量方法与体外透皮条件参考文献[4]. ...

... 结果表明,通过星点设计筛选的贴剂基质处方,能使吲哚美辛在48 h内透皮扩散符合零级动力学(R²≥0.96)与Higuchi动力学模型(R²≥0.99),与前期研究^[4]比较,星点设计法优化后贴剂能更好地控制药物的透皮释放. ...

罐疗作为经皮给药物理促渗新技术的研究状况

2015

2008

... 2.2.1 保湿性测定采用失水率测定法^[6,7]:取各成型贴剂(n=3),精密称量贴剂膏体M₀后,置于盛有68%硫酸溶液的干燥器中,于30 ℃恒温培养箱中保存24,48 h后,再次称量M₁.计算失水量△M = M₀-M₁与失水率M_L=△M / M₀,贴剂的保湿性M_R=1-(M₀-M₁)/M₀;保湿性评分Y₁=100×[1-(M₀-M₁)/M₀]. ...

化妆品保湿功效评价研究

2010

星点设计-效应面法优化尼可地尔脉冲迟释片处方

2016

... 2.3.1 因素水平根据前期研究,筛选影响显著的4个因素:PVA (A)、PVPK-30 (B)、甘油 (C)、CMC-Na (D),采用星点设计-效应面法^[8,9]进一步优化基质处方.根据星点设计原理,参考均匀设计初选的结果,各因素水平用代码-2,-1,1,2来表示,因素水平与编码见表1. ...

... 星点设计^[8,9,10]优化工艺过程中,常采用线性、二次与三次多项式回归模型分析,寻找模型最大值;当考察因素水平不小于4时,自变量间存在复杂体系,采用二次多项式回归模型难以取得理想拟合分析效果,此时必须采用三次甚至四次多项式回归模型拟合分析,但需注意回归模型可能存在多个极大值,需从多个极大值筛选一个最佳值;对此严格控制因素水平范围,考察出因素水平的上、下限,再进行模型分析,或者针对多个极大值结果进验证,以便获得最优的处方.在前期研究基础上,确定贴剂基质辅料量上、下限,故采用三次多项式回归模型拟合分析. ...

正交设计联用Box-Behnken效应面法优选复方石斛清肺散提取工艺

2015

... 基质处方优选过程中,不同辅料加入顺序与辅料混合使凝胶成型性质出现显著差异,主要包括凝胶黏度、均匀度、颗粒物等几个方面的影响差异.本课题研究将辅料分多个组合体系^[9,10,11],采用单因素考察对体系一(PVA、PVA+明胶),体系二(卡波姆、卡波姆+甘油+丙二醇、卡波姆+PVPK-30),体系三(CMC-Na、CMC-Na+PVPK-30、CMC-Na +PVPK-30+卡波姆)共3个体系进行比较实验,最终确定通过PVPK-30+CMC-Na +卡波姆940+HPMC、PVA+明胶、丙二醇+甘油+三乙醇胺制备贴剂凝胶混合溶液外观形状透明、均匀、稳定、黏度大,简化制备工艺流程.最后对流涎法的成型条件进行了考察研究,确定采用“冷冻+自然晾干法”,成型贴剂的质量较好,可为贴剂的大批量实际生产提供参考. ...

星点设计-效应面法优化盐酸普萘洛尔凝胶处方基质

2015

... 2.5.1 工艺条件参考文献[10,11],贴剂成型工艺有2种,即流涎法:加热形成混合溶胶,再按处方加入药物,混合均匀,铺膜,置于40~50 ℃烘箱干燥至表面固化,待到内部具有较好弹性时,切割;浇注-冷冻-复解冷冻法:获得药物基质混合溶胶液,通过冷冻后再解冻得到贴剂骨架基质.基于此点,通过预实验确定贴剂成型工艺条件主要有以下6种:①药物混合胶液,固化,常压、20 ℃、相对湿度60%~70%的自然条件下晾干,至贴剂基质有较好弹性;②药物混合胶液,固化,在常压、40~50 ℃烘箱条件下干燥,至贴剂基质有较好弹性;③药物混合胶液,固化,在-20 ℃冷冻干燥后,取出后常压、20 ℃、相对湿度60%~70%的自然条件下晾干,至贴剂基质有较好弹性;④药物混合胶液,固化,在-4 ℃冰箱初步冷冻4 h,取出后常压、20 ℃、相对湿度60%~70%的自然条件下晾干,至贴剂基质有较好弹性;⑤药物混合胶液,固化,在-4 ℃冰箱初步冷冻4 h,常压、40~50 ℃烘箱条件下干燥,至贴剂基质有较好弹性;⑥药物混合胶液,固化,在-4 ℃冰箱初步冷冻4 h,在常压、40~50 ℃烘箱条件下干燥2 h,然后在常压、20 ℃、相对湿度60%~70%自然条件下晾干,至贴剂基质有较好弹性. ...

天杏咳喘贴中盐酸麻黄碱和盐酸伪麻黄碱的大鼠离体透皮试验

2013