摘要
采用氯化胆碱/甲酸(ChCl/FA)、氯化胆碱/草酸(ChCl/OA)、氯化胆碱/柠檬酸(ChCl/CA)3种低共熔溶剂(DES)处理杨木溶解浆,结合球磨处理制备微晶纤维素(MCC),探讨了不同DES体系下时间、温度对MCC聚合度、粒径等性能的影响;并以布洛芬为模型药物,将MCC作为药用辅料填充在布洛芬片中,研究了MCC粒径及用量对片剂崩解时间、累积释放率等性能的影响。结果表明,ChCl/FA体系在100 ℃、60 min时制备的MCC流动性最好;在不添加崩解剂的情况下,当MCC填充量为35.0%时,片剂的崩解时间为190 s,60 min内累积释放率可达86.58%,且具有较高的硬度和抗张强度,显示出DES法制备的MCC用作药用辅料具有良好的填充效果。
微晶纤维素(MCC)是天然纤维素解聚至极限平衡聚合度(LODP)后得到的可自由流动、结构独特且性能优良的一种生物基材料,通常呈粉末状或短棒状,结晶度一般为55%~80%,粒径为20~80 μm。MCC具有亲水性好、比表面积大、杨氏模量高和生物相容性好等优点,具有广泛的用
目前,MCC的制备方法多为酸水解
本研究采用氯化胆碱/甲酸(ChCl/FA)、氯化胆碱/草酸(ChCl/OA)、氯化胆碱/柠檬酸(ChCl/CA)3种DES在不同时间、温度条件下预处理溶解浆并辅以球磨工艺制备一系列MCC。将MCC作为药物辅料填充在布洛芬片剂中,探究了MCC粒径及用量对布洛芬片剂的崩解时间、累积释放率、硬度等性能的影响,为MCC的高附加值应用提供支撑。
实验用纤维素原料为硫酸盐阔叶木溶解浆;柠檬酸、草酸、甲酸,上海强顺化学试剂有限公司;氯化胆碱、布洛芬、硬脂酸镁、甜菊苷,上海麦克林生化科技有限公司;乙醇,广州化学试剂厂;乳糖,武汉秉德生物科技有限公司;微粉硅胶、商用微晶纤维素(C-MCC),西安天正药用辅料有限公司;预胶化淀粉,河南赛森化工产品有限公司。
PQ-N2行星球磨仪,美国Across Internationed Co.,Ltd.;Merlin场发射扫描电子显微镜(FESEM),德国蔡司公司;X’Per
以氯化胆碱为氢键受体,甲酸、草酸、柠檬酸分别为氢键供体,将氢键受体和氢键供体以1∶1的摩尔比混合并加热直至DES变成澄清透明液体。采用1∶20的固液比在一定温度和时间下对纤维素进行DES预水解,反应结束后将混合物从油浴锅中取出,并向体系中加入400 g乙醇结束反应;然后,将预处理后的浆料悬浮液进行过滤,并用去离子水彻底洗涤,直至预处理纤维素的pH值变为中性。将预处理过的样品用乙醇和去离子水分别透析7天后于80 ℃下干燥24 h,并在球料比1∶5的条件下球磨处理1 h,得到MCC粉末。同时,将质量分数8%的盐酸在80 ℃、90 min条件下以固液比1∶20处理原料作为对照,所得MCC记为H-MCC。
(1)聚合度参照GB/T 1548—2016检测。
(2)MCC得率(Y,%)按
(1) |
式中,M1为制备MCC的绝干质量,g;M0为原料的绝干质量,g。
(3)MCC结晶度(CrI,%)采用XRD分析并按
CrI=×100% | (2) |
式中,I200为2θ在22.5°附近结晶区衍射光强,Iam为2θ在18.5°附近非结晶区的衍射光强。
(4)MCC粒度采用马尔文激光粒度仪进行测试。
(5)MCC形貌特征采用FESEM进行观察。
(6)MCC流动性采用粉体综合测定仪测定休止角。
(7)按照《中国药典》2020年版对MCC的各项指标进行检查。
将制备的系列MCC与布洛芬及其他成分按以下比例进行均匀混合:微晶纤维素35%、布洛芬20%、乳糖35%、硬脂酸镁2%、微粉硅胶3%、甜菊苷2%、预胶化淀粉3%;然后采用直接压片法进行压片,控制单片片剂质量为200 mg,直径为8 mm,压片压力为2.0 MPa,制得片剂,备用。
首先绘制布洛芬溶液浓度标准曲线。称取25.0 mg布洛芬置于100 mL容量瓶中,加入pH值=7.2的PBS振荡溶解,并稀释至刻度线,得到质量浓度为0.25 mg/mL的布洛芬标准贮存液。取出上述液体0.4、1.0、2.0、4.0、8.0 mL,在25 mL容量瓶中稀释,配制质量浓度分别为0.004、0.01、0.02、0.04、0.08 mg/mL的布洛芬系列标准溶液。将PBS溶液作为空白样品,测定不同质量浓度布洛芬标准溶液在264 nm处的紫外吸收值。以布洛芬质量浓度C (mg/mL)和吸光度值A分别作为横坐标和纵坐标,进行线性回归拟合,所得回归方程和线性范围见
释放介质 | 回归方程 | 线性范围/mg·m | |
---|---|---|---|
pH值=7.2 PBS溶液 | A=2.1167C-0.0011 | 0.9916 | 0.004~0.080 |
根据《中国药典》2020年版进行累积释放率测试,将900 mL PBS溶液(pH值=7.2)作为溶出介质,转速为50 r/min,控制温度为(37±0.5) ℃,分别于1、3、5、10、15、20、30 min取样10 mL,取样后需补加相同体积的缓冲溶液,将取出的样品经0.45 μm的微孔滤膜进行过滤,收集滤液作为供试品。采用紫外分光光度法,取适量供试品在264 nm波长处测定吸收度,然后按
(3) |
式中,Q为累积释放量;V0为稀释介质的体积;V为单次采样体积;Ct为各时间点测得的药物浓度;W为添加的主要药物质量。
采用万能材料拉伸压缩试验机测量药片的力学性能,测量3次取平均值。片剂硬度F(N)直接读出,片剂的抗张强度(TS)利用
TS= | (4) |
式中,F为径向破碎力,N;h为药片的厚度,mm;D为药片的直径,mm。
样品编号 | 反应温度/℃ | 反应时间/min | 聚合度 | 得率/% |
---|---|---|---|---|
F80T60 | 80 | 60 | 201 | 96 |
F80T90 | 80 | 90 | 196 | 96 |
F100T60 | 100 | 60 | 168 | 95 |
O80T60 | 80 | 60 | 105 | 92 |
O80T90 | 80 | 90 | 100 | 91 |
O100T60 | 100 | 40 | 82 | 87 |
C80T60 | 80 | 60 | 148 | 95 |
C80T90 | 80 | 90 | 132 | 94 |
C100T60 | 100 | 60 | 92 | 90 |
H-MCC | 80 | 90 | 102 | 92 |
注 表中样品编号F80T60,表示采用ChCl/FA处理, 温度80 ℃, 时间60 min; 其他依次类推, 其中O表示ChCl/OA溶剂; C表示ChCl/CA溶剂。
图1 MCCs及原料的XRD图谱
Fig. 1 XRD patterns of MCCs and raw material
图2 MCCs的粒径分布图
Fig. 2 Particle size distribution of MCCs
图3 原料及MCCs的FESEM图
Fig. 3 FESEM images of raw materials and MCCs
选取F100T60、O100T60、C80T60、H-MCC和C-MCC 5种不同粒径的MCC进行流动性能表征。
图4 MCCs休止角
Fig. 4 Repose angle of MCCs
参考《中国药典》2020年版,药用MCC需满足以下检测标准。
(1)鉴别:取10 mg MCC置于表面皿上,滴加2 mL氯化锌碘溶液,MCC即变成蓝色。
(2)酸碱度:取2.0 g MCC置于锥形瓶中,加入100 mL蒸馏水,振摇5 min后过滤,取滤液测定pH值,范围在5.0~7.5。
(3)水中溶解物:取5.0 g MCC置于锥形瓶中,加入80 mL蒸馏水,振摇10 min后于室温中静置10~20 min,随后进行抽滤,并将滤液于105 ℃烘箱中干燥至恒质量,称量在105 ℃干燥至恒质量的遗留残渣,残渣含量不超过0.05%。
(4)干燥质量损失:取1.0 g MCC在105 ℃烘箱中干燥3 h,减失质量不得超过7.0%。
(5)灼烧残渣:取1.0 g MCC在马弗炉中灼烧至恒质量,遗留残渣不超过0.1%。
(6)淀粉:取0.10 g MCC置于装有5 mL蒸馏水的烧杯中,振摇2 min,加入0.2 mL碘试剂,不显蓝色。
(7)氯化物:取MCC 0.1 g,加水至25 mL,再加稀硝酸10 mL,振摇后过滤,然后置于50 mL纳氏比色管中,加水至40 mL,摇匀即得供试品溶液。另取3 mL标准氯化钠溶液 (0.01 mg/mL),置于50 mL纳氏比色管中,加稀硝酸10 mL,加水至40 mL,摇匀即得对照品溶液。在供试品溶液和对照品溶液中分别加入硝酸银试液1.0 mL,用水稀释成50 mL,摇匀,在暗处放置5 min。观察两种溶液的沉淀物,供试品溶液的白色沉淀量不得多于对照品溶液。
根据以上标准,对所制MCC进行检测,检测结果见
样品 | 鉴别 | 酸碱度 | 水中溶解物/% | 干燥质量损失/% | 灼烧残渣/% | 淀粉 | 氯化物 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
F80T60 | 蓝色 | 6.0 | 0.05 | 3.3 | <0.1 | 无 | 无 |
F80T90 | 蓝色 | 6.0 | 0.08 | 4.7 | <0.1 | 无 | 无 |
F100T60 | 蓝色 | 6.3 | 0.08 | 5.9 | <0.1 | 无 | 无 |
O80T60 | 蓝色 | 6.1 | 0.09 | 4.4 | <0.1 | 无 | 无 |
O80T90 | 蓝色 | 6.0 | 0.12 | 3.8 | <0.1 | 无 | 无 |
O100T60 | 蓝色 | 5.8 | 0.15 | 5.2 | <0.1 | 无 | 无 |
C80T60 | 蓝色 | 6.4 | 0.06 | 2.3 | <0.1 | 无 | 无 |
C80T90 | 蓝色 | 6.2 | 0.07 | 1.4 | <0.1 | 无 | 无 |
C100T60 H-MCC |
蓝色 蓝色 |
6.2 6.0 |
0.09 0.12 |
3.4 5.5 |
<0.1 <0.1 |
无 无 |
无 无 |
将2.1.5中5种不同粒径的MCC与其他片剂组分均匀混合,分别制成片剂,考察粒径对片剂应用性能的影响。
图5 MCC粒径对片剂性能的影响
Fig. 5 Effect of particle size of MCC on tablet properties
图6 MCC用量对片剂性能的影响
Fig. 6 Effect of MCC dosage on tablet properties
本研究采用氯化胆碱/甲酸(ChCl/FA)、氯化胆碱/草酸(ChCl/OA)、氯化胆碱/柠檬酸(ChCl/CA)3种低共熔溶剂(DES)在不同温度、时间条件下预处理阔叶木溶解浆并辅以球磨工艺制备一系列微晶纤维素(MCC)。以布洛芬为模型药物,将MCC作为药用辅料填充在布洛芬片剂中,探讨了MCC粒径及用量对片剂崩解时间、累积释放率、机械性能的影响。
3.1 3种DES溶剂中,ChCl/OA体系处理效果最强,MCC的得率和聚合度更低;ChCl/FA体系处理效果最弱,ChCl/CA体系处于二者之间。当提升反应体系的温度或延长时间时,DES体系能进一步促进纤维素中的无定形区水解,从而使得MCC的聚合度降低。
3.2 MCC的粒径越大,休止角越小,流动性越好,所制备的片剂崩解时间更短、累积释放率更高;MCC的粒径越小,片剂黏合更加紧密,所得片剂的硬度和抗张强度越高;最终选择F100T60作为片剂填充剂。
3.3 提高MCC用量,片剂力学性能提高,但过量也会导致片剂溶出困难;当MCC用量为35.0%时,片剂填充效果好,具有较高的硬度和抗张强度。
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