基于均匀设计法优化活血止痛凝胶膏剂处方工艺研究

刘会芳，王振，张学顺

(1.济宁市中医院 药剂科，山东 济宁 272100；2.山东中医药大学附属医院，山东 济南 250014)

“渗透二号外用剂”为我院的经典验方，主要由川芎、乳香、没药、红花等18味中药组成，具有渗入皮肤、透达腠里之效，用于治疗跌打扭伤、腰痛背痛等痛症，尤其在治疗气滞血瘀型腰间盘突出症方面取得了较好的效果。目前我院“渗透二号外用剂”临床使用方法是将药材打粉、加水混合均匀后涂抹于患者疼痛处，该方法存在药材浪费严重、临床应用操作复杂、用量不统一、易污染衣物、临床疗效不稳定等问题，阻碍其推广应用。为解决临床应用中的各种问题，课题组通过查阅相关文献及结合该处方的应用特点[1-4]，拟将其制备成活血止痛凝胶膏剂。为制备出黏附性较好、剥离性好、外观平整等性能优良的活血止痛凝胶膏剂并提高基质的通用性，本试验首先通过单因素考察确定其基质的用量范围，其次采用均匀设计法对其处方工艺进行优化[5-6]，该方法同时也为我院其他经典名方的二次开发提供一定经验。

1 仪器与材料

1.1 仪器

SQP-QUINTIX 5102-1CN分析天平(赛多利斯)；DK-98-IIA水浴锅(天津泰斯特)；TYG-SI涂布机(北京信义定邦)；MINISTAR 20digital搅拌机(艾卡)；FR-770连续封口机(温州市凯驰包装)；C-MAG HS7磁力搅拌器(艾卡)；KVL80练合机(英国凯伍德)；GZY-G初黏性测试仪(济南兰光机电)；CZY-65持黏性测试仪(济南兰光机电)。

1.2 材料

薄荷脑(南通薄荷厂，批号：190101)；吐温80(湖北葛店人福药用辅料有限责任公司，批号：F104C181002)；氮酮(上海阿拉丁试剂有限公司，批号：A104375)；明胶冻力强度90(安徽丰原集团有限公司，批号：BM2018-0316)；1788型聚乙烯醇(PVA)(江西阿尔法高科，批号：20190501)；DL-酒石酸(南京化学试剂股份有限公司，批号：180814058C)；NP700聚丙酸部分中和物(日本昭和电工株式会社，批号：910570A)；SH-SJJ-4000型羧甲纤维素钠(CMC-Na)(安徽山河药用辅料股份有限公司，批号：180911)；高岭土(上海雷允上药业有限公司)；二羟基氨基乙酸铝(甘羟铝)(日本协和化学工业株式会社，批号：SG-0543)；依地酸二钠(成都华邑药用辅料制造有限责任公司，批号：20190101)；甘油(湖北葛店人福药用辅料有限公司，批号：F113C181201)；纯化水。

1.3 浸膏制备

称取处方量的川芎35 g，花椒30 g，伸筋草50 g，乳香25 g，没药25 g，防风25 g，槲寄生20 g，骨碎补15 g，鸡血藤40 g，透骨草50 g，小茴香25 g，羌活20 g，莪术40 g，续断20 g，威灵仙30 g，荆芥20 g，秦艽25 g，红花12 g等18味药材共507 g，加8倍量水，煎煮2次，每次90 min，合并煎液，滤过浓缩，制备成活血止痛浸膏备用(每克浸膏相当于3.25 g生药)。

2 方法与结果

2.1 活血止痛凝胶膏的制备

称取一定量的薄荷脑、氮酮、吐温80，混合均匀，得到A相；取适量的聚丙酸部分中和物、羧甲纤维素钠、高岭土、甘羟铝、甘油、依地酸二钠，混合均匀，得B相；向A相中慢慢加入B相并不断搅拌得到C相；取酒石酸、聚乙烯醇、明胶用适量的水溶解后做D相；取适量体积浓缩一定程度的活血止痛浸膏加入D相，混合均匀，然后倒入C相，快速搅拌，交联后涂于无纺布上，于30℃恒温放置，盖好即得。

2.2 活血止痛凝胶膏的评价方法

2.2.1 测定活血止痛凝胶膏黏强度

根据《中国药典》2020年版四部膏贴剂黏附力测试法的规定，对活血止痛凝胶膏的初黏力、持黏力、剥离强度3个指标进行测定[7]。

初黏力评分计算：以试验中出现的最大值为100分，以试验中出现的最小值为0分，其它值=(实测值-最小值)/(最大值-最小值)×100%。

持黏力评分计算：以测得凝胶膏基质脱落所需最长时间为100分，以试验中脱落的最短时间为0分，实际得分=(实测值-最小值)/(最大值-最小值)×100%。

剥离强度评分计算：以试验中出现的最大值为100分，以试验中出现的最小值为0分，其它值=(实测值-最小值)/(最大值-最小值)×100%。

2.2.2 测定膜残留[8]

取活血止痛凝胶膏，放置成型并恒重后，称重，加盖防黏膜，用压辊在膏体上来回滚压3次，以确保黏接处无气泡存在，室温放置24 h后，揭去防黏膜，称重，用防黏膜上残留的膏的重量与加盖防黏膜之前膏体重量的比值计算膜残留量。其值越小，凝胶膏越优。

膜残留评分计算：以试验中出现的最小值为100分，以试验中出现的最大值为0分，其它值=(实测值-最小值)/(最大值-最小值)×100%。

2.3 单因素考察试验及结果

通过查阅相关文献，本试验选取NP700，CMC-Na，PVA，甘羟铝及甘油等对凝胶膏剂影响较大的基质进行单因素考察，以凝胶膏剂的性状、涂布状态、赋形性、初黏力、剥离强度等因素为评价指标，按“2.1”凝胶膏剂的制备方法制备凝胶膏剂，按“2.2”凝胶膏剂初黏力、剥离强度的评价方法对凝胶膏剂进行评价，确定其用量范围。单因素考察试验各因素在处方中的占比及结果见图1。

图1 各因素在处方中的占比及结果

当NP700占比为1%时，涂布时，膏体过软，不能进行涂布，其初黏力及剥离强度未能测得；占比大于10%时，涂布时，膏体较硬，但不影响整体涂布及其他指标的测定；根据黏附性能结果，确定NP700的用量范围是2%～15%。

当CMC-Na的用量占比在0.5%～10%之间时，均可制备出凝胶膏，但用量在0.5%～3%时，制备出的膏体颜色呈黄色细腻样，膏体柔软性良好；其次随着CMC-Na用量的增加，每贴中的含膏量及初黏力也随之增加，但剥离强度下降，综合考虑其性状、涂布状态，最终确定羧甲基纤维素钠的用量范围是0.5%～10%。

当处方中不含聚乙烯醇时，膏体出锅状态过软，涂布过程中发生了严重的溢膏现象，膏体不能涂布成型，当加入1%的聚乙烯醇时，即可正常涂布，随着聚乙烯醇的用量的增加，制备的膏体柔软性良好，膏体均匀细腻，颜色呈黄色均匀状分布，药物分散良好；黏附结果显示，当聚乙烯醇用量在2%～6%之间时，初黏力没有明显变化，但高于聚乙烯醇用量在1%时的初黏力；其剥离强度有一定程度的下降，但不显著，综上，最终确定聚乙烯醇的用量范围是1%～6%。

当处方中甘羟铝占比为0.03%时，涂布时，发生溢膏现象；占比为0.07%时，溢膏现象得到解决；用量占比为0.25%时，涂布过程中膏体硬度合适；根据黏附力结果，其处方中甘羟铝用量增加到0.17%以上时，膏体的初黏力及剥离强度显著下降，但考虑NP700与甘羟铝的交互作用，最终确定甘羟铝的用量范围是0.07～0.25%。

当处方中甘油的占比低于15%或高于40%时，膏体过硬或是过软，均不能达到涂布的效果；当用量占比在23%～33%之间时，甘油用量越高，膏体越柔软、均匀、无颗粒状胶团，涂布时，均匀不断条，但含膏量下降比较明显；黏附力结果显示，甘油用量占比在23%～33%之间时，随着甘油用量的增加其初黏力及剥离强度均有一定程度的降低，但综上考虑其成型性、涂布状态等，最终确定了甘油的用量范围是23%～33%。

2.4 均匀设计试验及结果

根据单因素考察试验结果，确定NP700，CMC-Na，PVA，甘羟铝及甘油用量范围并将其作为考察因素，为对处方快速筛选并减少试验次数，本试验采用均匀设计法[9-13]，以初黏力、持黏力、剥离强度、膜残留作为考察指标，选用U7(76)均匀设计表进行试验。按“2.1”凝胶膏剂的制备方法制备凝胶膏剂，按“2.2”凝胶膏剂的评价方法对凝胶膏剂进行评价。各指标以(Ci-Cmin)/(Cmax-Cmin)×100%(Ci为实测值，Cmax为试验测得最大值，Cmin为试验测得最小值)进行标准化处理。前期单因素考察试验初步确定各因素及各因素的用量范围为NP700(2%～15%)、PVA(1%～6%)、CMC-Na(0.5%～10%)、甘羟铝(0.07%～0.25%)、甘油(23%～33%)。凝胶贴膏处方均匀设计试验及结果见表1、表2。

表1 凝胶贴膏处方均匀设计试验

表2 均匀试验结果

采用SPSS 22.0软件对初黏力、持黏力、剥离强度、膜残留等试验数据进行多元逐步回归分析，设置引入因素的临界值F1=0.250，剔除因素的临界值F2=0.251，得不同指标的回归方程，初黏力：Y初黏力=10.818+0.158X1X2-1168.793X4X4+42.119X2X4+2.308X1，R2=0.963；持黏力：Y持黏力=-233.345+12.086X3+30.245X5-0.761X5X5，R2=0.993；剥离强度：Y剥离强度=224.551-0.685X2X2-4.804X5，R2=0.992；膜残留：Y膜残留=41.487+7.930X1-9.532X4X5，R2=0.877。均匀设计-回归方程结果见表3，方差分析结果见表4。

表3 均匀设计-回归方程结果

表4 方差分析结果

根据方差分析结果可知，初黏力、持黏力、剥离强度、膜残留回归方程P均小于0.05，具有统计学意义。根据回归方程可知，对初黏力影响大小为X2X4>X1>X1X2，其中X4X4负相关系数，即CMC-Na和NP700比例的增加会导致膏体的初黏力增加，甘羟铝比例的增加会导致膏体初黏力指数级的下降；对持黏力影响大小为X5>X3，X5X5为负相关，即甘油和PVA比例的增加会导致膏体的持黏力增加，其中，甘油到达一定比例时，继续增加会导致膏体持黏力的下降；对剥离强度的影响，大小顺序为X2X2>X5，均为负相关，即CMC-Na和甘油比例的增加会导致膏体的剥离强度降低；对膜残留的影响，NP700比例的增加会导致膏体的膜残留增加，此外由于甘羟铝和甘油的相互作用，其比例的增加会导致膏体膜残留的下降。

由于凝胶膏剂质量特征不能够使用单一指标进行反映，因此，需进行多项指标分析得到最优处方。为得到最佳基质处方，本试验从总得分角度出发，求得总得分回归方程，即：Y总=1277.708-26.985X1+3.898X3X3-39.777X5+0.987X1X5，R2=0.995，P=0.003<0.05，F=309.070，有统计学意义。经计算，凝胶膏剂的最佳配比为NP700∶CMC-Na∶PVA∶甘羟铝∶甘油=2%∶10%∶6%∶0.18%∶23%，即药液20 g，L-薄荷醇0.2 g，明胶3 g，高岭土1 g，二氧化钛0.25 g，EDTA-2Na 0.2 g，酒石酸0.9 g，氮酮0.5 g，羟苯甲酯0.5 g，NP-700 2 g，PVA 6 g，CMC-Na 10 g，甘羟铝 0.18 g，甘油23 g，纯化水32.27 g。

2.5 验证试验

按照上述最佳处方用量制备3批凝胶膏剂，进行初黏力、持黏力、剥离强度、膜残留和总得分的计算，综合各个指标计算平均值，其RSD为1.12%，表明3份处方重复性较好，工艺稳定可行，其中总得分符合均匀设计试验中的最优值。结果见表5。

表5 处方条件验证情况

3 讨论

3.1 在单因素考察试验中当NP-700用量达到一定比例时，处方的初黏力与NP-700的用量成反比关系，这可能是由于聚丙烯酸中的中和的羧基部分主要起到交联体系的作用，未中和的完整羧基部分则发挥发挥黏力的作用，因此，在一定程度内增加NP700的比例，可以增加交联体系的位点，当体系的比例增大到某一程度时，由于铝离子的数量已经固定，再增加NP700的用量，交联已经饱和，反而会降低基质的内聚强度，此时初黏力增大，持黏力变小，剥离易出现残留。

对甘羟铝的用量进行单因素考察中发现，当甘羟铝在处方中的比例为0.25%时，膏体硬度合适，适合涂布，但放置两周后，膏体变硬，贴敷舒适感较差，这可能是因为NP-700与甘羟铝长时间充分交联形成了足够的凝胶骨架结构，导致膏体逐渐变硬，初黏力降低。

对羧甲基纤维素钠的用量单进行因素考察发现当提高CMC-Na在处方中的占比至5%～10%时，膏体在甘油分散时容易出现结块现象，此时需要适当延长搅拌时间，并对甘油进行少量多次的稀释分散处理；此外当增大CMC-Na的用量时，其初黏力也随之增加，但是，单纯增大初黏力有可能造成处方基质强度不够，造成膏体出现分离。

对聚乙烯醇的用量进行单因素考察结果显示，当处方中不含聚乙烯醇时，膏体出锅状态过软，涂布过程中发生了严重的溢膏现象，膏体不能涂布成型，当加入1%的聚乙烯醇时，这种现象即得到了解决，这可能是因为聚乙烯醇作为高分子溶液，需要在80℃的高温下进行溶解，当到达室温时，快速冷却，聚乙烯醇迅速成胶成膜，增加了膏体的硬度，从而达到涂布要求。

对甘油的用量单进行因素考察结果显示，当处方中甘油的比例低于15%或高于40%时，膏体过硬或是过软，均不能达到涂布的效果，这可能是由于甘油和纯化水在处方中的比例互有增减，导致甘油密度变低或提高造成的。

3.2 从均匀设计总得分的逐步回归模型中可以看出，在凝胶膏剂成型工艺中最主要的影响因素是NP700、PVA和甘油，而CMC-Na和甘羟铝对处方总得分的影响并不显著，且NP700与甘油之间存在着一定的相互作用。根据前期单因素考察研究，CMC-Na用量增加时，膏体初黏力虽然增加，但持黏力、剥离强度均出现不同程度的下降，膜残留有一定程度的升高，导致总得分并未改变。增黏剂主要由高分子构成，通过伸展的侧链发挥作用，试验过程中发现，这种初黏力的增加会破坏凝胶膏剂的其他性质。因此，过度增加增黏剂用量，虽然可以显著增加凝胶膏剂的初黏力，但对凝胶膏剂的总体性质影响较小。同理，交联剂甘羟铝也存在相似的作用机理。在初黏力的逐步回归模型中，NP700、CMC-Na和甘羟铝是其主要影响因素；在持黏力的逐步回归模型中，PVA和甘油为主要影响因素；在剥离强度的逐步回归模型中，CMC-Na和甘油为主要影响因素；在膜残留得分的逐步回归模型中，NP700、甘羟铝和甘油是主要影响因素。结合总得分回归方程可知，CMC-Na的增黏作用可能会对处方剥离强度造成影响，两方面得分抵消，同理，甘羟铝也是通过对初黏力和剥离强度的影响，使其得分抵消。此外，交联剂和增黏剂的增加，一方面对初黏力产生正面影响，另一方面对剥离强度产生负面影响，因此，当解决凝胶膏剂的初黏力问题时，一种方法是按照总得分最佳，求初黏力回归方程的最优解；当此方法不能解决时，则需要采取考虑更换其他种类的增黏剂，以减小对剥离强度的影响。

3.3 本试验仅对活血止痛凝胶膏剂的成型工艺做初步探索，还未对活血止痛凝胶膏剂中指标成分的含量进行测定，因此在处方的进一步开发研究中，还会对处方指标性成分的含量、透皮吸收性、稳定性、刺激性等性质进行研究[14-16]。随着社会老龄化的日趋严重，目前该处方的使用方法已满足不了人们的各种需求，将其开发成凝胶膏剂已迫在眉睫，故本试验将其制备成活血止痛凝胶膏剂，以增加其临床适应性，提高临床疗效，使其更加适应现代临床需求，同时也为我院经典名方的二次开发提供一定的经验。