中药作为中华民族传统文化的瑰宝,通过粉碎药用植物、动物、矿物及其提取物后制得,因此含有生物活性部位或活性化学组分,对维护人类健康做出了不可磨灭的贡献。不过中药粉体理化性 质复杂,常以无定形粉末的形式存在,导致黏性、流动性及压缩性等物理性质表现出与化学原料药的显著差异性,以往都是采用煎煮的方式服用,难以满足人们更高效、更便捷的使用需求,因此在粒子或分子水平上对中药粉体进行功能改性,成为了如今中药制剂研究的重点方向。
(来源:网络)
从中药制剂的制备过程来看,中药复方制剂的组成成分较为复杂,如果再添加冗余的辅料来对其进行改性,有可能会造成药性的降低,甚至增加患者代谢的负担,因此目前中药的改性技术往往是基于粒子设计原理进行的,即需要在不改变物质基础的前提下,根据组方药物粉体性质的差异,通过控制物料的加入顺序、制备工艺、工艺过程参数,在微观层面对组方粉体进行精密的分散与重组,构建分散均匀、性质稳定、具有特定结构与功能的重组粒子。目前,基于粒子设计原理的中药改性技术主要包括超微粉碎技术、包衣法、结晶法、热熔挤出法等。
一、超微粉碎技术
在中药粉体改性中,超微粉碎技术通过使用机械粉碎机、气流式粉碎机、振动磨、搅拌磨及球磨机等粉碎设备,在机械或流体动力产生的高速旋转的转子下,以冲击、碰撞、研磨、粉碎等作用将普通粉体中大多数完整细胞粉碎成粒径约10μm,甚至更小的细胞级粉体。
球磨设备(来源:网络)
在此过程中,由于不涉及化学成分的改变,中药粉体的原有性质和成分基本都可被保留下来,但中药的显微结构发生变化,破坏了中药原有的组织结构,可以提高原料有效成分、营养物质、微量元素等成分的溶出率,同时也能增强药物通过胃肠壁的能力,能提高人体对药物的吸收性,因此该技术广泛应用于改善难溶性物质的溶出度和生物利用度。
目前,超微粉碎技术通常会与固体分散技术结合,通过将物料和纤维素衍生物(如羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素等)、聚乙二醇类、甘露醇、乳糖等亲水性载体均匀混合后共研磨一定时间,使得物料和载体在氢键作用下结合,进一步提高药物的比表面积、减小结晶度、以及改善润湿性。
二、包衣法
包衣法是通过在中药粉体表面形成一层保护膜,不仅可以改善其物理化学性质,如提高稳定性、减少吸湿性、防止团聚、延长保质期、掩盖不良口感和气味等,还可以根据需要调节药物的释放行为,从而满足不同的临床需求。根据制备过程是否有液体参与,包衣法通常可分为干法包衣和湿法包衣。
1、湿法包衣
湿法包衣技术通常是将一种或者多种改性材料溶于水或者有机溶剂中,通过喷雾干燥、流化床底喷包衣、包衣锅等,将包衣液包覆在需改性的粒子表面,同时通过一定的热空气干燥,除去水分,在核粒子表面形成相对均一的壳层,得到结构与性质均显著改善的复合粒子。
利用湿法包衣技术,通常可以得到包覆层均匀性很好、分层风险较小的产品,但以水为溶剂的包衣技术在一些对水敏感或易水解的药上应用具有局限性,而采用有机溶剂的湿法包衣技术又存在污染及干燥等后处理导致的成本升高问题。
2、干法包衣
干法包衣技术通过利用流能磨、磁辅助冲击式涂层机、搅拌磨和共研磨机等干法包衣设备给主体粒子(被包覆粒子)和客体粒子(包覆材料)提供一定的机械能,使客体粒子在压力、静电或干黏合剂的作用下渗入或者嵌入在另一种颗粒表面,形成包衣层。
干法包衣技术原理(来源:参考文献3)
相比湿法包衣,采用粉末机械干法包衣工艺能避免使用有机溶剂或水,适用于水不稳定药物的包衣,避免有机溶剂的污染,同时减少干燥带来的成本,是目前颇具产业化前景化的意向中药粉体改性技术。
三、结晶法
中药粉体主要以无定型状态存在,溶出度、流动性、吸收性等方面均表现较差,而药物结晶技术利用物理或化学方法,使药物从溶液中析出并形成晶体,能够有效改善这些问题,具有选择性高、纯度高、设备简单、操作方便等特点。通常基于粒子设计理论的新型结晶粉体改性技术主要包括球形结晶技术、聚晶技术、共晶技术。
1、球形结晶技术
球形结晶技术最为常用的一种结晶技术,主要用于制备水不溶性单一药物球晶,主要包含球形聚集法和类乳浊液溶剂扩散法,所制备的晶体通常呈球形,具有晶体粒径大、流动性好、接触角小等特点,可以减弱晶体在空气中毛细吸湿现象,具有优异的抗结块性。
(1)球形聚集法
球形聚集法是一种经典的球形结晶方法,需要采用主药、良溶剂、不良溶剂、桥接液四种组分,包括四个主要步骤:结晶、相分离、润湿和粘附。
具体操作是首先将主药预先溶于良溶剂中,后将形成的主药溶液倒入某一可以与良溶剂混溶的不良溶剂中。由于两种溶剂间的亲和力强于主药和良溶剂间的亲和力,故可产生药物结晶。在此过程中,桥接液充当析出粒子之间的桥接物,覆盖在晶体上,以促进颗粒聚集的持续进行。
球形聚集法原理(来源:参考文献2)
(2)类乳浊液溶剂扩散法
该方法需要主药、良溶剂和不良溶剂三种组分。与球形聚集法不同的是,该方法采用的良溶剂与不良溶剂间的作用需要弱于主药与良溶剂间的作用,以便三者混合后形成类乳浊液。在该类乳浊液中,良溶剂慢慢扩散到外部的不良溶剂中,同时外部的不良溶剂渗透进液滴中,主药溶解度降低,产生局部的过饱和液滴,析出结晶。而液滴中剩余良溶剂可以充当架桥剂,促进析出的颗粒进一步聚集析出。
类乳浊液溶剂扩散法(来源:参考文献2)
2、聚晶技术
药物聚晶技术借助液体架桥剂和机械搅拌作用使得药物在液相状态中析出晶体,同时与另外一种辅料的晶体或者微粒聚结成球形颗粒,不仅克服了球形结晶技术局限于制备水不溶性单一药物球晶的问题,而且还可在结晶过程中加入改性辅料和功能性高分子材料,改善药物的溶出和释放速率,提高生物利用度
3、共晶技术
药物共晶指的是活性药物成分(API)和共晶形成物(CCF)在氢键或其他非共价键的作用下结合行成一种可电离的非盐形式的晶体配合物,由于其形成过程主要通过氢键作用力,可在保证药物不改变药理性质的前提下,改变或改善药物的溶解度、溶出速率、稳定性、吸湿性、流动性、压缩性和光热敏性。不过值得注意的是药物实现共晶必须要选择符合安全规定的药用辅料、食品添加剂等座位共结晶剂。
茶碱与对乙酰氨基酚共晶(来源:庄冲,马晓琴,朱宝磊等. 中药活性成分药物共晶的研究进展.广西中医药大学)
通常药物共晶中常用的制备方法分为两大类:溶液合成法和固态合成法。溶液合成法是活性药物成分与共晶形成物都为溶液状态,常用的方法是溶液结晶、超声。固态合成法是活性药物成分与共晶形成物以固态的形式相互反应的过程,方法有升华、研磨、熔融等。目前最为常用的是溶液合成法。
四、热熔挤出技术
热熔挤出技术最初主要用于塑料和高分子加工行业,随后被引入制药行业,在改善药物溶出等方面得到了广泛应用。热熔挤出技术是将原药和聚合物辅料同时加入挤出机,在单一挤出机中的药物和辅料进行混合-熔融-成型,实现由原料药物由多相状态转为单相状态。
该技术可以在强烈的混合和剪切作用下使药物进行空间位置的彼此交换和相互渗透,使单相药物以分子、无定形态或亚稳定态等形式分散在载体中,药物分布更加均匀,对于水溶性较差的药物溶解度的增加和生物利用度的提高有明显作用,此外,通过此工艺亦可制备缓释制剂或对药物掩味等。
小结
目前超微粉碎技术、干法包衣工艺、湿法包衣工艺等技术均已成功应用到中药粉体改性中,可在在不改变药物活性成分的前提下,用于改善中药粉体的流动性、压缩性、润湿性、吸湿行为、崩解行为等,对于中药固体制剂的发展具有巨大推动作用。未来基于粒子设计理论的中药粉体改性技术还需要进一步应用性研究的探索,以推动其像中试和大规模生产的方向发展。
参考文献:
1、朱卫丰,陈富财,刘文君.《基于粒子设计原理的中药粉体改性研究进展》.江西中医药大学
2、《制药工艺关键技术——结晶技术前沿进展有哪些?》.博药.
3、黄永清,叶英,周良良等.《粉末机械干法包衣研究进展》.江西科技师范大学药学院.
4、刘传军.《通过共晶改善药物成药性》.药源CDMO.
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