药苑杂谈

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药品中的“微量元素”—表面活性剂

       在制药领域，水溶性好或者能与酸或碱成盐后水溶性好的化合物较容易开发成为药品，但是依然约有40%的化合物由于水溶性差，限制了其应用。面对难溶药物，已有多种增溶技术，如：固体分散体、纳米晶、包合物、脂质体、胶束和乳剂。对于脂质体、胶束和乳剂增溶技术，通常需要使用一种或多种表面活性剂来增溶药物，如何选择表面活性剂成为制剂开发的难点。

       将难溶性药物开发为注射剂和滴眼液时，通常需要在处方中加入表面活性剂要增加药物的溶解度。紫杉醇作为小分子化疗药物，其溶解性较差，手段一是加入白蛋白制备成纳米粒，增加溶解性；手段二是用聚氧乙烯氢化蓖麻油和乙醇来增溶，配合专用溶剂使用；手段三是用两亲性聚合物与紫杉醇制备成为胶束，再冻干，得到注射用紫杉醇聚合物胶束。目前这三种手段均有上市产品，其中两亲性聚合物的分子量及分布等关键物料属性与辅料的临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration，CMC）有直接关系，影响胶束复溶后的稳定性，采用哪种方法测定其临界胶束浓度是筛选辅料的关键。

       作为治疗干眼症的经典药物环孢素，其溶解度低成为解决其临床应用的首要问题。目前上市的产品有0.05%规格的乳剂（Restasis®）、0.09%规格的胶束（CEQUA®）和0.1%规格的阳离子乳剂（Verkazia®），在这三款产品中，有使用经典表面活性剂聚山梨酯80、中连甘油三酯和聚氧乙烯氢化蓖麻油，也有新型表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚（OP-40）和泰洛沙泊。CEQUA®使用两种乳化剂增溶环孢素，其用量和比例直接影响胶束的稳定性和安全性，因此筛选出CMC小的乳化剂配比是制剂稳定性的关键。 

一探究竟—CMC测定方法

       各国药典均在关于表面活性剂的功能性指标中提出临界胶束浓度，《中国药典》2020年版通则9601规定表面活性剂的功能性相关指标包括临界胶束浓度，但各国家药典中均未明确表面活性剂CMC的测定法。由于不同的CMC测定方法基于不同的原理，其对胶束形成的敏感型不同，导致测得的结果相差较大。

       测定CMC的常用方法为表面张力法、电导率法和荧光法。

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1.表面张力法

       表面活性剂溶液的表面张力主要取决于溶液中单体的浓度，在达到CMC之前，表面活性剂溶液的表面张力随浓度升高而降低，到达CMC之后表面张力不再明显下降，表面张力法测定临界胶束浓度的测量原理就是CMC前后表面活性剂体系的表面张力变化趋势差异。

       用表面张力对浓度的对数作图，根据曲线上的拐点即可求出CMC，如果拐点不明显，可将拐点两边的直线部分延长，由交点求出CMC。这种方法的优点是不需要外加物质，避免了外加物质对CMC的影响，简单易操作。表面张力法测定临界胶束浓度受温度影响较大，在采用表面张力法测定临界胶束浓度时应先将样品恒温水浴，并在测定过程中通过保持温度恒定；加热搅拌或者超声对部分表面活性剂的CMC影响较小。

图1 表面张力对logC作图的两种典型关系（a）表面张力对logC作图转折点为CMC；（b）表面张力对logC作图最低点为CMC。

       表面张力法适用范围较广，可用各类型表面活性剂，如离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠、非离子型表面活性剂聚山梨酯80和聚氧乙烯蓖麻油。

 CEQUA®是一种免疫抑制剂，用于增加干燥性角结膜炎（干眼症）患者的泪液产生。处方为聚氧乙烯40氢化蓖麻油、Octoxynol-40、聚乙烯吡咯烷酮、二水合磷酸二氢钠、无水磷酸氢二钠、氯化钠，其中含有两种乳化剂聚氧乙烯氢化蓖麻油和OP-40，由于OP-40的安全性较差，要控制在滴眼剂中的用量。采用表面张力法测定两种乳化剂的各种配比以及单一乳化剂的CMC，当两种乳化剂在一定比例范围内，其CMC显著降低，从而胶束的稳定性更好。

2.荧光法

       荧光法是目前较常用的一种CMC测定方法，对表面活性剂没有特殊要求，适用于大多数类型表面活性剂。荧光光谱法分为直接法和间接法，其差别在于是否外加荧光探针。

       直接荧光光谱法基于所测定的表面活性剂本身的荧光， 间接荧光法是在表面活性剂水溶液中添加荧光物质，在胶束形成时，荧光物质的所处环境将导致其吸收光谱或发射光谱发生突变。使用间接荧光光谱法测定CMC就是测量添加的荧光探针分子的吸收和发射光谱，并找到光谱特征随表面活性剂浓度变化的转折点。使用荧光光谱法检测CMC的光谱特征有很多，如测量表面活性剂荧光探针溶液的荧光强度，光谱形状，吸收波长等的变化。

       在样品溶液荧光光谱的373 nm和384 nm附近找出发光强度最大值分别记为I1和I3，计算I1/I3，I1/I3 值随着表面活性剂溶液浓度的变化规律符合Boltzmann曲线。Boltzmann曲线拟合示意图见图2，可以选取X0或X0+2dx对应的浓度作为CMC。

图 2 Boltzmann曲线拟合示意图

       虽然荧光法和表面张力法的适用范围相同，由于表面张力仪的普及范围窄，所以荧光法是近年来测定CMC的常用方法，其灵敏度高、重复性好。

上海谊众药业的紫杉醇胶束产品中，使用聚乙二醇单甲醚-聚乳酸共聚物制备紫杉醇聚合物胶束时，载体材料的分子量及分布是胶束稳定性的关键。采用荧光法筛选载体的分子量及分布，筛选不同芘溶液溶剂、不同芘溶液浓度、不同平衡条件，使荧光探针充分进入已形成的胶束中，能得到重复性好的CMC结果。

3.电导率法

       电导法是利用电导率测定仪测量不同浓度表面活性剂水溶液的电导率值或摩尔电导率值，对于离子型表面活性剂，当溶液浓度很稀时，电导的变化规律与一般强电解质相似，表面活性剂完全解离为离子，随着浓度上升，电导率К近乎线性上升但当溶液浓度达到CMC时，随着胶束的形成，以单体分子和胶束聚集体的形式导电，胶束定向移动速率减缓，К仍随着浓度增大而上升，但变化幅度变小，利用К-C曲线的转折点可以求CMC值。

图3 电导率К对浓度c作图

       电导法在CMC的测定中得到了广泛的应用，是测定离子型表面活性剂CMC的常用方法，电导率法具有取样少、操作简便、数据准确等特点。采用电导率法测定临界胶束浓度时应关注样品的平衡时间。

       常用的离子型表面活性剂如十二烷基硫酸钠，在口服固体制剂奥美拉唑肠溶片中使用十二烷基硫酸钠来增加奥美拉唑在胃肠道中的溶解性，其增溶的速度和程度影响奥美拉唑的体内吸收。中国药典2020版中规定其脂肪酸组成，含十二醇不得少于70%，十二醇与十四醇的总量不得少于95%。不同厂家的十二烷基硫酸钠组成不同，导致其CMC存在较大的差异，采用电导率法能快速筛选。

结语

       测定表面活性剂CMC的方法多，且每种方法都有其影响因素、应用范围以及局限性，应针对每一种表面活性剂的特点，选择相应的测定方法，并对方法进行优化。

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