全 文 ：作者简介:杨晓波，男，博士，讲师 研究方向:新型药物运释系统逆转多药耐药研究 * 通讯作者:王晓波，男，博士，博士生导师，主任药
师 研究方向:新药的开发与研究 Tel:(0411)39847086 E-mail:wxbbenson0653@ sina. com
吸入用返魂草素干粉微粒制备工艺的优化研究
杨晓波1，2，袭荣刚2，王晓波2* (1． 大连医科大学药学院，辽宁 大连 116044;2． 中国人民解放军第 210 医院国家药物临床试验机构，
辽宁 大连 116021)
摘要:目的 优化返魂草素干粉吸入剂的制备工艺。方法 采用喷雾干燥技术制备返魂草素干粉吸入剂，利用激光粒度测定
仪测定粒径大小，扫描电镜观察干粉的表观形貌，双层液体碰撞装置测定其体外肺沉积率，热重分析仪测定干粉的水分含量。
以产品收率、粉末的空气动力学粒径、水分含量及体外肺沉积率为考察指标，通过正交设计法优化制备工艺。结果 通过正
交试验-多指标综合评价，最佳制备工艺为:喷雾压力 210 kPa、供液速度 9. 1 mL·min －1、干燥风速 0. 6 m3·min －1、入口温度
130 ℃。按最佳制备工艺制得的干粉收率为 51. 19%，空气动力学粒径为 2. 92 μm，水分含量为 4. 18%，体外肺沉积率为
54. 45%。结论 正交试验结合多指标综合评价法用于返魂草素干粉吸入剂制备工艺的优化有效可用。
关键词:返魂草素;干粉吸入剂;正交设计;多指标综合评价法
doi:10. 11669 /cpj. 2016. 14. 019 中图分类号:Ｒ944 文献标志码:A 文章编号:1001 － 2494(2016)14 － 1241 － 04
Optimization for Preparation Process of Fanhuncaoin Dry Powder for Inhalation
YANG Xiao-bo1，2，XI Ｒong-gang2，WANG Xiao-bo2* (1． College of Pharmacy，Dalian Medical University，Dalian 116044，
China;2． Clinical Drug Trial Institution of Nation，the 210th Hospital of PLA，Dalian 116021，China)
ABSTＲACT:OBJECTIVE To optimize the preparation process conditions of fanhuncaoin dry powder for inhalation by orthogonal
design. METHODS Fanhuncaoin dry powder was prepared by spray-drying method. Following spray-drying，particle size analysis
was performed by laser diffraction. Ｒesultant powders were characterized using scanning electron microscopy. The aerosolisation per-
formance was determined using twin-stage liquid impinger. And moisture content was examined by thermogravimetric analysis. The
preparation process conditions were optimized with orthogonal design combined with multi-index test. The powder yield，aerodynamic
diameter，moisture content and respirable fraction were used as indices for orthogonal design. ＲESULTS The results of optimized
process parameters were confirmed with atomization pressure of 210 kPa，feed flow rate of 9. 1 mL·min －1，aspiration speed of 0. 6
m3·min －1 and inlet temperature of 130 ℃. As a result，51. 19% yield，2. 92 μm aerodynamic diameter，4. 18% moisture content and
54. 45% respirable fraction are obtained by the optimal process conditions. CONCLUSION Orthogonal design combined with multi-
index test can be used to optimize the preparation process of fanhuncaoin dry powder for inhalation.
KEY WOＲDS:fanhuncaoin;dry powder inhalation;orthogonal design;multi-index test
返魂草(Senecio cannabifolius Less. )为菊科
(Compositae)千里光属(Senecio L. )麻叶千里光的干
燥全草或地上部分，为多年生草本植物，主要分布于
我国东北、河北等地及朝鲜、日本、前苏联远东地区。
其味苦、性凉，具有散瘀止痛、理气化痰、清热解毒、
止咳平喘的功效。近年来，很多医药生产企业以返
魂草为主要成分研制开发了多种返魂草制剂，临床
上用于肺内感染、慢性支气管炎、喘息性支气管炎、
急性呼吸道感染等疾病的治疗，如返魂草冲剂、返魂
草颗粒、肺宁颗粒等口服制剂和返魂草注射剂。经
研究发现，返魂草中真正具有抗炎、抗病毒，同时又
可调节人体免疫机能的主要单体成分为返魂草素，
药效学研究结果显示，返魂草素还具有显著的解热
镇痛、止咳平喘的作用，并有一定的抗过敏活性［1-2］。
本课题组研究发现，经大鼠灌胃和小鼠腹腔注射返
魂草素对全氟异丁烯致大鼠或小鼠吸入性急性肺损
伤具有良好的预防作用，其药效作用与植物药在临
床作用相一致［3-4］。
干粉吸入剂(dry powder inhalations，DPIs)系指
微粉化药物或与载体以胶囊、泡囊或多剂量贮库形
式，采用特制的干粉吸入装置，由患者主动吸入雾化
药物至肺部的制剂，可发挥局部或全身作用［5］，它
具有不含任何抛射剂、载药量大、携带使用方便、吸
入动力主要依靠患者的主动呼吸，不存在给药协同
·1421·
中国药学杂志 2016 年 7 月第 51 卷第 14 期 Chin Pharm J，2016 July，Vol. 51 No. 14
配合困难等优点，从而达到安全、靶向、速效、高效的
治疗目的［6-8］。笔者采用喷雾干燥法［9-10］制备返魂
草素干粉吸入剂，测定产品收率、粉末的空气动力学
粒径、水分含量以及体外肺沉积率等指标，通过正交
设计结合多指标综合评价法［11］优化制备工艺。
1 材料与仪器
返魂草素(沈阳药科大学天然药物化学实验室
提供，批号:150102)，壳聚糖(脱乙酰度 ＞ 95%，相
对分子质量:400 000，Ｒuibio 试剂，合肥博美生物科
技分装)，壳聚糖寡糖(相对分子质量:3 000 ～
6 000，Ｒuibio试剂，合肥博美生物科技分装)，二棕
榈酰磷脂酰胆碱 (DPPC，纯度 ＞ 99%，Sigma-
Aldrich)，冰乙酸、亮氨酸、四丁基溴化铵为分析纯，
其他试剂均为分析纯或色谱纯，水为去离子水。明
胶胶囊(3#，苏州胶囊厂)。
SD 1000 喷雾干燥机(日本 Eyela 公司)，LS230
激光粒度测定仪(美国 Beckman公司)，Ｒ200D 电子
天平(Sartorius 公司，德国)，TGA － 50 热重分析仪
(日本 Shimadzu 公司)、Quanta 200F 型扫描电子显
微镜(FEI公司)，双层液体碰撞器(按照 2010 年版
《中国药典》二部附录 XH 标准自制)，安捷伦 1200
高效液相色谱仪(1200 series泵、1200 series UV检测
器、1200 series柱温箱、1200 series在线脱气系统，Agi-
lent Technologies公司)，Eclipse XDB-C18色谱柱(美国
安捷伦公司)，干粉吸入装置(HandihalerTM，德国)。
2 方 法
2. 1 返魂草素干粉吸入剂的制备
精密称取处方量壳聚糖，每 2 g壳聚糖加入 100
mL 1%冰乙酸溶解，磁力搅拌器下搅拌不小于 4 h，
直至壳聚糖完全溶解，备用。
精密称取 DPPC 100 mg，加入 250 mL 茄形瓶，
用 40 mL氯仿-甲醇(1∶ 1，V /V)溶解，置于旋转蒸发
仪上进行减压蒸馏，直至茄形瓶壁形成一层 DPPC
薄膜后，加入 100 mL蒸馏水，于 55 ℃下常压旋转 2
h，将 DPPC混悬液在 55 ℃下超声 1 h后定容于 100
mL量瓶中，制得 1 mg·mL －1的 DPPC 母液，保存于
4 ℃冰箱中备用。
精密称取处方量返魂草素、壳聚糖寡糖、亮氨酸
溶解于适量水中，加入前述方法制备的处方量壳聚
糖溶液和处方量 DPPC母液(处方组成中返魂草素，
亮氨酸，壳聚糖，壳聚糖寡糖，DPPC 分别为 10%，
22. 5%，33. 75%，33. 75%，0. 2%)，超声混匀，得固
体含量为 1%的喷干溶液进行喷雾干燥，即得返魂
草素干粉吸入剂含药粉末。
2. 2 返魂草素干粉吸入剂体外含量测定方法
采用 HPLC测定返魂草素的含量，色谱条件:色
谱系统:Agilent 1200 Series;流动相:甲醇-5 mmol·
L －1 NaH2PO4(pH 7. 0)配制的 6 mmol·L
－1四丁基
溴化铵(30∶ 70，V /V);固定相:Eclipse XDB-C18色谱
柱 (4. 6 mm × 150 mm，5 μm);流 速:1. 0
mL·min －1;检测波长:230 nm;进样量:20 μL;柱
温:30 ℃。
2. 3 正交设计实验
2. 3. 1 实验因素及水平 在喷雾干燥过程中，选择
喷雾压力(A)、干燥风速(B)、供液速度(C)及入口
温度(D)这 4 个因素作为考察对象，每个因素选择 3
个水平，按 L9(3
4)正交表设计实验，因素水平表
见表 1。
2. 3. 2 考察指标的测定 采用多指标综合评价
法［12］对实验结果进行判断。选择粉末收率、干粉吸
入剂的空气动力学粒径、水分含量及体外肺沉积率
四个指标，对实验的各个水平进行综合评定。
干粉吸入剂的收率:收率为喷雾干燥粉末的质
量与投料总质量(即药与辅料的总质量)之比。
空气动力学粒径:粉末的振实密度根据英国药
典的方法测定［13］:读取量筒中粉末的初体积后，机
械的震荡量筒，直到没有进一步的体积变化，读取最
终的体积。将粉末质量与最终体积相比即得粉末的
振实密度。用激光粒度测定仪测定粉末样品的几何
学粒径 Dp，空气动力学粒径(aerodynamic diameter，
Da)，可用下式求算
［14］
Da = Dp·ρ
1 /2 (1)
式中 Dp是粒子的几何学粒径，ρ 是粒子的有效
颗粒密度，约为振实密度的 1. 21 倍。一般认为 Da
在 1 ～ 5 μm的粒子能沉积于肺部［15］。
表 1 返魂草素干粉吸入剂制备工艺的实验因素及水平设
计
Tab. 1 Factors and levels of spray drying parameters for prepa-
ration of fanhuncaoin dry powder for inhalation
Level
A B C D
Atomization
pressure
/kPa
Aspiration
speed
/m3·min －1
Feed
flow
/mL·min －1
Inlet
temperature
/℃
1 170 0. 5 5. 5 110
2 190 0. 6 7. 3 120
3 210 0. 7 9. 1 130
·2421· Chin Pharm J，2016 July，Vol. 51 No. 14 中国药学杂志 2016 年 7 月第 51 卷第 14 期
水分含量:采用热重分析法测定干粉吸入剂的
水分含量［16］，将约 1 ～ 5 mg 样品放入铝坩埚，自室
温开始升温至 125 ℃，升温速度为 10 ℃·min －1，以
减失重量百分比来表示水分含量。
体外肺沉积率:参照《中国药典》2010 年版附录
XH的方法，采用双层液体碰撞器装置测定返魂草
素干粉吸入剂的有效部位沉积量［17-19］。在一级接
受瓶中加入 7 mL纯净水作为接收液，在二级沉积瓶
中加入 30 mL纯净水作为接收液。取装有返魂草素
约 20 mg的 3#明胶胶囊 1 粒，置干粉吸入装置内，用
手指挤压装置两侧按钮，将胶囊两端刺破，开启真空
泵，调节流量使其达到 60 L·min －1;吸入装置经适
宜橡皮胶塞接口与模拟喉部呈水平紧密相接，10 s
后取下吸入器，重新装入另一胶囊，如此反复抽吸
10 粒。用纯净水分别洗一级、二级沉积部位及给药
装置与胶塞，收集清洗液，定容，照含量测定方法测
定，在二级沉积部位的沉积量即为有效部位沉积量。
3 结 果
3. 1 正交实验结果
按照 L9(3
4)正交表进行实验，制备 9 批返魂草
素干粉吸入剂，各批干粉吸入剂的收率、空气动力学
粒径、水分含量及体外肺沉积率结果见表 2。
3. 2 多指标综合评价结果
Z分综合评价法(Z-score)的计算公式如下:
Z i =(X i － X i)/Si (2)
∑Z i =∑Z i，高优 －∑Z i，低优 (3)
公式(2)中 X i为某指标值，X i为该指标的平均
值，Si为该指标的标准差。通过计算 Z i值使指标无
量纲化。在进行多指标综合评价时，“高优”指标是
指数值越大越好，如收率和体外肺沉积率;“低优”
指标则指数值越小越好，如水分含量和空气动力学
表 2 返魂草素干粉吸入剂正交实验结果
Tab. 2 Ｒesults of orthogonal experiments of fanhuncaoin dry
powder for inhalation
No.
Yield
/%
Moisture
/%
Da
/μm
In vitro deposition
/%
1 37. 42 6. 34 7. 38 38. 78
2 47. 44 5. 30 7. 80 47. 64
3 46. 44 3. 69 6. 65 47. 56
4 44. 34 6. 60 5. 50 43. 64
5 51. 40 5. 85 7. 01 46. 04
6 49. 65 3. 57 6. 82 43. 84
7 52. 32 3. 94 10. 47 50. 88
8 50. 83 4. 47 7. 05 48. 72
9 50. 65 5. 20 7. 46 38. 22
粒径。在用公式(3)计算时“高优”的 Z 值予以“加
上”;“低优”则予以“减去”，这样就可以得到∑Zi值
越大越优的结果。以 Z 分值作为评价指标代入正
交实验中进行计算，综合评价结果见表 3。对得分
进行极差分析，结果显示，各因素对干粉吸入剂影响
的大小次序为:D(入口温度) ＞ B(干燥风速) ＞ C
(供液速度)＞ A(喷雾压力)。由该实验结果可知，
最佳的喷雾干燥条件为 A3 B2 C3 D3，即优化后条件
为:喷雾压力 210 kPa，干燥风速 0. 6 m3·min －1，供
液速度 9. 1 mL·min －1，入口温度 130 ℃。
3. 3 验证实验
按优化的最佳工艺条件 A3 B2 C3 D3进行 3 次验
证实验，评价结果见表 4。
由表 4 可知，经工艺优化后，制得的返魂草素干
粉吸入剂性质优良且重现性良好。
3. 4 粉末形态观察
将最优制备工艺条件下制得的返魂草素干粉吸
入剂粉末，均匀分散于导电双面胶上，喷金后，于扫
描电镜下观察，结果见图 1。从图 1 中可以看出，干
粉颗粒分散性较好，表面多褶皱，为球形或不规则的
凹面体状，颗粒的几何学粒径约为 1 ～ 5 μm左右。
表 3 Z分综合评价法实验结果
Tab. 3 Ｒesults of Z-score evaluation
No. A B C D Z-Score
1 1 1 1 1 － 4. 860
2 1 2 2 2 － 0. 085
3 1 3 3 3 1. 952
4 2 1 2 3 － 1. 098
5 2 2 3 1 0. 494
6 2 3 1 2 1. 756
7 3 1 3 2 0. 900
8 3 2 1 3 2. 173
9 3 3 2 1 － 1. 231
K1 － 2. 994 － 5. 058 － 0. 931 － 5. 597
K2 1. 152 2. 582 － 2. 414 2. 570
K3 1. 841 2. 476 3. 346 3. 027
Ｒ 4. 835 7. 640 5. 760 8. 624
表 4 最佳工艺条件下制备返魂草素干粉吸入剂的实验结果
Tab. 4 Ｒesults of the three batches experiments of fanhuncaoin
dry powders for inhalation
Batch
Yield
/%
Moisture
/%
Da
/μm
In vitro deposition
/%
1 51. 17 2. 76 3. 09 55. 11
2 48. 84 3. 43 3. 77 49. 99
3 53. 56 2. 57 5. 68 58. 25
Mean 51. 19 ± 2. 36 2. 92 ± 0. 45 4. 18 ± 1. 34 54. 45 ± 4. 17
·3421·
中国药学杂志 2016 年 7 月第 51 卷第 14 期 Chin Pharm J，2016 July，Vol. 51 No. 14
图 1 返魂草素干粉吸入剂粉末的扫描电镜图
A － ×20 000;B － ×50 000
Fig. 1 Scanning electron micrograph images of fanhuncaoin
spray-dried powders
A － ×20 000;B － ×50 000
4 讨 论
由喷雾干燥工艺的优化结果可知，本实验研究
范围内，入口温度对制剂质量的影响最为显著，其次
是干燥风速和供液速度，喷雾压力的影响最小。喷
雾干燥的入口温度除了对水分含量和出口温度有影
响外，对粒子的几何学粒径和密度也有影响，在进行
喷雾干燥过程中，随着雾化液滴表面液体的快速蒸
发，液-气界面逐渐缩小，形成一个外壳，由于固-气
界面的表面能大于液-气界面，为了防止能量的增
加，暴露的固体外壳便趋向液滴内部运动，而液滴内
部的水分则向外展开［20］，当液滴水分的蒸发速率远
大于液滴表面固体颗粒向内部的迁移速率时，便开
始形成大粒径中空的低密度干粉颗粒;干燥风速的
增大能使粒子干燥更完全，从而提高收率，但随着气
流量增加，更多的粒子会被吸走，从而也可能使收率
减少;供液速度可对粉末粒径、水分含量和出口温度
产生影响，当其他工艺条件不变时，加快供液使溶剂
蒸发时消耗的热量更多，出口温度下降，有利于保持
药物的稳定，但是，供液速度加快，意味着单位时间
内通过喷嘴的固体量增多，粒子碰撞的机会变大，因
此粒径和水分含量均增大;而提高雾化压力可增加
破碎液滴的能量，得到粒径较小的干燥粉末，但却使
收率降低。由此可见，一种因素不能兼顾多个指标，
在研究过程中应根据实际情况予以选择。
ＲEFEＲENCES
［1］ WU B，WU L J，WANG L Q，et al． A new lactone from Senecio
cannabifolius Less［J］． J Asian Nat Prod Ｒes，2002，4(4):
315-317．
［2］ WU B，LIN W，GAO H Y，et al． Four new antibacterial constit-
uents from Senecio cannabifolius ［J］． Pharm Biol，2006，44
(6) :440-444．
［3］ SUN J D，WANG X B，JIANG S，et al． Preventive effect of Se-
necio cannabifolius Less． Ⅱ on perfluoroisobutylene inhalation-
induced acute lung injury in rats［J］． Int J Pharm Ｒes (国际药
学研究杂志)，2014，41(4) :444-448，472．
［4］ ZHAO G Y，WANG X B，XI Ｒ G，et al． Protective effect of Se-
necio cannabifolius Less． Ⅱ on acute lung injury induced by per-
fluoroisobutylene on mice［J］． Pharm J Chin PLA (解放军药学
学报)，2013，29(1) :13-16，65．
［5］ ZHOU J Y，ZHANG L，MAO S Ｒ． Ｒecent progress of dry pow-
der inhalation of proteins and peptides［J］． Acta Pharm Sin (药
学学报)，2015，50(7) :814-823．
［6］ KAIALY W，HUSSAIN T，ALHALAWEH A，et al． Towards a
more desirable dry powder inhaler formulation:large spray-dried
mannitol microspheres outperform small microspheres ［J］．
Pharm Ｒes，2014，31(1) :60-76．
［7］ MUＲALIDHAＲAN P，HAYES J，DON，et al． Dry powder in-
halers in COPD， lung inflammation and pulmonary infections
［J］． Expert Opin Drug Deliv，2015，12(6) :947-962．
［8］ DEMOLY P，HAGEDOOMＲN P，DE B A，et al． The clinical
relevance of dry powder inhaler performance for drug delivery
［J］． Ｒespir Med，2014，108(8) :1195-1203．
［9］ LI X J，VOGT F，HAYES D，et al． Design，characterization，
and aerosol dispersion performance modeling of advanced co-spray
dried antibiotics with mannitol as respirable microparticles /nano-
particles for targeted pulmonary delivery as dry powder inhalers
［J］． J Pharm Sci，2014，103(9) :2937-2949．
［10］ YANG Y，YANG Z W，ＲEN Y F，et al． Effects of formulation
and operating variables on zanamivir dry powder inhalation char-
acteristics and aerosolization performance ［J］． Drug Deliv，
2014，21(6) :480-486．
［11］ YOU Y，ZHAO C H，ZHAO M，et al． Preparation and deposi-
tion properties of insulin dry powder inhalation［J］． J Shenyang
Pharm Univ(沈阳药科大学学报) ，2008，25(4) :243-248．
［12］ LI L，CHENG H Y，ZHU Y Y，et al． Optimal extraction of Zhizi
Baipi Decoction by multi-index comprehensive scoring［J］． Chin
Tradit Pat Med (中成药)，2015，37(2) :306-310．
［13］ LI N，TANG D D，WANG L W，et al． Preparation of dry powder
inhalation based on phytosomes-chitosan microspheres by spray-
drying method and study on its characterization［J］． Chin Tradit
Herb Drugs (中草药)，2014，45(17) :2475-2481．
［14］ MILLEＲ D P，TAN T，TAＲAＲA T E，et al． Physical character-
ization of tobramycin inhalation powder:I． rational design of a
stable engineered-particle formulation for delivery to the lungs
［J］． Mol Pharm，2015，12(8) :2582-2593．
［15］ ATKINS P J． Dry powder inhalers:an overview［J］． Ｒesp Care，
2005，50(10) :1304-1312．
［16］ TULBAH A S，ONG H X，MOＲGAN L，et al． Dry powder for-
mulation of simvastatin［J］． Expert Opin Drug Deliv，2015，12
(6) :857-868．
［17］ TANG Y，ZHANG H Y，LU X F，et al． Development and evalu-
ation of a dry powder formulation of liposome-encapsulated oselta-
mivir phosphate for inhalation［J］． Drug Deliv，2015，22(5) :
608-618．
［18］ ZHOU Q，QU L，GENGENBACH T，et al． Effect of surface
coating with magnesium stearate via mechanical dry powder coat-
ing approach on the aerosol performance of micronized drug pow-
ders from dry powder inhalers ［J］． AAPS Pharm Sci Tech，
2013，14(1) :38-44．
［19］ TULI Ｒ A，GEOＲGE G A，DAＲGAVILLE T Ｒ，et al． Studies
on the effect of the size of polycaprolactone microspheres for the
dispersion of salbutamol sulfate from dry powder inhaler formula-
tions［J］． Pharm Ｒes，2012，29(9) :2445-2455．
［20］ LIANG H，SHINOHAＲA K，MINOSHIMA H，et al． Analysis of
constant rate period of spray drying slurry［J］． Chem Eng Sci，
2001，56(6) :2205-2213． (收稿日期:2015-08-21)
·4421· Chin Pharm J，2016 July，Vol. 51 No. 14 中国药学杂志 2016 年 7 月第 51 卷第 14 期