前言
軟膏劑(Ointments)是系指藥物與適宜基質(zhì)均勻混合制成,具有一定稠度的半固體外用制劑。軟膏具有一定粘稠度,而且可以根據藥物與基質(zhì)的混合程度不同分為溶液型和混懸型軟膏。藥物在基質(zhì)中的分散狀態(tài)存在差異,溶液型軟膏的藥物顆粒非常小,可共熔或溶解于基質(zhì)中;而混懸型的軟膏,其藥物顆粒大小高于溶液型,通常為細粉狀,可以均勻分散混合在基質(zhì)中。
乳膏制劑就是將藥物混合分散在乳狀液型的基質(zhì)中,最后形成了均勻混合而成的半固體制劑。乳膏劑可以根據所使用的乳化劑的不同,分類(lèi)為油包水型乳膏與水包油型乳膏兩種。常用的油包水型乳膏有羊毛脂和脂肪醇,水包油型乳膏有鈉皂和脂肪醇硫酸鈉類(lèi)等。
這類(lèi)藥物的配方屬于水油乳化、固液分散的多相體系,美國藥典歸類(lèi)乳膏軟膏為復雜制劑。簡(jiǎn)單來(lái)看,軟膏黏稠一些,乳膏黏度小一些。從藥物配方來(lái)看,配方本身的穩定性存在很大差異,這就為流變學(xué)的表征帶來(lái)了挑戰。無(wú)論是根據中國FDA發(fā)布的《皮膚外用化學(xué)仿制藥研究技術(shù)指導原則(試行)》(2021年第23號)的要求,還是美國/歐盟藥典的合規性描述,對于皮膚外用制劑的流變學(xué)表征都提出了非常具體的要求。在本篇文章里,我們重點(diǎn)討論這個(gè)問(wèn)題并試圖為之找到答案。
1、乳膏軟膏的流變學(xué)表征對于制劑的開(kāi)發(fā)有哪些幫助?
2、 乳膏軟膏的流變學(xué)表征的一般評價(jià)手段?
一、 流變學(xué)表征對乳膏軟膏開(kāi)發(fā)的重要作用
流變學(xué)作為一種物性分析的手段,可以從力的微觀(guān)角度,表征藥物制劑的原料質(zhì)量、配方穩定性、制劑涂抹特性以及質(zhì)量的一致性評價(jià),對藥物制劑的設計,處方組成,制備工藝等具有重要意義。
1.1 原輔料的黏度測量和流變學(xué)特征
比如軟膏制劑中經(jīng)常用到的油脂性基質(zhì)的有凡士林、石蠟、液狀石蠟、硅油、蜂蠟、硬脂酸、羊毛脂等;水溶性基質(zhì)主要有聚乙二醇。這些基質(zhì)的黏度作為一個(gè)重要的質(zhì)量控制參量來(lái)評估原材料的一致性,控制批間差;同時(shí),部分原材料的流變學(xué)特性的研究,也有助于為工藝處方的設計提供重要參考。
白蜂蠟作為常用的軟膏劑基質(zhì),其流變學(xué)特性與軟膏劑涂展性和附著(zhù)性密切相關(guān)。楊銳等(藥用輔料白蜂蠟流變學(xué)構效關(guān)系研究研究結果,藥物分析雜志[J],1775-1781,2021(41),10)研究顯示中蜂蠟與西蜂蠟、以及不同廠(chǎng)家西蜂蠟之間上述流變學(xué)特性方面的差異,因此白蜂蠟在作為軟膏劑基質(zhì)的選擇時(shí)應關(guān)注不同來(lái)源同種白蜂蠟對制劑質(zhì)量方面的潛在影響。
比如石蠟,在質(zhì)量標準中要求運動(dòng)黏度(通則0633第一法),在40°C時(shí)(毛細管內徑為1. 0mm±0. 05mm)不得小于12mm2/s。
1.2 制劑配方設計的流變學(xué)要求
乳膏軟膏的配方設計,需要格外關(guān)注配方的穩定性,涂抹特性,溫度耐受程度等幾個(gè)因素。王靈敏(芙蓉方乳膏劑處方優(yōu)化及流變學(xué)研究,環(huán)球中醫藥[J]. 2022,15(07))等 將芙蓉膏改為乳劑型軟膏,選出處方,確定了芙蓉膏基質(zhì)處方,引入流變學(xué)評價(jià),建立了流變參數物理指紋圖譜,為中藥乳膏劑的處方優(yōu)化及質(zhì)量評價(jià)提供了新的研究思路和方法。
如果是分散體,還要考慮分散特性。比如,藥典四部通則0109中的描述如下:
『五、軟膏劑、乳膏劑基質(zhì)應均勻、細膩,涂于皮膚或黏膜上應無(wú)刺激性。軟膏劑中不溶性原料藥物,應預先用適宜的方法制成細粉,確保粒度符合規定?!?br/>
均勻、細膩,這是對基質(zhì)黏度的要求,具有一定合適的黏度;細粉力度符合規定,這是要求粉末在基質(zhì)中具有良好的分散性;涂于皮膚或黏膜上應無(wú)刺激性,要求制劑具有良好的涂抹性。
以上,這些對于軟膏乳膏的流變學(xué)特性提出了更多的要求。特別是制劑的穩定性分析,通過(guò)流變學(xué)可以容易實(shí)現差異分析,找到不同配方之間的差別,進(jìn)一步評估配方的穩定性,為處方的設計和優(yōu)化提供非常重要的參考。一般來(lái)說(shuō),建議考察制劑的屈服應力、零剪切黏度和平臺彈性模量的大小以及與儲能模量的比較關(guān)系。再來(lái)看藥典四部通則0109中的描述:
『六、軟膏劑、乳膏劑應具有適當的黏稠度,應易涂布于皮膚或黏膜上,不融化,黏稠度隨季節變化應很小?!?br/>
這其實(shí)也是對制劑穩定性的要求,特別強調了“不融化,黏稠隨季節變化小"的特點(diǎn)。這就要求開(kāi)發(fā)的制劑對溫度具有很寬的冗余度。溫度高了不融化,不流動(dòng),不變??;溫度低了變稠,變硬。需要一個(gè)良好的溫度穩定性。這一特征可以通過(guò)測試黏度-溫度曲線(xiàn)或者動(dòng)態(tài)測試溫度掃描模式來(lái)測試表征乳膏軟膏的溫度穩定性。
另外,乳膏軟膏具有易于涂抹的特性。從流變學(xué)角度來(lái)看,要求設計的配方具有剪切變稀的特點(diǎn),方便在皮膚上進(jìn)行涂抹;同時(shí),配方也要具備良好的觸變性,在患者進(jìn)行涂抹的時(shí)候才有更好的使用體驗,另外良好的觸變性對于有效劑量給藥也能起到促進(jìn)作用。因此,良好的涂抹特性或者容器內擠出的便利性,可以從制劑的屈服應力、流動(dòng)曲線(xiàn)和觸變性測試來(lái)進(jìn)行表征優(yōu)化。
具體到一些固體顆粒分散的軟膏乳膏來(lái)說(shuō),恰當的粒徑和基質(zhì)的最佳混合工藝,才可以實(shí)現良好的分散效果。獲得良好的分散,對于制劑的穩定性以及有效給藥都會(huì )起到正向作用。因此,如何評估粉末類(lèi)的樣品在基質(zhì)中分散,這又是一個(gè)流變學(xué)需要面對的問(wèn)題。這一現象通過(guò)粘性黏彈區的寬窄可以實(shí)現分析評估。LVR區域越寬,表明固體顆粒分散越好。
1.3 軟膏劑制備工藝的流變學(xué)特征
評價(jià)一個(gè)制劑的制備工藝是否合適,是否都照顧到了該制劑應用、穩定性、依從性等方方面面,應該是多維度的。除了常規的理化特性,流變特性對于制劑API的均勻性、稠度、涂展性、附著(zhù)性等有著(zhù)極為重要的作用。
在分散體乳膏軟膏的制備過(guò)程中,涉及到制備工藝的優(yōu)化、制備機械的選擇。這些均可以通過(guò)流變參數的分析來(lái)反饋指導制備工藝和機械設備的選擇。具有良好分散性,或者具有更小固體顆粒的混懸乳膏,肯定在黏度,內聚強度和LVR寬度上有所區別。當然,除了流變,還可以測試顆粒粒徑,電荷以及穩定指數。
為了研制更適合涂抹的軟膏,需要表征制劑的流動(dòng)性能。制劑有屈服應力,才不至于蓋子一打開(kāi),藥物就流出來(lái)或者忘記擰上蓋子了,藥物溢出的到處都是;或者擠到皮膚表面,呈噴射狀。因此,制劑需要一定的屈服應力,這樣才可以在皮膚表面形成一定膜厚的涂層,有利于藥物的吸收利用。但同時(shí),屈服應力不能太大,否則不容易擠出,也不利于在皮膚鋪展。所以,在考察制劑的制備工藝的時(shí)候,應該多角度去分析制劑的流變特性,形成一套適合于一類(lèi)配方的評價(jià)體系,對制備工藝的參數優(yōu)化很有幫助。
1.4 一致性評價(jià)的重要依據
半固體制劑的流變學(xué)性質(zhì)是產(chǎn)品關(guān)鍵物料屬性和關(guān)鍵工藝參數的綜合結果,反映了制劑的微觀(guān)結構,對藥物從制劑中的釋放、皮膚滲透以及皮膚滯留有重要影響,還影響制劑穩定性和患者順應性。因此在半固體制劑的仿制藥開(kāi)發(fā)中,流變學(xué)在保證產(chǎn)品質(zhì)量和保持與原研制劑的一致性方面起著(zhù)關(guān)鍵作用。
FDA、EMA以及CDE對局部外用半固體制劑仿制藥流變學(xué)研究?jì)热莸年U述 | |
監管機構 | 研究?jì)热蓐U述 |
FDA | ①對于剪切應力相對于剪切速率和黏度相對于剪切速率的表征,至少應該包括3種剪切速率(低、中、高)下的黏度數據,并包括可及剪切速率范圍內的完整流動(dòng)曲線(xiàn),直到識別出低或高剪切平臺(如有可能) ②如果被測材料表現出塑性流動(dòng)行為,應報告屈服應力值 ③應測量和報告線(xiàn)性黏彈性響應(儲能模量和損耗模量相對于頻率的表征) |
EMA | ①剪切應力(或黏度)相對于剪切速率的完整流動(dòng)曲線(xiàn),包括剪切速率增加和減少范圍內的多個(gè)數據點(diǎn),以便清楚地識別曲線(xiàn)上升或下降段的任何線(xiàn)性部分;所得到的曲線(xiàn)應通過(guò)(修正的)冪律方程來(lái)表征,以便產(chǎn)生數值數據 ②屈服應力和蠕變 ③線(xiàn)性黏彈性響應(儲能模量和損耗模量相對于頻率的表征) ④應提供流變圖譜,按剪切和時(shí)間效應對產(chǎn)品流變行為進(jìn)行歸類(lèi)(如假塑性、膨脹性或觸變性流體),并用合適的指標進(jìn)行表征,例如:黏度曲線(xiàn)上特定剪切速率下的黏度(如100 s-1對應的黏度);塑性流動(dòng)的屈服應力值;觸變相對面積;儲能模量和損耗模量;表觀(guān)黏度:損耗因子() ⑤應測定至少3批受試和原研制劑的上述參數,每批至少重復12次;一致性標準為:受試和參比制劑均值之差的90%置信限應不超過(guò)參比制劑均值可接受限度的士10%,假定數據呈正態(tài)分布 |
CDE | ①剪切應力相對于剪切速率的完整流動(dòng)曲線(xiàn) ②屈服應力和蠕變試驗 ③線(xiàn)性黏彈性響應 |
從法規的角度看,關(guān)于制劑一致性評價(jià),流變學(xué)的重要性不言而喻,是一種必要的手段。各種法規對測試的指標也有了明確的要求,區別在于檢測的指標上有部分差異。
但目前所面臨的難題是,我們開(kāi)發(fā)的方法,如何去評價(jià)這些方法的合理性呢?比如,在面對凡士林含量很高的軟膏進(jìn)行測試的時(shí)候,如何定義高中低剪切速率呢?不同的體系,到底選擇哪一種方法來(lái)評價(jià)屈服應力更合適呢? 盡管存在一些關(guān)于流變學(xué)的適用性和整體重要性的文獻報告,但對于這種技術(shù)的正式驗證程序缺乏理解和標準化。迄今為止,文獻中既沒(méi)有定義半固體流變曲線(xiàn)的參數,也沒(méi)有定義其接受限,且流變學(xué)參數有多種定義和表征方式。接下來(lái),是我們討論的重點(diǎn)。
二、 軟膏乳膏流變學(xué)表征的一般評價(jià)手段
聲明:以下觀(guān)點(diǎn)僅代表個(gè)人對于流變學(xué)的理解和測試過(guò)程中形成的實(shí)踐經(jīng)驗的總結,作為一種探討供大家參考。
2.1 線(xiàn)性黏彈區-LVR-振幅掃描
也就是模量是一個(gè)常數。這個(gè)區域定義為該材料的線(xiàn)性黏彈區,也就是豎線(xiàn)的左側區域。
在這一區域內,制劑有如下特性:
1、 制劑表現為類(lèi)固體特性。
2、 線(xiàn)性黏彈區的測試是無(wú)損檢測,不破壞樣品的微結構特征;
線(xiàn)性黏彈區LVR測試的意義:
3、 這一區間進(jìn)行的測試是小形變測試,可以做到有效表征;
4、 LVR測試可以表征屈服應力,內聚強度以及從類(lèi)固體到流體的流動(dòng)過(guò)程;
5、 LVR區間的寬窄可以表達分散性能;
6、 得到線(xiàn)性黏彈區間或者等效最大應力,為下一步的粘彈性測試提供參考;
LVR可以得到的參數如下:
參數符號 | 參數解釋性描述 | 參數意義 |
G'(LVR) | 平臺彈性模量 | 表征彈性模量 |
τ (LVR) | 線(xiàn)性黏彈區對應的應力 | 可以定義為制劑的屈服應力,線(xiàn)性黏彈區的最大應力極限 |
τ (G'= G") | 相變交叉點(diǎn)對應的應力 | 可以定義為屈服應力,表示制劑開(kāi)始流動(dòng) |
? max | 線(xiàn)性黏彈區對應的應變 | 線(xiàn)性黏彈區的最大形變,為下一步的測試提供參考 |
損耗子正切值 | 表達黏彈比,可以表征內聚強度 |
2.2 線(xiàn)性粘彈性響應-頻率掃描
頻率掃描對于一致性評價(jià)的重要性應該得到重新認識并且深化加強對這一手段的理解和評估。從高頻到低頻測試的過(guò)程,是從快到慢的過(guò)程,是時(shí)間短到時(shí)間長(cháng)的過(guò)程,是從低溫到高溫的過(guò)程。這一過(guò)程可以等效制劑很多重要的產(chǎn)品性能和不同的應用場(chǎng)景,又是在LVR區間完成的測試,可以理解為制劑在近似靜態(tài)的條件下,物性信息的quan方位,全信息的表達,一般視為制劑的“流變指紋信息"。具體展開(kāi)來(lái)看:
1、高頻100rad/s或者以上的G'彈性模量可以表征軟膏的涂抹觸感。G'這個(gè)數值應當在一個(gè)合理的區間,這可以借助其他儀器的分析數據,幫助來(lái)描述定義這個(gè)合適的區間。G'太小,制劑太稀,在皮膚表面的滯留性變差,進(jìn)而影響有效部位的藥物滲透和治療;G'太大,制劑太硬,患者依從性變差,涂抹困難,特別是低溫環(huán)境中用藥,制劑基質(zhì)太硬,非常不利于用藥。個(gè)人建議,從涂抹角度出發(fā),構建一個(gè)關(guān)于溫度、頻率、模量的數學(xué)模型,建立一個(gè)被驗證和設計的軟膏或者乳膏在高頻條件下的模量窗口,會(huì )是一件非常有意義的事情,感興趣的讀者可以進(jìn)行探討研究。
2、低頻0.1rad/S或者0.01HZ,此時(shí)的G'和G"的相互關(guān)系可以表征制劑體系的穩定性。在低頻條件下( ≤ 1rad/s),G’應表現出較小的斜率甚至平行于x軸,此時(shí)體系具有較好的運輸儲存穩定性,同時(shí)還需要G’>G’’。優(yōu)于低頻和高溫是等效的,低頻下的數據可以預測制劑在高溫條件下的穩定性和涂抹特性。比如夏天使用的治療蚊蟲(chóng)叮咬的乳膏軟膏,就需要考慮夏天的環(huán)境溫度對涂抹的影響。下圖軟膏的測試數據很好體現了這部分的經(jīng)驗規律。
下圖的乳膏就表現出了在低頻條件下ω = 1.174 rad/s的穩定性不夠,意味著(zhù)隨著(zhù)時(shí)間的增加,這個(gè)產(chǎn)品會(huì )出現分層,或者沉淀等不期望的現象出現。這是一個(gè)不合格的制劑配方。
3、頻率掃描是一致性評價(jià)的首要測試。如果頻率掃描的模量,,復數黏度都在合理的置信區間內,基本可以判斷這是一個(gè)一致性大概率會(huì )滿(mǎn)足評價(jià)要求的制劑配方。如果頻率掃描結果差異就很大,再去研究其他的流變學(xué)指標意義不大。個(gè)人建議,乳膏軟膏制劑的一致性評價(jià),先測試線(xiàn)性粘彈性響應。設置參數:頻率變化范圍:100~0.1rad/s或10-0.1Hz,根據LVR測試結果選擇一個(gè)合理的應力或者應變。
2.3 蠕變恢復測試
蠕變恢復可以更加豐富的表征制劑的粘彈性信息,更加接近真實(shí)的反應制劑配方差異、工藝差異、甚至原輔料的差異。這張圖例清晰地描述了蠕變-恢復的每個(gè)階段:結構破壞、結構重整和穩態(tài)結構以及應力撤去后的恢復。與頻率掃描結合起來(lái),wan全可以對制劑的一致性評價(jià)作出科學(xué)的判斷。測試蠕變需要特別注意施加應力的大小。
1、 施加的力在線(xiàn)性黏彈區內
通過(guò)LVR測試,獲取了制劑的屈服應力。蠕變是長(cháng)時(shí)間尺度,即對應于低頻條件下的測試, 因此設定的應力必須在被測樣品的線(xiàn)性粘彈區內.一般情況都是用很小的應力模擬重力的作用. 確定適當應力的方法是設定不同的應力進(jìn)行多次測量. 在線(xiàn)性粘彈區內,施加不同應力測量的應變或柔量結果基本相同。
也就是在LVR區間內,做幾次篩選測試,找到合理的應力范圍。與此同時(shí),要特別留意設備的測試下限的極限。
2、 蠕變時(shí)間要達到穩態(tài):測試的時(shí)間要足夠長(cháng)。因為蠕變是一個(gè)長(cháng)時(shí)間尺度的測試,時(shí)間足夠材料才有時(shí)間進(jìn)行彈性結構的重整并進(jìn)入到穩態(tài)狀態(tài)。個(gè)人推薦蠕變至少300S甚至時(shí)間更長(cháng)。蠕變恢復可以得到的參數如下:
符號 | 名稱(chēng) | 解釋描述 | 意義 |
γ-max | 最大應變 | 在特定應力和時(shí)間內材料發(fā)生的最大應變值,一般是蠕變峰值 | 表達了形變的難易,γ-max越大,越容易形變,制劑越柔,越容易流動(dòng) |
γ-e | 彈性形變 | 蠕變切線(xiàn)與Y軸的交點(diǎn),γ=f(t)曲線(xiàn) | 材料固有的彈性信息 |
γ-r | 可恢復形變 | 形變中可恢復的部分 | γ-max =γ-r + γ-nr 黏彈比 =γ-nr /γ-r (%) |
γ-nr | 不可恢復形變 | 形變中不可恢復的部分 | |
η | 零切粘度 | 剪切速率為零時(shí)的粘度 | 描述制劑穩定性 |
J-e | 穩態(tài)平衡柔量 | 彈性形變與應力之比 | 柔量越大,越容易變形和流動(dòng) |
λ | 特征松弛時(shí)間 | 零切粘度與平衡柔量的乘積,公式λ=η 0 *Je | 松弛時(shí)間越短,材料的應力效應越弱,應力消除越快 |
2.4 觸變性
觸變性測試可以對制劑的涂抹性進(jìn)行相對比較。一個(gè)合理的配方,肯定需要在涂抹性上有良好的用藥體驗。觸變性有兩種表達方式:
(1) 時(shí)間曲線(xiàn)
在恒定的剪切速率下觀(guān)察樣品內部結構的破壞, 以動(dòng)態(tài)振蕩測試或旋轉方式, 在等待不同時(shí)間之后觀(guān)察和確定該樣品結構的重建. 即三段測量模式(動(dòng)態(tài)振蕩 + 穩態(tài)剪切 + 動(dòng)態(tài)振蕩).
(2) 流動(dòng)曲線(xiàn)
在恒定溫度下, 逐漸升高剪切速率到某一設定點(diǎn), 然后再降低剪切速率到原點(diǎn). 通過(guò)流動(dòng)曲線(xiàn)的滯后環(huán)面積測量樣品的觸變性, 即觸變環(huán)或者滯后環(huán)模式.到底采取哪一種方式來(lái)測試軟膏乳膏的觸變性呢?我個(gè)人建議,要根據不同的制劑類(lèi)型來(lái)選擇。如果是乳膏類(lèi)的制劑,樣品本身比較稀,可以耐受平板轉子的高剪切,采用滯后環(huán)的方式也可以;設備的靈敏度足夠,采用三段式也可以。如果是軟膏樣品,特別是黏度大,凡士林含量高的樣品,不適合用滯后環(huán)的方式,建議采用三段式的方式測試。為了便于測試分析的相對比較,個(gè)人建議都采用三段式最好,原因如下:
1、 三段式測試采用震蕩模式,數據的重復性比旋轉方式的滯后環(huán)要好。本身觸變性不是一個(gè)容易獲取穩定測試數據的測試,樣品本身受上樣方式,刮邊的手法,樣品的剪切或者熱歷史,測試夾具的下壓速度等因素影響很大;旋轉方式又受限于制劑本身結構的特點(diǎn),不耐受高速剪切。三段式震蕩模式本身第一段和第三段都采用LVR區間內的動(dòng)態(tài)測試,數據的重復性,數據質(zhì)量都有優(yōu)于滯后環(huán)的旋轉模式。
2、 滯后環(huán)測試的時(shí)候,針對稀溶液最合適;選擇圓筒轉子,可以做高速剪切破壞。但是由于圓通轉子尺寸比較大,在插入測試樣品的瞬間,對樣品本身結構影響大,直接影響測試的重復性。下圖是一個(gè)軟膏類(lèi)樣品做的重復測試。一個(gè)60S后的回復百分比是66.86%,一個(gè)是75%,多做幾次的話(huà),肯定落在15%的置信區間內。
2.5 屈服應力測試
屈服應力對整個(gè)流變學(xué)的測試、數據解析,流變現象理解異常關(guān)鍵,是材料的特征屬性,只要配方定了,屈服應力也就確定了。屈服應力又是一個(gè)抽象的、理論上的概念。事實(shí)上,流動(dòng)是一個(gè)過(guò)程,而不是某一個(gè)拐點(diǎn)。所以,這就導致了屈服應力的表達有很多種方法,每一個(gè)方法得到的結果各不相同。因為,只要這些數值落在一個(gè)區間內,都是合理的。常用的屈服應力測試方法如下:
測試方法 | 描述 | 建議適用范圍 | 曲線(xiàn)形態(tài) |
應力增長(cháng)-控制形變模式(CD) |
| 固形物含量高、顆粒大小不均勻的樣品,例如水泥,砂漿,花生醬,果醬,金屬粉末,污泥、錫膏等 | |
控制速率 (CR)掃描模式 |
| 符合某種流動(dòng)類(lèi)型的流體,比如賓漢,卡松流體模型,巧克力,聚氨酯膠,牙膏等 | |
控制應力(CS)掃描模式 | 連續增大的剪切應力施加到被測樣品上, 觀(guān)察產(chǎn)生的形變, 曲線(xiàn)斜率變化 兩個(gè)切線(xiàn)的交點(diǎn)對應的應力(雙對數坐標形變? - 應力t) | 均勻樣品,流動(dòng)性好的樣品。比如酸奶,化妝品乳液,混懸液,口服液,鼻噴劑等 | |
振蕩(OSC)振幅掃描模式 | 以某一頻率的正弦波施加到被測樣品上, 應力幅度逐漸增加,曲線(xiàn)斜率變化兩個(gè)切線(xiàn)的 交點(diǎn)對應的應力(雙對數坐標形變? - 應力t) | 適合于絕大多數樣品。高固形物含量,沒(méi)有內聚強度的樣品不適合;或者容易分層沉降的樣品不適合 |
因此,乳膏軟膏的屈服應力測試,個(gè)人建議采用振幅掃描的方式獲取。這樣得到的數據穩定性,可信度都比較高,而且可以清晰的表達從開(kāi)始流動(dòng)到wan全流動(dòng)的全過(guò)程。屈服應力參數對于表征制劑的擠出、涂抹特性,穩定性也就具備了堅實(shí)的統計學(xué)意義。如下圖,得到的屈服應力在51~386Pa之間都合理,從重復穩定的角度,我推薦LVR處對應的應力作為屈服應力更合適。還可以報告LVR區間內的損耗因子的正切值,作為材料粘彈性的表征數據。
2.6 流動(dòng)曲線(xiàn)
一致性評價(jià)的原則上明確要求表達低剪切速率和高剪切速率條件下的完整流動(dòng)曲線(xiàn),EMA還要求如有可能,報告符合流動(dòng)方程的特征數值。問(wèn)題的關(guān)鍵是,對于給定的樣品,剪切速率的合理范圍應該是多少呢?這個(gè)要看具體的樣品,設備的測試下限,還有與轉子的匹配程度。
乳膏軟膏通常都具有屈服應力,為了完整的表達低剪切速率條件下的應力和黏度變化,建議采用Log的取數方式.低剪切從0.01S-1開(kāi)始即可;還有部分軟膏,比如特別黏稠或者比較硬的樣品,剪切速率不能高,很容易被離心出去,因此,高剪切速率做到10S-1甚至1-S就到了極限。低剪切(不大于0.1 s-1)關(guān)系樣品的微結構:凝膠的結構強度、膏劑的穩定性;高剪切(不低于100 s-1)關(guān)系樣品實(shí)際使用情況:是否更易涂得均勻。流動(dòng)曲線(xiàn)最終要建立一個(gè)標準樣品的置信區間,自研的樣品落在置信區間內就可以了。比如下圖,建立一個(gè)15%的置信區間的評價(jià)辦法。xin
三、討論與總結
3.1 扭矩M
每個(gè)流變儀都有自己標稱(chēng)的扭矩范圍,比如哈克MARSIQ AIR的范圍是1uNm~150mNm.這個(gè)范圍是評價(jià)測試條件是否合理的根本依據。作為流變儀最重要的三個(gè)參數:應力,應變和剪切速率,基本計算公式如下:
無(wú)論是黏度測試還是模量測試,M扭矩值必須在合理的范圍內。這就要求測量馬達的限制,轉子與測試樣品之間必須匹配。也就是說(shuō),在選擇剪切速率,形變控制或者應力控制的時(shí)候,扭矩需要大于最小扭矩,并且建議如果條件允許,最好可以大于zui低扭矩的10倍。對于哈克流變儀MARSIQ AIR或者VISCOTESTER IQ 系列設備來(lái)說(shuō),屏幕上有一個(gè)顏色顯示條,紅色代表低于扭矩下限,黃色代表10倍扭矩之內,綠色代表扭矩輸出在合理范圍內,數據有效。所以,在做條件設定優(yōu)化的時(shí)候,務(wù)必評估在該條件下的扭矩值,是否大于zui低扭矩,最好在10倍zui低扭矩以上。
3.2 法向應力FN
乳膏和軟膏無(wú)論是進(jìn)行哪一個(gè)類(lèi)型的測試,務(wù)必留意測試轉子下壓到設定間隙時(shí)候樣品反饋給法向力傳感器的FN數據。通常條件下,在開(kāi)始測試采集數據之前,法向力需要維持在一個(gè)較小的水平上,建議1~2N比較合適。如果法向力過(guò)大,可以采取如下措施:
1、 給一個(gè)非常小的預剪切,讓樣品在結構上盡快松弛下來(lái);
2、 更換一個(gè)更小尺寸的轉子;
3、 控制轉子下壓的速度,盡可能慢的達到設定間隙;
4、 適當提高間隙距離(如果測試剪切速率允許的話(huà));
在做流動(dòng)曲線(xiàn)測試過(guò)程中,如果測試過(guò)程中出現法向力是負值的情況,表明樣品處于即將離心出去的臨界狀態(tài),表示剪切速率已經(jīng)到達最大限值了。如下圖所示,在剪切過(guò)程中,法向應力應該是逐步下降的過(guò)程。
3.3 盡量采用控制應力模式
市面上絕大多數的流變儀都是應力控制型的儀器,采用CS應力控制模式,數據的穩定性更好。在做振蕩測試的時(shí)候,應力控制和形變控制是等效的。
3.4 測試數據的置信區間設置
推薦參考文獻(Rheology by Design: A Regulatory Tutorial for Analytical Method Validation,Ana Sim?es et.al, Pharmaceutics 2020, 12, 820)的數據,15%比較合適。當然也會(huì )遇到參比本身的差異也很大,設置為20%也合理。實(shí)際上這個(gè)在法規上沒(méi)有明確的定義。
3.5 流變儀配置推薦
文章到了最后,終不能免俗。寫(xiě)出來(lái)一個(gè)軟膏乳膏推薦的配置,供各位參考。
流變儀設備主機:空氣軸承,扭矩下限1uNm甚至更低,具備控制應力、控制形變、控制速率模式
具有法向力傳感器:0.01~50N甚至下限數據更低
頻率范圍:0.001~50HZ甚至下限數據更低
測試夾具:P20平板1套,磨砂P20平板一套(可選項),C35/2C錐板一套,P60平板一套(可選項)
溫控單元:半導體或者液體都可以
傳真:
郵箱:frank_li@hengzelab.com
地址:上海市浦東新區宣秋路139號1號樓208室
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