全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45 卷 第 13 期 2014 年 7 月 ·1845·
• 药剂与工艺 •
星点设计-效应面法优化芷芎散温敏凝胶的处方及其鼻黏膜渗透特性研究
卢浩扬，林媛媛，车俊秀，曾维东，陈 宝，吴传斌，徐月红*
中山大学药学院，广东 广州 510006
摘 要：目的 制备并优化芷芎散鼻用温敏凝胶的处方，并考察其体外释放机制和鼻黏膜渗透特性。方法 利用星点设计-
效应面法优化泊洛沙姆温敏凝胶基质处方，然后经 Franz 扩散池法考察欧前胡素、阿魏酸的体外释放机制及其离体家兔鼻黏
膜渗透特性。结果 最优处方为泊洛沙姆 407（P407）20%、泊洛沙姆 188（P188）6.5%，欧前胡素接近零级释放模型，阿
魏酸接近 Higuchi 模型，处方对欧前胡素和阿魏酸的透过鼻黏膜均具有促进作用。结论 优化所得的处方为芷芎散新给药途
径制剂的开发提供基础。
关键词：白芷；川芎；泊洛沙姆；温敏凝胶；体外释放；鼻黏膜渗透性
中图分类号：R283.6 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2014)13 - 1845 - 05
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2014.13.007
Optimization for formulation of Zhi Xiong San thermo-sensitive gel by central
composite design-response surface method and study on characterization of its
nasal mucosal permeability
LU Hao-yang, LIN Yuan-yuan, CHE Jun-xiu, ZENG Wei-dong, CHEN Bao, WU Chuan-bin, XU Yue-hong
School of Pharmaceutical Sciences, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006, China
Abstract: Objective To prepare and optimize the formulation of intranasal thermo-sensitive gel of Zhi Xiong San and to evaluate its
in vitro release mechanism and nasal mucosa permeability. Methods The formulations of poloxamer thermo-sensitive gel were
optimized by a central composite design-response surface method and its in vitro release mechanism and nasal mucosa permeability
were evaluated by Franz diffusion chambers. Results The optimal formulation was Poloxamer 407 (P407) 20% and Poloxamer 188
(P188) 6.5%. Imperatorin was released from the thermo-sensitive gels approximately with a zero-order mechanism, while ferulic acid
with a Higuchi model. The formulation demonstrated the enhancement of nasal mucosa permeability. Conclusion The optimal
formulation provides a basis for the development of new administration routes and dosage forms of Zhi Xiong San.
Key words: Angelicae Dahuricae Radix; Chuanxiong Rhizoma; Poloxamer; thermo-sensitive gel; in vitro release; nasal mucosal
permeability

偏头痛是由多种因素引起的单侧或双侧搏动性
头痛，常伴随恶心、呕吐、畏光、畏声等症状，是
严重影响患者生活质量的原发性头痛之一[1]。芷芎
散为中医经典《普济方》（明）卷四十六中所收载的
主治头风（偏头痛）的方剂，由白芷 Angelicae
Dahuricae Radix、川芎 Chuanxiong Rhizoma 药对等
份组成[2]，其疗效确切，组方简单，中医临床上已
被广泛用于偏头痛的预防和治疗，目前给药方式仍
局限于口服给药。近年来，通过鼻腔给药的脑靶向
药物传递已成为国内外研究的热点。由于鼻腔与脑
组织的生理联系，药物可通过嗅神经和三叉神经进
入脑部，从而避开血脑屏障，可更好地发挥疗效[3]。

收稿日期：2014-01-19
基金项目：广东省科技计划项目（2010B030700009024）
作者简介：卢浩扬（1989—），男，硕士在读，研究方向为中药现代化。Tel: (020)39943060 E-mail: lhy200801@163.com
*通信作者 徐月红（1969—），女，博士，副教授，硕士生导师，主要从事药物新剂型与新技术研究。
Tel: (020)39943119 E-mail: lssxyh@mail.sysu.edu.cn
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45 卷 第 13 期 2014 年 7 月 ·1846·
原位凝胶是一种新的给药剂型，它以溶液状态
给药，到达用药部位后立即发生相变形成凝胶，从
而延长药物的滞留时间[4-5]，根据触发相变的条件，
可分为温度敏感型、离子敏感型和 pH 敏感型原位
凝胶。泊洛沙姆是一类聚氧乙烯（PEO）-聚氧丙烯
（PPO）嵌段共聚物，具有较好的生物相容性，现已
广泛用作温敏凝胶的基质材料[6]。其中泊洛沙姆 407
（P407）最为常用，它的水溶液具有受热方向胶凝
的性质，然而，单一的 P407 溶液胶凝温度较低，
因此常加入少量泊洛沙姆 188（P188）调节胶凝温
度使其接近人体鼻腔温度（33 ℃左右）[7]，从而延
长药物在鼻黏膜的滞留时间。
本研究将芷芎散的适应症和鼻腔给药的优点相
结合，以更好地发挥其治疗偏头痛的作用，采用星
点设计-效应面法优化芷芎散温敏凝胶处方，并考察
其体外释药机制和鼻黏膜渗透性，为其鼻腔给药制
剂的开发提供基础。
1 仪器与材料
DV—III ULTRA 型流变仪，美国 Brookfield 公
司；JY92—2D 型超声波细胞破碎仪，山东鄄城华
鲁仪器公司；TK—12D 型透皮扩散仪，上海锴凯科
技贸易有限公司；LC—15C 高效液相色谱仪，日本
岛津公司。
白 芷 Angelicae Dahuricae Radix （ 批 号
YPAOG0001）、川芎 Chuanxiong Rhizoma（批号
20100801）药材均购自广州采芝林药业有限公司，
经中山大学药学院天然药物与中药研究所赵志敏讲
师鉴定，所用药材均符合《中国药典》2010 年版要
求；P188、P407，德国 BASF 公司；大孔吸附树脂
HPD100，沧州宝恩化工有限公司；欧前胡素，质
量分数 98%，上海顺勃生物工程技术有限公司；阿
魏酸，质量分数 98%，南京泽朗医药科技有限公司。
新西兰家兔，广州中医药大学实验动物中心，许可
证号 SCXK（粤）2008-0020；透析膜，截留相对分
子质量 14 000，美国 Viskase 公司；甲醇为色谱纯，
其他试剂均为分析纯。
2 方法与结果
2.1 芷芎散提取物的制备
取 100 g 芷芎散药材粉末（白芷、川芎质量比
1∶1），加入 800 mL 蒸馏水，水蒸气蒸馏 8 h 提取
挥发油，挥发油提取率为（0.34±0.08）%，经水蒸
气蒸馏提取过的药材再用 250 mL 95%乙醇超声提
取 3 次，每次 20 min，合并提取液，上大孔吸附树
脂柱，用水-乙醇梯度洗脱得芷芎散醇提物，提取率
为（0.59±0.02）%，其中欧前胡素和阿魏酸质量分
数分别为（1.01±0.27）%和（2.35±0.08）%。芷
芎散提取物由挥发油和醇提物合并构成。
2.2 处方优化
2.2.1 温敏凝胶的制备 采用低温溶解法，取处方
量 P188 溶于蒸馏水中，在不断搅拌下缓慢加入
P407，继续搅拌使其分散均匀，4 ℃保存 24 h，使
泊洛沙姆充分溶胀，得空白温敏凝胶。将芷芎散提
取物与空白凝胶混合分散均匀，得橙黄色乳浊状含
药温敏凝胶。
2.2.2 胶凝温度（Tgel）的测定 采用黏度法[8]，取
液体状态的温敏凝胶于流变仪样品池中，以 0.5～1
℃/min 的速率缓慢升温，测定 10～40 ℃各温度点
的黏度，当黏度发生突跃时的温度即为胶凝温度。
2.2.3 星点设计-效应面法优化温敏凝胶基质处方
为确定 P407 和 P188 的范围，先分别制备不同质量
分数的 P407 和 P188 水溶液并测定其 Tgel，结果显
示，随着质量分数的增大，P407 和 P188 水溶液的
Tgel 均降低，当 P407 质量分数为 16%时即可形成凝
胶，且 Tgel 较低，而 P188 质量分数需达到 30%才能
形成凝胶，且 Tgel 过高，故采用 P407 为主要基质，
用少量 P188 调节 Tgel。根据星点设计的原理[7,9]，以
P407 的质量分数（X1）和 P188 的质量分数（X2）
为考察因素，根据单因素考察的结果，确定 X1 的范
围为 15%～21%，X2 的范围为 0～15%，各因素设
置 5 个水平，其代码分别为±α、±1 和 0，本实验
为 2 因素的星点设计，因而 α＝1.414。各因素水平
安排见表 1，具体实验设计方案与结果见表 1。以
X1 和 X2 为自变量，Tgel 为因变量，使用 SPSS 18.0
表 1 星点设计安排与结果
Table 1 Central composite design and results
编号 X1 / % X2 / % Tgel / ℃
1 20.12 (+1) 12.80 (+1) 32.9±0.1
2 20.12 (+1) 2.20 (−1) 26.2±0.1
3 15.88 (−1) 12.80 (+1) 43.6±0.2
4 15.88 (−1) 2.20 (−1) 42.3±0.1
5 21.00 (+1.414) 7.50 (0) 31.9±0.2
6 15.00 (−1.414) 7.50 (0) 48.9±0.2
7 18.00 (0) 0 (−1.414) 38.0±0.2
8 18.00 (0) 15.00 (+1.414) 26.5±0.1
9～13 18.00 (0) 7.50 (0) 39.6±0.2
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对结果进行二次多项式模型拟合，结果如下 Y＝
128.44－7.29 X1＋0.55 X2＋0.09 X12－0.14 X22＋0.12
X1X2（R2＝0.986 7，P＜0.01）。
由拟合得到的模型绘制效应面图（图 1），结果
可见随着 P407 质量分数增加，Tgel 呈下降趋势，而
P188 则低质量分数使 Tgel 升高，高质量分数使 Tgel
降低。根据拟合结果，确定 Tgel为 33 ℃，在 15～
21 ℃改变 X1的值，计算出对应的 X2值。当 X1＜17%
时，对应的 X2 值过高（超过 15%），当 X1＞20%时，
无论如何改变 X2 的值均无法使 Tgel＝33 ℃。在
17%～20%范围内改变 X1的值，计算得以下 5 个处
方：处方 1（X1 17%，X2 0.5%），处方 2（X1 18%，
X2 2.3%），处方 3（X1 19%，X2 4.2%），处方 4（X1
20%，X2 6.5%），处方 5（X1 20%，X2 14%）。

图 1 Tgel 随 P407 和 P188 质量分数变化效应面图
Fig. 1 Response surface plot of Tgel with P407
and P188 content changes

将以上处方按 100 g 芷芎散原药材提取所得提
取物载到 20 g 温敏凝胶的载药量制备含药温敏凝
胶，平行 3 份，分别测定载药前和载药后的 Tgel，
结果见表 2。由表 2 的结果可得出处方 3、4 载药后
Tgel 变化相对较小，接近人体鼻腔温度，因此选择
这 2 个处方进行后续研究。
表 2 星点设计优化所得处方的验证
Table 2 Validation of gel formulations optimized
by central composite design
Tgel / ℃ 处方 P407 / % P188 / %
载药前 载药后
1 17 0.5 30.1±0.3 23.2±0.2
2 18 2.3 33.8±0.6 27.2±0.5
3 19 4.2 34.1±0.3 29.5±0.2
4 20 6.5 34.6±0.2 30.4±0.6
5 20 14.0 35.1±1.5 28.1±0.8
2.3 样品测定方法
2.3.1 欧前胡素的测定[10] 采用 HPLC，色谱柱为
BDS HYPERSIL C18 柱（250 mm×4.6 mm，5 μm，
Thermo Scientific），流动相为甲醇-水（62∶38），
体积流量 1 mL/min，紫外检测波长 300 nm，进样量
20 μL，40 ℃下测定。该方法具有较好的专属性，
在 0.05～15 μg/mL 具有良好的线性，标准曲线为
Y＝67 651 X－3 024（X 代表欧前胡素质量浓度，Y
代表峰面积），R2＝0.999 7，日内和日间精密度 RSD
分别为 0.78%和 1.81%；平均回收率为 98.6%，RSD
为 2.43%；重复性 RSD 为 0.78%。
2.3.2 阿魏酸的测定[10] 采用 HPLC，色谱柱为
Welchrom C18 柱（250 mm×4.6 mm，5 μm，Welch
Materials），流动相为甲醇-1%乙酸（30∶70），体积
流量 1 mL/min，紫外检测波长 322 nm，进样量 20
μL，40 ℃下测定。该方法具有较好的专属性，在
0.05～10 μg/mL 具有良好的线性，标准曲线为 Y＝
130 386 X—4 360（X 代表阿魏酸质量浓度，Y 代表
峰面积），R2＝0.999 9，日内和日间精密度 RSD 分
别为 0.34%和 1.99%；平均回收率为 102.2%，RSD
为 1.84%；重复性 RSD 为 0.34%。
2.4 体外释放机制研究
采用 Franz 扩散池法[11]，将透析膜固定于 Franz
扩散池中间，称取载药凝胶 0.1 g 于供给池中，以含
20% PEG 400的Ringer’s液（NaCl 8.5%，KCl 0.03%，
CaCl2 0.033%）为释放介质[12]，调节扩散仪水浴温
度为 33 ℃，搅拌子转速为 300 r/min，分别于 15、
30 min 及 1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0、12.0、
24.0 h 于接收池中取样 1 mL，并补足接收液体积，
测定各时间点欧前胡素和阿魏酸的质量浓度，计算
累积释放度，以时间为横坐标、累积释放度为纵坐
标绘制欧前胡素和阿魏酸的释放曲线（图 2）。
由图 2 可见欧前胡素和阿魏酸分别于 12、8 h
释放完全，且 2 个处方的释放行为相似。将得到的
数据用以下半经验方程（用于描述聚合物系统的释
药机制）进行拟合[13]：Mt/M∞＝ktn，log(Mt/M∞)＝
logk＋n log t，其中 Mt/M∞为累积释放度，k 为释放
常数，n 为释放指数。当 n＝0.5 时，药物释放遵循
Fick 扩散定律（Higuchi 模型），当 n＝1.0 时为零级
释放，若 n 介于 0.5 和 1.0之间则是 2种机制的综合。
根据拟合结果计算 k、n 值，结果见表 3，由结果可
见欧前胡素接近零级释放模型，阿魏酸接近 Higuchi
模型。
50
40
30
16.94
T g
el
/
℃

19.06
4.85
10.15
P407 / % P188 / %
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图 2 欧前胡素 (A) 和阿魏酸 (B) 累积释放曲线
Fig. 2 Cumulative release profiles of imperatorin (A) and ferulic acid (B)

表 3 欧前胡素和阿魏酸释放模型拟合参数
Table 3 Fitting parameters of imperatorin and ferulic acid
release model
欧前胡素 阿魏酸 处方
n k n k
3 0.893 11.194 0.553 39.084
4 0.995 8.531 0.547 36.475

2.5 离体家兔鼻黏膜渗透性研究
耳缘 iv 过量乌拉坦将家兔致死，取下家兔鼻腔
前部，沿鼻中隔小心剥离两侧的鼻黏膜，立刻浸没
在冷冻的 Ringer’s 液中，备用[14]。
采用改良 Franz 扩散池法，用玻璃导管（内径
0.42 cm）代替供给池，将家兔鼻黏膜固定于供给池
下方，称取载药凝胶 0.05 g 于供给池中，接收池加
入 4 mL Ringer’s 液（含 20% PEG 400），调节供给
池位置至家兔鼻黏膜刚好与接收液液面接触，同时
以芷芎散提取物为对照（控制原药材的量相同）。
设定扩散仪水浴温度为 33 ℃，搅拌子转速为
300 r/min，分别于 0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、
8.0、12.0、24.0 h 从接收池中取样 1 mL，并补足接
收液体积，测定各时间点欧前胡素和阿魏酸的质量
浓度，计算累积渗透量（Q），以时间为横坐标、Q
为纵坐标，绘制欧前胡素和阿魏酸的经鼻黏膜渗透
曲线（图 3），得到的结果用以下方程计算表观渗透
系数（Papp）[15]：Papp＝(dQ/dt)(1/AC0)，其中 dQ/dt
为稳态渗透速率，即累积渗透曲线的斜率，A 为有
效渗透面积，C0 为供给池初始质量浓度。
结果见表 4，欧前胡素和阿魏酸均表现为芷芎
散温敏凝胶渗透速率比芷芎散提取物快，而处方 3、
4 无明显差异。




图 3 欧前胡素 (A) 和阿魏酸 (B) 家兔鼻黏膜累积渗透量
Fig. 3 Cumutive permeability of imperatorin (A) and ferulic acid (B) in nasal mucosa of rabbits

3 讨论
泊洛沙姆是 PEO/PPO 的嵌段共聚物，其水溶
液具有反向胶凝的性质。在合适的浓度，温度的升
高可促进泊洛沙姆分子链间的氢键交联，使整个体
系形成网状结构，从而形成凝胶。对于 P407 或 P188
溶液，浓度升高都能使 Tgel 降低，但在 P407/P188
混合体系中，少量的 P188 反而使 Tgel 升高，当 P188
到达一定浓度时才降低 Tgel，这可能与体系中 PEO
和 PPO 的比例有关[16]，P188 中 PEO 的质量分数高
于 P407，因此，在 P407 溶液中加入 P188 后可增加
19% P407-4.2% P188（处方 3）
20% P407-6.5% P188（处方 4）120
100

80

60

40

20

0
累
积
释
放
度
/
%

120
100
80
60
40
20
0
累
积
释
放
度
/
%

0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25
t / h t / h
19% P407-4.2% P188（处方 3）
20% P407-6.5% P188（处方 4）
芷芎散提取物
5

4

3

2

1

0
Q
/
μg

10
8
6
4
2
0
Q
/
μg

A B
A B
0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25
t / h t / h
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表 4 欧前胡素和阿魏酸的 Papp
Table 4 Papp of imperatorin and ferulic acid
Papp / (μg·cm−2·s−1) 处方
欧前胡素 阿魏酸
3 1.56±0.44* 2.11±0.36*
4 2.17±0.98* 1.96±0.32*
芷芎散原粉 0.56±0.12 0.30±0.06Δ
与芷芎散原粉比较：*P＜0.05 与欧前胡素比较：ΔP＜0.05
*P＜0.05 vs ZXS ΔP＜0.05 vs imperatorin

PEO 的相对量，使整个体系的特征偏向于 P188，即
具有较高的 Tgel，若继续增加 P188 的量，聚合物浓
度的影响将大于 PEO 相对量的影响，从而使 Tgel
降低。
药物从凝胶释放主要由药物本身的溶出速率和
在凝胶中的扩散速率决定，阿魏酸分子具有一个亲
水性的羧基，可快速溶出，因此其释放主要受扩散
速率影响，即遵循 Fick 扩散定律，而欧前胡素水溶
性较差，溶出速率比扩散速率慢，因此其释放机制
主要由溶出速率决定，受凝胶中药物浓度影响不大，
接近零级释放[13]。
从离体鼻黏膜渗透性实验结果可知芷芎散温敏
凝胶透黏膜速率明显较芷芎散快，说明泊洛沙姆可
能起促渗作用[17]，同时，由于欧前胡素的亲脂性，
与鼻黏膜具有较强的亲和力，处方 4 欧前胡素及阿
魏酸均具有较好的鼻黏膜渗透性，而且处方 4 最接
近鼻腔的温度，因此确定处方 4 即 P407 20%和 P188
6.5%构成最优的芷芎散温敏凝胶处方，该处方对药
物透过鼻黏膜具促渗作用，可为芷芎散新给药途径
的制剂开发提供基础。
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