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微乳技术在中药领域中的应用



全 文 :·技术交流·
微乳技术在中药领域中的应用
魏 红1,魏 昱2,袁 超1,陈龙华1
(1.山东医学高等专科学校 药学系,山东 济南 250002;
2.山东大学 医学院,山东 济南 250012)
[收稿日期] 20080316
[基金项目] 山东省自然科学基金项目(Y2007C078)
[通讯作者] 魏红,Tel:(0531)86305168,Email:bailing8861
@sinacom
  微乳(microemulsion,ME)最早是由 Hoar和 Schulman在
1943年提出[1]。在药剂学中,微乳作为药物载体,有热力学
稳定、缓释、低黏度等优点,因此近几年微乳在药剂学中的应
用和研究已经成为新的热点。以微乳为流动相的色谱法对
于难以分离的复杂体系和难溶化合物的分离以及中药材指
纹图谱的研究,是一种理想的方法。由于微乳液可同时增加
亲水性药物和疏水性药物的溶解度,因此微乳液作为中药提
取溶媒显示出其独特的优点。
1 形成机制和结构类型
关于微乳形成机制的理论有很多种,较为成熟的有以下
3种[1]。第一种是混合膜理论(表面张力理论)[1],认为在微
乳的形成过程中界面张力起着重要作用。油相和水相分别
分布于表面活性剂的两侧,形成水膜和油膜2个界面,又称
作双层膜。当暂时界面张力 γt<0时,微乳自发形成,γt逐
渐上升到 γt=0时,微乳形成,因此,微乳为热力学稳定体
系。界面膜最初为平板状,由于两侧膜压不同,向膜压高的
一侧弯曲形成油包水(W/O)型或水包油(O/W)型微乳,两
侧膜压相等时形成层状液晶。第二种是增溶理论(胶束理
论),以Shinoda[2]等为代表,认为微乳是油相和水相增溶于
胶束或反胶束中,溶胀到一定粒径范围内形成的,增溶作用
是微乳自发形成的原因之一。Shinoda等关于非离子型表面
活性剂微乳的进一步研究表明混合膜并非微乳形成的必要
条件,只要选用结构适宜的非离子型表面活性剂和一定的温
度,不加入助表面活性剂也能形成微乳。但此理论无法解释
为什么只要表面活性剂的浓度大于临界胶束浓度即可产生
增溶作用,而此时并不一定形成微乳。第三种是热力学理
论,Mukherjee等[3]利用热力学方法求算出 ME形成的自由
能及其相转变的条件。但是这些理论都不能完整地解释
ME的形成。微乳有油包水(W/O)型微乳、水包油(O/W)
型微乳、双连续型微乳3种基本结构类型,微乳的结构类型
由处方中各组成本身的性质和比例决定。
2 微乳给药系统
2.1 微乳口服给药系统
微乳口服后可经淋巴吸收,避免了首过效应以及大分子
通过胃肠道上皮细胞膜时的障碍。由于表面张力较低易通
过胃肠道的水化层,药物能直接和胃肠上皮细胞接触,促进
药物吸收,提高生物利用度。微乳是某些多肽、蛋白质、甾体
和生物碱类药物的理想释放载体,例如 Cortesi等[4]将难溶
性抗癌药物喜树碱制成微乳后,喜树碱的溶解量至少是水溶
液中的23倍。含药量达300mg·L-1时室温下可保持30d,
性质稳定。盐酸黄连素在水中的溶解度低,口服吸收差(生
物利用度为10%,小于25%),在胃肠道或肝中部分被分解、
代谢,孙红武等[5]制备了盐酸黄连素微乳,提高了盐酸黄连
素的生物利用度,从而提高了药物的抗菌活性。
2.2 微乳注射给药系统
疏水性药物的非胃肠道给药,尤其是静脉给药,是药剂
工业上的主要难题,而微乳具有增溶作用可解决这一问题。
微乳注射剂除具有一般注射剂的特点外,还有一定的缓释作
用,注射后,药物需经过由微乳内部向介质再分配的过程,延
长药物的释放,提高了药物生物利用度。微乳的热力学稳
定,粒径一般小于100nm,低于血红细胞的直径,可热压灭
菌,或通过微孔滤膜除菌,同时微乳的黏性很低,注射时不会
引起疼痛,根据需要还可以达到缓释或靶向的目的,是静脉
注射及肌内注射药物的良好载体。张学农等[6]研制了紫杉
醇自微乳,并对急性过敏反应和大鼠体内药动学进行考察,
表明微乳延长了药物在体内的滞留时间;急性过敏试验显
示:紫杉醇的注射液在第一次给药后即出现豚鼠死亡,而紫
杉醇自微乳肌内注射无过敏反应症状出现,大剂量腹腔注射
后,少数出现大小便失禁和活动量减少,其过敏反应程度和
死亡率明显低于其注射液。姚静等[7]以伊文思蓝为模型药
物,研究了聚氧乙烯蓖麻油微乳与陈皮油微乳对脑组织通透
性的影响,结果表明微乳脑靶向效果显著。
2.3 微乳经皮给药系统
药物透皮吸收的速度和剂量往往受到角质层屏蔽等的
限制,而微乳的表面张力较低,易于润湿皮肤,使角质层的结
构发生变化。经皮给药的微乳一旦进人角质层,能同时改变
药物透皮吸收的脂性和极性途径,因而能促进药物经皮进入
体循环。Chen等[9]制备了系列雷公藤甲素微乳,与含
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0025%雷公藤甲素的1,2丙二醇水溶液相比,微乳具有促
渗作用,其渗透速率符合 Ficks第一定律,对皮肤的刺激性
减小。
2.4 眼部给药系统
由于微乳可热压灭菌,可滤过,药物溶解量大,又有缓释
作用,所以近几年微乳眼部给药方面的研究得到了迅速发
展。徐岩等[10]研制了含2%毛果芸香碱的微乳滴眼液,并进
行了兔房水药动学的对比研究,显示微乳滴眼液治疗组房水
中药物浓度显著高于普通滴眼液组(P<001),是普通滴眼
液的3倍。普通滴眼液用后3h,房水中已测不出药物浓度,
而微乳滴眼液用后6h,仍能测出药物浓度。
3 微乳色谱
3.1 微乳色谱机制研究
微乳色谱的研究是建立在胶束色谱理论之上的。根据
胶束色谱理论,当流动相中存在胶束及两性表面活性剂,展
开系统即具增溶、降低界面张力作用,并且因静电、疏水及立
体等效应,使其具有独特的选择性,可同时分离亲水性物质
和疏水性物质,对带电成分和非带电成分亦有较好的分离选
择,适用于分离性质差别很小的物质。虽然微乳与胶束体系
都属于低粘度缔合胶体,但在基本特征上存在明显的差别:
①从组成上看纯胶束仅由表面活性剂与水或油组成;微乳液
则通常由表面活性剂、助表面活性剂、油和水等组分组成;②
微乳体系比胶束体系具有更大的增溶量(胶束体系5% ~
20%,微乳体系60% ~70%);③微乳体系具有超低表面张
力(油水界面72mN·m-1,胶束体系20MN·m-1,微乳体
系10-2~10-4mN·m-1)[11];④在微乳体系中,助表面活性
剂能降低表面活性剂分子间的相互排斥作用,使微乳的表面
张力进一步降低,从而增加了微乳的光学透明性和稳定性。
微乳色谱中的微乳多为 O/W型,在 O/W型微乳色谱
中,溶质的分配是在固定相、微乳液的水连续相及油核和界
面膜数相之间进行。由于微乳液的富集增溶作用,极性大的
分子分配于微乳水连续相中,极性小的分子分配于微乳油核
或穿插排列于表面活性剂与助表面活性剂组成的膜栅栏中。
由于分配、吸附、静电、疏水、立体等可能的效应,供试品中各
组分在微乳液中展开时迁移速度不同,而使结构和性质差别
细微的复杂组分得以较理想地分离。
3.2 影响微乳色谱溶质保留行为的主要参数
3.2.1 表面活性剂和助表面活性剂 不同类型的表面活性
剂对溶质在微乳液滴和固定相吸附层上的分配有一定的影
响。改变表面活性剂的性质可以改变溶质和微乳液滴的缔
合能力。表面活性剂与固定相之间的缔合作用随表面活性
剂所带电荷的不同而不同,带负电的表面活性剂在固定相上
形成亲水性吸附层;带正电的表面活性剂与键合相合并形成
一体,保持了固定相的疏水性质。迄今为止,微乳流动相中
大都使用SDS作为表面活性剂。微乳中 SDS的含量一般在
175%~5%。虽然 SDS在05%以上就能形成胶束,但低
于175%,系统不能使油溶解,无法形成微乳。SDS含量在
3%~5%的微乳,色谱行为较稳定。增加表面活性剂的含
量,可以降低疏水性溶质的保留时间,而增加亲水性溶质的
保留时间。
3.2.2 油的类型和含量 乳系统中的助表面活性剂一般是
短链醇,最常用的是正丁醇,其含量范围为66% ~165%,
否则不能形成稳定的微乳。形成微乳的油一般是碳链长度
不同的烷烃和醇类,溶质的保留时间随烷和醇的链长增加而
降低。在O/W型微乳中油的含量一般在0% ~1%,含油量
大于1%时,微乳系统不稳定,色谱重现性较差。油的最佳
含量约为08%。
3.2.3 流动相 pH 在微乳 HPLC中物质的保留行为取决
于分子的离解常数、流动相的 pH和表面活性剂的含量。在
SDS含量较高时,中性与呈离子状态的溶质的保留相差很
小;但在SDS含量较低时,pH对保留值的影响较大,类似于
传统反相 HPLC,所以分离酸、碱性混合物时应严格控制流
动相的pH,以提高测定结果的重现性。
除以上影响因素外,微乳的含水量和环糊精的加入,对
溶质的保留时间均有一定的影响。
3.3 微乳色谱在中药分析中的应用
3.3.1 微乳薄层色谱 韩明等[12]研究了一种新的青梅中
黄酮类组分微乳薄膜色谱分离鉴定方法。以10%的甲酸调
酸,以含水量为70%的十二烷基硫酸钠正丁醇正庚烷水
微乳液为展开剂,以芦丁为对照品,利用聚酰胺薄膜色谱色
谱法使青梅中黄酮成分完全分离。与其他溶剂系统为展开
剂的常规色谱方法相比,微乳薄膜色谱法检测灵敏度更高,
分离效果更好。刘德芳等[13]以十二烷基硫酸钠(SDS)正庚
烷正丁醇以1377∶156∶27的比例溶于67%的水中组成
的微乳体系为流动相,以预制聚酰胺薄层板为固定相,较好
地分离出10余种银杏叶黄酮,对银杏叶黄酮作薄层色谱指
纹图谱分析,建立了简便、合理的标准质量控制方法。与传
统的流动相系统(有机溶液系统)相比,微乳系统显示出较
强的分离优势。
崔淑芬[14]等,从改进薄层色谱重现性差和分离能力低
的角度出发,以甘草为研究对象,建立微乳薄层色谱
(microemulsionTLC,METLC)对微乳组成的优化、METLC的
色谱特征等进行了细致深入的探讨,并成功地用于甘草的指
纹图谱质量控制。
曾常青[15]等以SDS正丁醇正庚烷水微乳液作为展开
剂,通过聚酰胺薄层层析,分离和鉴别了止咳枇杷颗粒中的
百部、桑白皮、白前3种药材,考察了微乳液类型、改性剂、酸
度等因素对分离效果的影响。结果百部的鉴别以含水量
90%微乳液甲酸(9∶1)为最佳展开剂,桑白皮、白前的鉴别
以含水量70%微乳液甲酸(9∶1)为最佳展开剂。微乳薄层
鉴别斑点清晰,为止咳枇杷颗粒鉴别提供了一种简便、准确
方法。
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3.3.2 微乳毛细管电动色谱 微乳毛细管电动色谱又称微
乳毛细管电泳,是一种使用微乳的电驱动分离技术,具有微
乳色谱和电泳的双重机制。可以同时分离亲水性、疏水性、
带电或不带电的物质。近几年微乳电动色谱分离分析天然
药物、维生素、肽、蛋白质、核酸等得到了广泛的应用[1619]。
苏琼[20]等应用微乳毛细管电泳法测定蟾酥及其制剂中蟾毒
内酯类成分的含量。运行微乳缓冲液由 081%正庚烷:
661%正丁醇:331% SDS及8927% 10mmol·L-1硼砂
溶液组成,pH92。运行电压 15kV(恒压分析);柱温 40
℃;检测波长298nm。建立了蟾酥及其制剂六神丸、牙痛一
粒丸中华蟾毒精和酯蟾毒配基的含量测定方法。蒋雪梅[21]
等运用微乳液毛细管电动色谱法(MEEKC),通过考察化合
物浓度、进样量和高电场对其迁移行为的影响及其规律,探
讨了化合物分配于微乳后改变微乳内相性质的原因,以及电
泳高电场致使微乳液性质变化的机理。建立了药物疏水性
微乳液毛细管电动色谱评价方法。颜磊[22]等采用微乳液毛
细管电动色谱的分析方法以女贞子、天麻、大黄3味临床常
用中药材作为研究对象,建立了3种能够表达不同功能的中
药指纹图谱。
4 微乳在中药提取中的应用
微乳相是一种具有特殊物理化学性质的液液分散体
系,由于它的分散相处于纳米粒度范围,具有非常大的比表
面积。所以,从理论上讲,将微乳相作为一种分离介质,应该
具有非常高的分离能力。宋强等[23]研究穿心莲内酯的微乳
提取方法及其对有效成分含量、生物活性和生物利用度的影
响,研究表明,虽然穿心莲的微乳提取液和乙醇提取液中的
穿心莲内酯含量没有显著性差异,但两种提取液的抗炎活性
却有很大的差别,微乳提取液明显高于乙醇提取液,且其中
的穿心莲内酯在体内的生物利用度也明显提高。穿心莲成
分复杂,有内酯类、黄酮类、甾醇、生物碱等,多数成分不溶于
水,尤其是作为有效成分的穿心莲内酯,溶解性极差,仅微溶
于乙醇,单一提取溶媒往往针对某一个或几个成分,而不能
将众多成分全部提取出来,穿心莲且性质不稳定,加热会分
解变性,不适于一般的加热回流提取。应用微乳作为溶媒采
用浸渍法进行提取,一方面由于制剂中既有油相又有水相,
可以包容不同脂溶性药物,制备过程不需外加能源,可以有
效防止热力学不稳定药物的降解,所以可能提取出其中多种
有效成分,共同发挥抗炎作用;另一方面由于微乳体系中有
大量表面活性剂,增溶效果好,粒径小,界面积大,易通过胃
肠壁水化层,增加药物的穿透性,并可经过淋巴管吸收,克服
首过效应以及大分子物质通过胃肠道上皮时的障碍,故可以
大大提高药物的生物利用度,从而加强了抗炎效果。
为了提高超临界CO2流体的溶解度,将微乳液引入超临
界CO2萃取工艺中,可提高中药有效成分的萃取效率。罗登
林[24]等采用二(2乙基己基)磺基琥珀酸钠(AOT)乙醇
水超临界CO2反相微乳对人参皂苷的萃取进行研究。结果
在萃取压力25MPa、温度45℃、时间4h、CO2流量为2L·
h-1条件下,超临界CO2反相微乳萃取的人参皂苷萃取率是
乙醇水超临界CO2萃取的32倍。人参皂苷的萃取率随加
入的水量、萃取压力的增大而增大,随 AOT浓度、萃取温度
的升高先增大后减小。
5 展望
中药的活性成分可能是单一化合物(即有效成份),也
可能是所提取的某一有效部位或有效部位群,有些中药甚至
以全药入药。事实上中药有效部位为主要活性成分的制剂
占有相当比例,这体现了中药多成分、多靶点的特点。对于
中药有效部位,由于其组成的多样性其微乳制备是较复杂
的,要研究的问题还很多。对于中药(植物、动物和矿物)的
全药,由于组成复杂且性质差异较大,所以微乳技术应用于
中药制剂还处于起步阶段。
由于微乳的特殊性质,微乳色谱对于性质相差很小的难
以分离的复杂体系和中药中难溶成分的分离,显示出其独特
的优点,而且通过改变微乳色谱的操作参数,可以较容易地
改变溶质的保留行为,提高分离效果,因此在中药分析中,尤
其是在中药指纹图谱的研究方面得到了广泛的应用,但微乳
HPLC色谱用于中药分析尚未成熟,有待于进一步研究。
中药成分复杂,各种成分极性差别大,应用微乳作为溶
媒进行提取,对亲水性成分和疏水性成分均有增溶作用,可
提取出其中多种有效成分。对于对热不稳定的药物可采用
浸渍法,可有效防止热力学不稳定药物的降解。将微乳液引
入超临界CO2萃取工艺中,可有效提高中药有效成分的萃取
效率。可以预言,使用微乳技术解决中药目前面临的某些难
题,是中药未来发展的方向。
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