纳米SiO2涂层中药浸膏粉的粉体学性质

高 迪，赵海宁，王雁雯，叶相印，商利娜，张 怡，周梦楠，王亚静

（1.天津中医药大学中医药研究院，天津 301617；2.天津中医药大学现代中药发现与制剂技术教育部工程研究中心，天津 301617）

中药浸膏粉是中药固体制剂生产过程中的重要中间体［1］，其化学组成多样，构成体系复杂，存在流动性差、吸湿性强、易粘结等问题，会直接影响颗粒、片剂等固体制剂成型工艺的难易程度及终产品的质量［2］。因此，采用有效技术手段改善粉体学性质，对中药浸膏粉的加工和贮存尤为关键。

干粉涂层是解决中药浸膏粉流动性差、黏性大、吸湿性强等不良物理特性的有效方法之一［3-5］，广泛应用于中药粉体改性领域。纳米SiO2具有生物相容性和药学可接受性［6］，而且有着比表面积大、表面多介孔结构等独特理化性质［7］，以其作为涂层材料正成为中药粉体改性技术的研究热点［8-10］，但目前其特点及规律尚不清楚，缺少系统评价。因此，本实验以黄芪浸膏粉为模型药，分别以不同种类纳米SiO2进行干粉涂层，表征其流动性、可压性、吸湿性等粉体学性质，并通过聚类分析考察纳米SiO2涂层在中药粉体改性方面的作用特点，以期为开发中药浸膏粉表面改性策略提供依据。

1 材料

JA2103N 型电子天平（上海新桥衡器有限公司）；AL104 型电子天平（瑞士Mettler-Toledo 公司）；DZF-6090 型真空干燥箱（上海新苗医疗器械制造有限公司）；HELOS／OASIS 型激光衍射粒度分析仪（德国新帕泰克有限公司）；DP30A 型单冲压片机（北京国药龙立科技有限公司）；YPD-300C型智能片剂硬度测定仪（上海黄石药监仪器有限公司）。

疏水性气相纳米SiO2（粒径7～40 nm，比表面积260 m2／g）、亲水性气相纳米SiO2（粒径7～40 nm，比表面积300 m2／g）（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；SBA-15 介孔纳米SiO2（孔径6～11 nm，比表面积≥800 m2／g）、SBA-16 介孔纳米SiO2（孔径2.5～4.0 nm，比表面积≥700 m2／g）、MCM-41 介孔纳米SiO2（孔径2.5 nm，比表面积745.34 m2／g）、MCM-48 介孔纳米SiO2（孔径2.5 nm，比表面积≥750 m2／g）（南京吉仓纳米科技有限公司）。微晶纤维素（批号20181104）、硬脂酸镁（批号20181228）（安徽山河药用辅料股份有限公司）。黄芪浸膏粉（西安旭煌生物技术有限公司，黄芪多糖质量分数40%，批号181016。黄芪加水提取后，通过喷雾干燥制得），原药材购自市场，经专家鉴定为正品。

2 方法与结果

2.1 黄芪原粉制备 称取一定量黄芪浸膏粉，过80 目筛，即得。

2.2 不同粉体制备

2.2.1 未涂层粉末 采用机械研磨工艺。称取黄芪原粉40 g，置于研钵中，朝同一方向研磨10 min，肉眼发现其颜色均一，即得。

2.2.2 表面改性物 采用机械研磨工艺。称取黄芪原粉40 g、纳米SiO20.4 g，混合均匀后置于研钵中，朝同一方向研磨10 min，肉眼发现两者研磨改性物颜色均一。再分别采用疏水性、亲水性气相纳米SiO2及SBA-15、SBA-16、MCM-41、MCM-48 介孔纳米SiO2涂层黄芪原粉，作为表面改性物A～F。

2.3 粉体学性质研究

2.3.1 粒径 取待测粉体适量，设定分散压力100 kPa，进样速率60%，采用激光粒度测定仪的干法模块测定粉体10%（D10）、50%（D50）、90%（D90）的累积平均粒径，各平行3 次，取平均值，发现与未涂层粉末比较，各表面改性物D10、 D50、D90均降低（P＜0.01），见表1。再通过SPSS 22.0软件对粉体粒径进行单因素方差分析及两两多重比较，发现改性前后粉体D10、 D50、 D90比较，差异均具有统计学意义（P＜0.05），并且未涂层粉末、各表面改性物三者均具有统计学差异（P＜0.01）。

表1 改性前后粉体粒径分布（，n＝3）Tab.1 Particle size distribution of powder before and after modification（，n＝3）

表1 改性前后粉体粒径分布（，n＝3）Tab.1 Particle size distribution of powder before and after modification（，n＝3）

注：与未涂层粉末比较，∗∗P＜0.01。

2.3.2 流动性

2.3.2.1 松密度（ρb）采用量筒法。将质量已知的待测粉末沿漏斗壁匀速缓慢倒入洁净、干燥的100 mL 量筒中，轻轻抹平表面，其间不得振荡，计算量筒中粉末质量与其所占体积的比值，即为ρb。

2.3.2.2 振实密度（ρbt）采用轻敲法。将“2.3.2.1”项下装有待测粉末的量筒以一定振幅振动数次，使粉末处于紧实状态，记录振实后体积，计算量筒中粉末质量与振实后体积的比值，即为ρbt。

2.3.2.3 休止角（α）采用漏斗法。将一定量待测粉末于漏斗上方缓缓倒下，粉末与平面形成圆锥体，当圆锥体高度不再增加时量取其高度（h）和底面半径（r），计算α，公式为α ＝arctan（h／r）。研究表明，α 越小，摩擦力越小，流动性越好［11］。

2.3.2.4 豪斯纳比（IH）、压缩度（C）计算公式分别为IH＝ρbt／ρb、 C ＝［（ρbt-ρb）／ρbt］×100%。其中，IH 随着粉末内聚力的减少而降低，后者越低，流动性越好；C 越小，流动性越好［11］。

2.3.2.5 纳米SiO2涂层对黄芪原粉流动性的影响 表2 显示，与未涂层粉末比较，干法涂层技术所得表面改性物的α、IH、 C 均得到改善，并且疏水性纳米SiO2可更有效地改善其流动性。再通过SPSS 22.0 软件对未涂层粉末、表面改性物进行单因素方差分析，并进行两两多重比较，发现未涂层粉末、表面改性物B、E、F 上述流动性指标均具有统计学差异（P＜0.01），即以纳米SiO2为涂层材料进行干法涂层可明显改善黄芪原粉的流动性能。

表2 改性前后粉体流动性（，n＝3）Tab.2 Flowabilities of powder before and after modification（，n＝3）

表2 改性前后粉体流动性（，n＝3）Tab.2 Flowabilities of powder before and after modification（，n＝3）

注：与未涂层粉末比较，∗∗P＜0.01。

2.3.3 可压性 粉体中加入0.5%硬脂酸镁作为润滑剂、20%微晶纤维素作为填充剂，使用φ11 冲模，压片机将其在不同压力（P，1～30 kN）下压成直径11 mm 的片剂，放置24 h 后以游标卡尺测定片剂厚度（L）、直径（D），在硬度仪上测定最大径向破碎力（F），计算抗张强度（TS），公式为TS ＝2F／（π×D×L），并以P 对TS 进行回归，计算其斜率（k），改性前后粉体压力-抗张强度回归方程见表3，曲线见图1，可知表面改性物k更高，并且TS 与P 之间具有一定相关性。压力-抗张强度回归方程中k 越大，粉体可压性越好［12］，表明纳米SiO2作为涂层材料可改善黄芪原粉可压性。

表3 改性前后粉体压力-抗张强度回归方程Tab.3 Regression equations for pressure-tensile strength of powder before and after modification

图1 改性前后粉体压力-抗张强度曲线Fig.1 Pressure-tensile strength curves for powder before and after modification

2.3.4 吸湿性 在25 ℃下，将过饱和氯化钠溶液置于玻璃干燥器底部48 h，使干燥器内部环境相对湿度恒定在75%。取不同粉体各约1.5 g，置于已烘至恒定质量的称量瓶中，厚度约为2 mm，打开瓶盖，在40 ℃烘箱中干燥6 h，取出，置于干燥器中冷却，精密称定质量后打开瓶盖，置于干燥器中恒温密闭放置，于1、2、3、6、9、12、24、36、48、56 h 精密称定质量，计算吸湿率，公式为吸湿率＝ ［（吸湿后粉末质量-吸湿前粉末质量）／吸湿前粉末质量］×100%。再绘制吸湿曲线，采用二项式模型对相关数据进行拟合，得到吸湿方程，并对其进行求导，得到吸湿速率方程、吸湿加速度、吸湿初速度、平衡吸湿时间及平衡吸湿量，结果见图2、表4。由此可知，与未涂层粉末比较，除了表面改性物B 吸湿性略有增加外，其他表面改性物均略有降低，即纳米SiO2涂层未明显改善黄芪原粉吸湿性。

2.4 聚类分析 采用SPSS 22.0 软件，以ρb、 ρbt、α、IH、 C、 k、平衡吸湿量为指标，标准化选择0～1，ward 法为聚类方法，平方Euclidean 距离（d）为分类依据，对不同粉体进行聚类分析，结果见图3。由此可知，不同粉体聚为3 个类群，分别为未涂层粉末，表面改性物A、C、D，表面改性物B、E、F。

图2 改性前后粉体吸湿曲线Fig.2 Hygroscopic curves for powder before and after modification

根据分类结果，将每个类群的相应指标取平均值，结果见表5。由此可知，类群Ⅰ粉体流动性、可压性最差，吸湿性最强；类群Ⅱ粉体流动性较好，但吸湿性较弱；类群Ⅲ粉体可压性较好。

3 讨论

纳米SiO2干粉涂层是改善中药浸膏粉粉体学性质的重要手段，在医药领域应用广泛的主要有气相、介孔纳米SiO2，前者具有特殊的表面可修饰性、表面吸附性能，根据是否进行过表面处理可将其分为亲水性、疏水性［13］，其中疏水性气相纳米SiO2是以化学改性的方式去除亲水性气相纳米SiO2表面的部分硅羟基，从而降低其吸水、吸潮性能，拓宽了在医药领域的应用空间［14］；后者比表面积大，孔容孔径易于调控，可进行功能化修饰［15］，主要有MCM-n、SBA-n 系列等［16］，其中MCM-n 系列具有较大的比表面积、孔体积，有序的孔道结构及作为无机材料所具有的化学、热稳定性，使其自合成之始就得到了快速发展及广泛应用［17］，而SBA-n 系列结构性能更稳定，孔径分布更窄，使其在药物载体、吸附等医药领域成为近年研究的热点［18］。

表4 改性前后粉体吸湿性Tab.4 Hygroscopicities of powder before and after modification

图3 样品聚类分析图Fig.3 Cluster analysis diagram of samples

表5 各类群粉体学性质Tab.5 Powder properties of various groups

本实验通过ρb、 ρbt、α、IH、 C 来综合反映粉末流动性，发现纳米SiO2涂层能显著改善黄芪原粉流动性。同时，纳米SiO2涂层可显著降低黄芪原粉粒径，表明粉体改性后流动性变化主要是涂层后粒子之间形成物理隔离，进而降低内聚力、范德华力等物性，并且与粒径无关［8］。

另外，纳米SiO2涂层可改善黄芪原粉的压缩成型性，其原因可能是它有助于压缩过程中粉体粒子之间的重新排列，从而使粒子具有更高的比表面积。由于亲水性纳米SiO2粒子中亲水基团与水分子具有很强的结合力，故其表面改性物的吸湿性高于黄芪原粉，而其他种类纳米SiO2的吸湿性均略有降低。后续发现，增加SBA-15 用量可进一步降低黄芪浸膏粉吸湿性，但本实验中纳米SiO2涂层用量对中药浸膏粉吸湿性的改善作用有限，具体原因有待进一步研究。