难溶性药物的研究和开发是药剂学研究领域不可避免的关键问题，口服给药也成为新药开发面临的重大挑战[1]。口服难溶性药物中药物的溶解度和溶出率是需要解决的主要问题，特别是对于占一半以上不溶性药物的BCSII药物。增加不溶性药物的溶解度，提高溶出率，从而促进药物在人体内的吸收，提高药物的临床疗效，这些问题已成为当代药物制剂研发的研究热点。

无定形固体分散体是当前制药工业界应用最广泛的用以提高难溶性药物生物利用度的技术之一[2,3,4]。与结晶化合物相比，无定形化合物在热力学上不太稳定，为防止在制备与储存时产生结晶，通常采用加入聚合物来改善其溶出及稳定性[5]。Lavra、Hu和Frizon等均制备了无定形固体分散体用以提高溶出度同时提高生物利用度，但是其制备的无定形固体分散体载药量较低，通常有效载药量的质量分数为10%～30%[5,6,7,8]。本文作者以BSCII类药物尼莫地平（nimodipine,NMD）作为模型药物，试图探究高载药量固体分散体（H-DLSD）溶出度及稳定性差的原因。

1、仪器与材料

ALT-124电子天平（赛多利斯科学仪器有限公司），UV-T6紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司），ZRS-8G智能溶出试验仪（天津天大天发科技有限公司），双螺杆热熔挤出机（苏州安拓思纳米科技有限公司），DSC1差示扫描量热分析仪（瑞士梅特勒公司），D/Max-2400粉末X射线衍射仪（日本理学株式会社），Bruker6-55红外光谱仪（德国Bruker光谱仪器公司），s-3400扫描电子显微镜（日本日立公司），PG-2000Pro光纤光谱仪（上海复享光学股份有限公司），KDS-230-CE微量注射泵（美国KDScientific）。

尼莫地平（郑州瑞康药业有限公司），羟丙基纤维素（HPC，日本曹达株式会社），聚乙烯吡咯烷酮（PVPVA64）和聚乙烯己内酰胺-聚醋酸乙烯酯-聚乙二醇接枝共聚物（Soluplus）（德国BASF公司），其他试剂（分析级或色谱级，市售）。

2、方法

2.1尼莫地平无定形固体分散体的制备

通过热熔挤出（HME）制备尼莫地平无定形固体分散体。使用HPC-SL、PVPVA64、Soluplus作为载体材料，尼莫地平和载体以质量比1∶9至9∶1的比例混合均匀。热熔挤出机螺杆速度设定为30r·min-1，挤出温度设定为梯度加热模式，模块1和模块2温度设定为145℃，模块3和模块4温度设定为147℃，模块5和模块6温度在150℃。在挤出机螺杆速度和温度稳定后，将物理混合物手动引入挤出机机筒中，收集挤出物。由于制备的样品在低载药量下是强塑性条状物，而当载药量质量分数超过60%时挤出物黏性较大，因此需将新制备的样品室温下冷却后放置在-80℃冰箱中，冷冻后粉碎过100目筛，收集后置于干燥器中直至使用。

2.2溶出度的测定

精密称取尼莫地平10.00mg和相当于原料药10.00mg的固体分散体。在转速为50r·min-1下，用900mLpH值为6.8磷酸盐缓冲液作为溶出介质，37℃进行测定。于5、10、15、30、45、60、90及120min抽样6mL，用0.45µm微孔滤膜进行过滤，并立即补充相同体积的空白介质。以溶出介质作为空白，在紫外吸收波长237nm处测定溶液的吸光度（A），计算不同时间点各样品的药物浓度及累积溶出百分数。试验结果为3次试验平均值。

2.3差式扫描量热法

精密称取原料药、聚合物和固体分散体各约4mg，放置在铝制坩埚中，坩埚盖上留一针孔，坩埚压盖密封，以氧化铝为参比。在氮气流内，20～200℃的温度范围内以10℃·min-1的升温速率进行DSC分析。

2.4X射线粉末衍射法

使用Cu-Kα辐射对原料药、聚合物和固体分散体样品进行分析。工作条件：电压为56kV，电流为182mA，扫描角度2θ范围为5°～60°，扫描速率为0.5°·min-1。

2.5傅立叶变换红外光谱法

分别称取尼莫地平、聚合物和固体分散体2.0～3.0mg，采用溴化钾压片法，对样品进行红外光谱测定。波数范围为4000～400cm-1，分辨率为4cm-1。

2.6扫描电子显微镜

尼莫地平、载体材料、物理混合物和固体分散体分别均匀地涂覆在铜带上。将导电带上的铜带置于SSX-500场发射扫描电子显微镜下，并在5kV的加速电压下对各粉末进行形态评价。

2.7加速稳定性研究

将固体分散体在40℃和相对湿度为75%的药物稳定性试验箱中保存3个月。测定储存3个月后的溶出行为和晶体存在状态。

2.8液-液相分离浓度测定

采用紫外消光光谱法对尼莫地平在50mmol·L-1的pH值6.8磷酸盐缓冲液中的液-液相分离浓度进行测定。精密称取尼莫地平适量，用无水乙醇使其溶解，制得质量浓度为10g·L-1的尼莫地平溶液。使用微量注射泵将500µL尼莫地平乙醇溶液以25µL·min-1注入100mLpH值6.8的磷酸盐缓冲液中，缓冲液中溶有10mg·L-1HPC，体系温度为37℃，用光纤紫外对整个加入过程中溶液的紫外图谱进行在线扫描，扫描范围为200～425nm，每次扫描结果为64次扫描的平均值，扫描间隔为1min。整个测定过程中对溶液进行磁力搅拌，搅拌速度为200r·min-1。试验结果为3次试验平均值。

2.9尼莫地平超饱和溶液结晶抑制实验

光纤光谱仪实时测定超饱和溶液中游离药物浓度，以考察聚合物对尼莫地平超饱和溶液的稳定作用。使用微量注射泵将10g·L-1的尼莫地平乙醇溶液200µL以100µL·min-1注入100mLpH值6.8的磷酸盐缓冲液中，注入后初始质量浓度为20mg·L-1，缓冲液中溶有HPC，其质量浓度分别为0.1、1和10mg·L-1，以不加任何聚合物作为对照。体系温度为37℃，从加样开始用光纤紫外对整个加入过程中溶液的紫外图谱进行在线扫描，仪器设定参数同“2.8”条。

3、结果

3.1体外溶出度的测定结果

使用PVPVA64、Soluplus和HPC-SL作为载体制备一系列载药量不同的固体分散体，其与原料药在水中的溶出结果见图1。与原料药相比，不同载体制备的低载药量固体分散体（L-DLSD）均可以较大程度提高溶出度。载药量质量分数为10%的固体分散体在水中累积溶出百分数均可达到90%左右。此时药物以高能态的无定形或分子状态分散于载体中，体系具有较高的自由能，因此不仅可以加快药物的溶出速度，而且可以大幅提高药物在介质中的溶解度，同时药物的口服生物利用度也将提高。随着载药量的不断提高，药物的溶出度不断下降，载药量质量分数为80%和90%等高载药量固体分散体，溶出度基本没有改善。此时，载体材料的作用有限，三种载体材料均未能使溶出得到提高，因此高载药量固体分散体溶出度差是一个共性问题，这可能是由于此时载体的含量较低，在制剂的溶出过程中聚合物的作用有限，而药物在载体中的形式不是分子分散状态而是无定形的团块状态。后续本文将以HPC作为载体材料制备的固体分散体进行表征来分析高低载药量固体分散体溶出度差异的原因。

图1不同聚合物制备的载药量不同尼莫地平固体分散体的溶出曲线

3.2差示扫描量热法的测定结果

DSC分析结果见图2。由图2可知，尼莫地平在熔点126℃附近有一尖锐吸热峰，聚合物HPC在升温范围内均没有峰，证明聚合物HPC为非晶态。当制备成载药量质量分数为10%的载药固体分散体后，126℃熔点峰消失，说明尼莫地平此时可能以分子或者无定型状态分散于三种载体中。载药量质量分数为80%及90%的载药固体分散体热流曲线在126℃熔点附近出现吸热峰，说明此时部分药物可能是以晶体形式存在于载体中。

图2HPC、尼莫地平和10%、80%、90%载药固体分散体的差示扫描量热分析图

3.3粉末X射线衍射的测定结果

粉末X射线衍射结果如图3所示。尼莫地平显示典型的结晶形式，主要衍射峰为2θ=5.586°、12.375°、12.917°、17.421°、19.739°、20.329°、20.734°、23.983°、24.828°。由于聚合物的非晶体结构，在图中未观察到峰。在新制备的10%载药固体分散体中没有观察到结晶峰，因此证实此时尼莫地平是无定形状态，这与DSC结果相一致。而80%、90%载药固体分散体在X射线中也未观察到结晶峰，这与DSC结果不一致，这可能是由于新制备的样品虽是无定形状态，但是高载药样品不稳定，在DSC测定期间放热重结晶从无定形变为结晶型，因此观察到熔点峰值前有放热峰，后出现熔点峰。

图3HPC、尼莫地平和10%、80%、90%载药固体分散体的X射线粉末衍射图谱

3.4傅立叶变换红外光谱的测定结果

进行FTIR分析以研究尼莫地平与聚合物之间是否存在相互作用。红外光谱图如图4所示。尼莫地平的FTIR光谱显示出清晰、明确的特征红外吸收带，3299.5cm-1对应于N—H伸缩振动，在1199.5cm-1处发现的强吸收带归因于C—O伸缩振动。对于10%载药固体分散体，其代表性的3299.5cm-1N—H伸缩振动峰和C—O伸缩振动峰值1199.5cm-1均消失，其他特征峰也被钝化或与材料的特征峰组合，结果表明此时尼莫地平和聚合物之间分子间相互作用较强。而80%、90%载药固体分散体的红外光谱中观察到N—H伸缩振动峰，说明药物与聚合物之间分子间作用力较小，此时部分药物未与载体络合，而是以非晶体形式存在于载体中。

图4HPC、尼莫地平和10%、80%、90%载药固体分散体的傅立叶变换红外光谱图

3.5扫描电子显微镜的测定结果

尼莫地平、HPC、物理混合物及固体分散体的扫描电子显微照片显示在图5中，用于研究表面形态特征。从图像中可以看出，尼莫地平是具有大粒径分布的不规则长方体晶体，HPC是不规则颗粒状，在物理混合物中可以同时看到不规则的药物晶体和聚合物颗粒。10%载药固体分散体中没有明显的晶体结构，表明药物以无定形状态均匀分散在HPC中，此时样品表面光滑。80%、90%载药固体分散体表面出现微小聚集体，90%载药固体分散体较80%载药固体分散体聚集体变得更密集。这可能是由于当载药量大时虽然药物是无定形状态，但由于聚合物的抑制作用有限，此时已发生无定形-无定形相分离，大量的无定形药物将聚集成为无定形团聚体，因此样品表面存在凸起。

3.6稳定性实验

固体分散体在加速条件下储存三个月后，载药10%的固体分散体其含量与累积溶出释放度几乎没有变化，但载药80%、90%的固体分散体其溶出度仍旧较差。通过X射线衍射对此时的药物存在状态进行考察发现（图6),80%、90%的载药固体分散体结晶峰明显，而10%的载药固体分散体整体还是无定形状态。加速条件湿度较高，体系会吸收水分，而水分的存在会降低体系的Tg，分子运动性增强，药物与聚合物分子间作用将被减弱，因此易诱导体系发生相分离。高载药固体分散体分子间作用力较低载药固体分散体分子间作用力小，因此高载药固体分散体更不稳定，在放置过程中易缓慢析出结晶，且载药量越高，结晶的趋势越高。

图5尼莫地平（A）、HPC(B）、物理混合物（C）和10%(D）、80%(E）、90%(F）载药固体分散体的扫描电子显微镜图

图610%、80%、90%载药固体分散体及在相对湿度75%、40℃条件下放置3个月后的固体分散体X射线粉末衍射图谱

3.7液-液相分离浓度测定

固体分散体在溶出过程中，由于体系的高能状态，药物在溶液中达到药物的平衡溶解度之后仍会继续溶出，此时溶液即处于超饱和状态，药物浓度持续增加直至达到无定形溶解度。若此时没有晶体生成，体系会发生相分离，通常以纳米粒的形式存在，发生相分离的浓度即液-液相分离浓度。用光纤光谱仪实时测定溶液的紫外光谱。于波长237nm处测定消光度值，以消光度值对药物质量浓度的变化作图，结果见图7。由图7可知，药物质量浓度在30mg·L-1之前和37mg·L-1之后与药物溶液的消光度都呈现良好的线性，但在此质量浓度间直线的斜率发生明显变化，发生变化的浓度即为液-液相分离浓度。对前后浓度范围内的数据进行线性回归，得到两条直线方程，计算直线交点为34.15mg·L-1即为尼莫地平液-液相分离浓度。

图7在pH值6.8磷酸盐缓冲液中237nm处尼莫地平的紫外消光对药物质量浓度的函数

3.8聚合物对尼莫地平过饱和溶液的稳定作用

药物从超饱和溶液中的结晶过程分为两个过程：成核和生长。当药物浓度超过液-液相分离浓度时，体系的吸光度与药物质量浓度的线性关系发生改变，选择20mg·L-1作为测试浓度，实时测定溶液中的药物浓度。选取最大吸收波长237nm处的吸光度对溶液中尼莫地平的质量浓度进行计算。以质量浓度对时间作图，结果见图8。在不加聚合物时，药物在20mg·L-1仅维持6min，这个时间为药物成核时间，随后质量浓度开始以指数衰减的方式下降，此时为晶体生长阶段。为具体比较聚合物对成核和生长阶段的影响，对质量浓度下降阶段的曲线进行拟合，拟合方程为：ρt=20-A(1-e-B(t‒C))。其中为ρt为t时刻溶液中尼莫地平的质量浓度，t为时间，A、B、C为参数，其中B为晶体生长速率。令ρt等于20mg·L-1，即可以得到晶体生长阶段的拟合曲线与ρt=20mg·L-1直线的交点，此交点即为成核抑制时间。拟合后数据整理如图8所示，当加入聚合物质量浓度为0.1mg·L-1时，体系中游离药物质量浓度随时间的变化和不加入聚合物的曲线无显著区别，成核诱导时间与生长速率未有较大变化。说明此质量浓度时，聚合物对药物的结晶没有抑制作用。在聚合物质量浓度为1mg·L-1及10mg·L-1时，药物的成核诱导时间增加为15min左右，生长速率随之降低。从结果来看HPC主要是通过降低晶体生长速率来抑制尼莫地平晶体的形成，从而维持尼莫地平过饱和溶液的稳定性。总体趋势为聚合物质量浓度越大，超饱和溶液的稳定性越高。因此，载药量较高的固体分散体不止在固态的存储状态下不稳定，在溶出过程中，由于体系内聚合物浓度低，也很难维持体系的过饱和状态，不利于制剂的溶出。

图8在不存在和存在聚合物的情况下，在pH6.8磷酸盐缓冲液中NMD溶液的去饱和（A），成核诱导时间（B）和晶体生长速率（C)(n=3)

4、讨论

a.固体分散体中药物的存在状态可分为三种类型，包括晶体、无定形和分子状态。在药物分子和无定形状态情况下，系统都处于非晶态，两者之间的区别在于系统是否均匀。无定形状态是非均相，其药物的分散形式是无定形聚集体，此时系统已经开始发生相分离，该系统中的两个新阶段是富含药物的相和富含聚合物的相。通常认为相分离是药物结晶的第一步，相分离可在结晶过程之前发生，或两者可同时发生，对于发生相分离的系统，由于富含药物的区域中的聚合物浓度低并且抑制效果受限，药物分子更可能结晶，难以保持非晶态，制剂不稳定。即使在新制备时样品为无定形状态，但在放置和溶出的过程中，由于不同程度的水的诱导，药物会加速结晶的过程从而转变成晶体状态，因此溶出难以改善[9,10]。

b.从热力学观点来看，固体分散体的物理稳定性取决于混合前后系统自由能的变化。如果在混合后系统的自由能增加，即固体分散体的自由能大于混合前组分的自由能之和，则系统将朝混合前的状态变化，药物会析出晶体。从Flory-Huggins晶格理论可知，药物-聚合物相互作用参数决定了自由能变化的方向，因此固体分散体的热力学稳定性主要取决于药物-聚合物的分子间力的强度。分子间力越强，所得固体分散体的物理稳定性越高[11]。从上述红外表征可以看出，药物负载越大，分子之间的相互作用越弱，意味着自由能越高，结晶越容易，体系越不稳定。

c.由于无定形固体分散体的高能状态，固体分散体在溶出的过程中达到平衡溶解度后仍会继续溶出。若游离的药物浓度超过平衡溶解度，溶液即处于超饱和状态，在超饱和状态下虽可以促进药物的吸收，但由于其属于热力学不稳定体系，因而存在结晶的趋势。一旦溶解后由于升高的超饱和度结晶，则损害了在非晶相中递送的溶解度优势。因此，对于固体分散体来说，维持药物溶液的超饱和状态同样至关重要。通过本实验结果可以看出，随着聚合物浓度的增加，超饱和状态下的结晶诱导时间增加，结晶速率降低，超饱和溶液的稳定性越高，因此高载药量固体分散体在维持超饱和溶液的稳定性上不占优势，不利于溶出的进行。

张璐,马丹阳,唐星,何海冰.高载药量尼莫地平无定形固体分散体溶出及稳定性研究[J].中国药剂学杂志,2020,18(01):38-48.