响应面法制备枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶工艺研究.pdf

2024 年 3 月第 26 卷第 1 期湘南学院学报（医学版）Journal of Xiangnan University(Medical Sciences)Mar.,2024Vol.26 No.17响应面法制备枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶工艺研究蒋亚超，张蕾，刘金枝，宋建攸，张卫平，张辉*（湘南学院药学院，湖南 郴州 423000）摘 要：目的 为制备一种治疗复杂口腔溃疡的新型外用制剂，研究枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的制备工艺参数。方法 以可喷性和黏度为综合评分，通过单因素实验考察去乙酰化结冷胶、甘油、泊洛沙姆 188 的用量、水浴温度，以及凝胶基质与等渗液的体积比对智能喷雾水凝胶的影响，并建立以去乙酰化结冷胶浓度、泊洛沙姆 188 用量、凝胶基质与等渗液体积比为因素的星点设计-效应面优化法试验。结果 通过 Design Expert 8.0.6.1 软件分析，得到枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶优化的制备工艺参数为去乙酰化结冷胶质量分数 0.23%，泊洛沙姆 188 用量 1.03 g，混合基质为凝胶基质与等渗液体积比 13 1 制得。结论 该工艺制得的枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶综合评分高、重现性好、可操作性强，适合枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶工业生产。关键词：枸橼酸铋钾；智能喷雾水凝胶；响应面法中图分类号：R318.08 文献标志码：A 文章编号：1673-498X（2024）01-0007-06doi:10.16500/ki.1673-498x.2024.01.002Response surface methodology for the preparation of bismuth potassium citrate intelligent spray hydrogel processJiang Yachao,Zhang Lei,Liu Jinzhi,et al(Xiangnan University,Chenzhou,Hunan 423000,China)Abstract:Objective To prepare a novel topical formulation for the treatment of complicated oral ulcers,the process parameters for the preparation of bismuth potassium citrate intelligent spray hydrogel were investigated.Methods The effects of the dosage of deacetylated gellan gum,glycerol,and poloxamer and the water bath temperature,and the volume ratio of gel matrix to isotonic solution on the intelligent spray hydrogel were investigated by one-way experiments using sprayability and viscosity as the composite scores,and the star-point design-effect surface optimization method test with the concentration of deacetylated gellan gum,and the volume ratios of poloxamer,and the gel matrix to the isotonic solution as the factors was established.Results The optimal process parameters for the preparation of bismuth potassium citrate intelligent spray hydrogel were analyzed by Design Expert 8.0.6.1 software and obtained as the mass fraction of gelling gel of 0.23%,the dosage of Poloxamer 188 1.03 g,and the mixed matrix is made from the volume ratio of gel matrix to isotonic soloution 131.Conclusion The process produced a bismuth potassium citrate intelligent spray hydrogel with high comprehensive score,superior reproducibility and excellent operability,which is suitable for the industrial production of bismuth potassium citrate intelligent spray hydrogel.Key words:bismuth potassium citrate;intelligent spray hydrogel;response surface method收稿日期：2024-01-02基金项目：湖南省自然科学基金资助项目（2021JJ80074）；湘南学院横向科研项目（2021E90）。作者简介：蒋亚超，男，主管药师。*通信作者：张辉，男，博士，教授，E-mail:。枸橼酸铋钾是常用的抗幽门螺杆菌（Helicobacter pylori，Hp）药物，可用于慢性胃炎、胃溃疡、十二指肠溃疡等疾病，应用广泛 1。研究 2-5 表明，铋剂对多种细菌具有良好抗菌作用，已衍生出硫化铋、钒酸铋、铋化合物 Bi（HL）（NO3）3等多种抗菌铋剂，在抗菌生物医学方面具有较大潜力 6。复发性口腔溃疡（recurrent oral ulcer，ROU）与Hp感染有密切联系 7，唐金菊等 8、张俊祥等 9 分别利用枸橼酸铋钾颗粒和枸橼酸铋钾湘南学院学报（医学版）2024 年 3 月（第 26 卷）第 1 期8胶囊组成三联疗法治疗 ROU 具有明显疗效。目前，市面上的枸橼酸铋钾剂型均针对胃肠道用药，在 ROU治疗中，附着口腔含量低，药效受局限，因此选用医用级结冷胶、泊洛沙姆 188、甘油等材料将枸橼酸铋钾制成温敏智能型喷雾水凝胶新剂型，既可安全有效杀菌，又能在伤口、溃疡处快速形成保护膜 10-11，起到长效抗菌作用，可应用于复杂口腔溃疡疾病治疗，同时可为后续表皮损伤、溃疡等多种疾病药理研究提供剂型基础。1 仪器与试剂1.1 仪器恒温水浴锅（HH-4，上海力辰邦西仪器科技有限公司）；超声清洗仪（KQ-50DA，深圳市洁泰超声洗净设备有限公司）；万分之一天平（ATX124，岛津仪器(苏州)有限公司）；恒温磁力搅拌器（RW28 digital Package，艾卡(广州)仪器设备有限公司）；鼓风干燥箱（WGL-125B，天津市泰斯特仪器有限公司）。1.2 药品与试剂枸橼酸铋钾（西陇科学股份有限公司，批号20210505）；去乙酰化结冷胶（上海德立食品添加剂有限公司，批号 20230220）；去离子水、蒸馏水、泊洛沙姆188（上海毕得医药科技股份有限公司，批号 CMX612）；甘油（湖南汇虹试剂有限公司，批号 20221101）；氯化钠（国药集团化学试剂有限公司，批号 20220427）；氯化钾（天津市光复科技发展有限公司，批号 20210604）；氯化钙（西陇化工股份有限公司，批号 20220929）。2 试验方法2.1 溶液的配制枸橼酸铋钾溶液的配制：精密称取枸橼酸铋钾0.300 0 g 置 100 mL 烧杯中，加适宜蒸馏水搅拌混匀，定容至 100 mL 容量瓶中，摇匀，得 0.003 g/mL 的枸橼酸铋钾溶液。等渗液的配制：精密称取氯化钠 8.770 0 g、氯化钾 2.980 0 g 和氯化钙 0.350 0 g 于 100 mL 容量瓶，用去离子水定容至刻度，摇匀得等渗液。供试品溶液配制：称取枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶适量（约相当于铋 50 mg）置 50 mL 量瓶中，加硝酸5 mL 使其溶解，加水稀释至刻度，摇匀，精密量取 1 mL置 50 mL 量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀，作为供试品溶液。2.2 制备方法精密称取去乙酰化结冷胶 0.300 0 g 于 250 mL 烧杯中，加 100 mL 蒸馏水溶解，保鲜膜封口；置 75 水浴锅中使其充分溶胀，再 4 冷却 8 h 至澄明溶液得质量分数为 0.3%的去乙酰化结冷胶溶液；取出，匀速搅拌下加入处方量的泊洛沙姆 188 1.80 g，搅拌均匀 20 min，至 4 冰箱中冷藏 12 h，得到温敏智能凝胶基质；按凝胶基质 等溶液为 10 1 比例混匀得混合基质。取处方量的甘油 0.2 mL、枸橼酸铋钾溶液 2 mL和混合基质 7.8 mL，共制 10 mL，搅拌均匀即得 11。2.3 标准曲线建立精密称取高纯金属铋 0.104 3 g 于 100 mL 容量瓶中，加入硝酸 10 mL 使其溶解，定容至刻度，分别精密吸取铋溶液 0.5 mL、1 mL、1.5 mL、2 mL、2.5 mL、3 mL于 100 mL 容量瓶，加水稀释配制成含铋的浓度分别为 5.215 g/mL、10.43 g/mL、15.645 g/mL、20.86 g/mL、26.075 g/mL、30.48 g/mL 的 标 准 溶 液。以 吸 光 度为横坐标，浓度为纵坐标，得出铋的线性方程为：Y=30.348X-8.25，R2=0.999 4，如图 1 所示。2.3.1 精密度试验 精密量取 2.3 小节中标准曲线建立方法中 20.86 g/mL 的标准溶液，分别重复测定 5次，测得吸光度平均值为 0.954，RSD 为 0.55%。图 1 枸橼酸铋钾标准曲线92.3.2 稳定性试验 精密量取 2.3 小节中标准曲线建立方法中 10.43 g/mL 的标准溶液，分别在 10 min、30 min、60 min、90 min、120 min 时测定，测得吸光度的平均值为 0.752，RSD 为 0.66%。2.3.3 重复性试验 取同一批号的样品，按 2.1 小节中供试品方法平行制备 5 份供试品溶液并测定，铋的平均吸光度为 0.746，RSD 为 1.54%。2.3.4 加样回收率试验 称取已知含量的同一批样品适量，分别精密加入低、中、高 3 个浓度水平的铋标准液各 3 份，按 2.1 小节中供试品方法制备供试品溶液测定含量，计算平均回收率为 98.62%，RSD 为 1.36%。2.4 枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶评分方法 12 可喷性评分（P1）：以喷雾量比例从 0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%，赋分为 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 分。黏度评分（P2）：移液管吸取 5 mL 枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶，滴完为止，按秒计分。因黏度大于 8 s时，无法喷雾，所以高于 8 s 者计为 0 分。P总评分=P20.8+P10.22.5 单因素实验2.5.1 单因素考察去乙酰化结冷胶用量的影响 分别精密称取去乙酰化结冷胶0.10 g、0.20 g、0.30 g、0.40 g、0.50 g于100 mL容量瓶中，其余试剂与用量保持不变，按照 2.2 小节中的制备方法制备，以可喷性和黏度进行评价。2.5.2 单因素考察甘油用量的影响 分别精密量取甘油 0 mL、0.10 mL、0.20 mL、0.30 mL、0.40 mL，其余试剂与用量保持不变，按照 2.2 小节中的制备方法制备，以可喷性和黏度进行评价。2.5.3 单因素考察泊洛沙姆 188 用量的影响 分别精密称取泊洛沙姆 188：1.40 g、1.60 g、1.80 g、2.00 g、2.20 g，其余试剂与用量保持不变，按照 2.2 小节中的制备方法制备，以可喷性和黏度进行评价。2.5.4 单因素考察水浴温度的影响 分别考察水浴温度：45、60、75、90、105，其余试剂与用量保持不变，按照 2.2 小节中的制备方法制备，以可喷性和黏度进行评价。2.5.5 单因素考察凝胶基质和等渗液的体积比的影响 分别取等渗液 0 mL、0.71 mL、1.30 mL、1.80 mL、2.20 mL，其余试剂与用量保持不变，按照 2.2 小节中的制备方法制备，以可喷性和黏度进行评价。2.6 响应面试验根据单因素实验结果，筛选出去乙酰化结冷胶用量、泊洛沙姆 188 用量、凝胶基质和等渗液体积比为响应面试验因素，通过 Design Expert 8.0.6.1 软件设计响应面试验，因素水平见表 1。3 结果与分析3.1 单因素实验结果与分析3.1.1 去乙酰化结冷胶用量的影响 去乙酰化结冷胶用量分别为 0.10 g、0.20 g、0.30 g、0.40 g、0.50 g 的枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶综合评分分别为：5.20、5.70、1.40、0.80、0.40 分；趋势为先升高后降低，且用量为 0.20 g 时最佳，当用量超过 0.30 g 时，凝胶黏度过大，不宜制备喷雾凝胶。见表 2。3.1.2 甘油的用量的影响结果 甘油用量分别为0 mL、0.10 mL、0.20 mL、0.30 mL、0.40 mL 的枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶综合评分分别为：0、5.60、5.70、5.70、5.70分；趋势为先增高再趋于平稳，当用量超过 0.20 mL时，综合评分恒定，因此选择 0.20 mL 甘油为最佳用量（表 3）。3.1.3 泊洛沙姆 188 用量的影响 泊洛沙姆 188 用量分别为 1.40 g、1.60 g、1.80 g、2.00 g、2.20 g 的枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶综合评分分别为：5.65、5.80、5.90、5.30、4.90 分；趋势为先升高后降低，且用量为 1.80 g时最佳（表 4）。3.1.4 水浴温度的影响 水浴温度分别为 45、60、75、90、105 的枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶综合评分分别为：5.70、5.70、5.70、5.63、5.62 分；趋势为表 2 去乙酰化结冷胶质量分数对枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的影响去乙酰结冷胶质量分数/%0.100.200.300.400.50可喷性评分/分53742黏度评分/分5.256.388.18.799.43总评分/分5.205.701.400.800.40表 3 甘油用量对枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的影响甘油用量/mL00.100.200.300.40可喷性评分/分04444黏度评分/分06.006.136.136.13总评分/分05.605.705.705.70蒋亚超，张蕾，刘金枝，等：响应面法制备枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶工艺研究表 1 星点因素水平表水平去乙酰化结冷胶质量分数 A/%泊洛沙姆 188用量 B/g凝胶基质和等渗液体积比 C/mL1.681 790.293.3115.05 110.252.7013 100.201.8010 1-10.140.907 1-1.681 790.100.294.95 1湘南学院学报（医学版）2024 年 3 月（第 26 卷）第 1 期10先平衡后降低，其中温度越高，溶胀时间较短，因此，选择 75为最佳水浴温度（表 5）。3.1.5 凝胶基质与等渗液的体积比对枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的影响 纯凝胶基质和凝胶基质与等渗液的体积比分别为 10 1、10 2、10 3、10 4 的枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶综合评分分别为：4.86、5.67、5.61、4.20、0.80 分，趋势为先升高后降低，其中 10 1 评分最高，当 10 4 时，黏度过大、结块，无法使用（表 6）。表 7 星点设计-效应面优化法实验结果与分析试验号A/%B/gC可喷性评分/分黏度评分/分总评分/分10.140.907:134.54.2020.250.907:145.55.2030.142.707:1276.0040.252.707:15101.0050.140.9013:1454.8060.250.9013:176.86.8470.142.7013:117.25.9680.252.7013:1911.21.8090.141.8010:125.74.96100.291.4010:19112.40110.200.2910:124.23.76120.203.3110:1110.50.20130.201.804.95:146.56.00140.201.80 15.05:116.56.40150.201.8010:127.46.32160.201.8010:126.25.36170.201.8010:126.65.68表 6 凝胶基质与等渗液体积比对枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的影响凝胶基质与等渗液体积比纯凝胶基质10 110 210 310 4可喷性评分/分44434黏度评分/分5.086.116.014.59.45总评分/分4.865.675.614.200.80表 5 水浴温度对枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的影响水浴温度/45607590105可喷性评分/分44444黏度评分/分6.136.136.136.046.03总评分/分5.705.705.705.635.62好；对二项回归方程进行检验，模型的 R2为 0.930 5，说明此模型能满足 93.05%响应值的变化，模型建立有实际意义。因此，该模型拟合度良好，可信度高，可用该回归方程预测枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的最佳工艺条件。见表 8。3.2.2 两因素间协同作用分析 根据回归的模型系数显著性检验结果可知，模型的一次项中 PA=0.001 6，PB=0.000 6，PC=0.121 3，PA、PB 因素 A。结合回归方程分析结果可知影响总评分的因素排序为泊洛沙姆 188 用量（B）去乙酰化结冷胶质量分数（A）凝胶基质与等渗液体积比（C）。4 验证性试验应用 Design Expert 8.0.6.1 软件预期期望值设定，3.2 响应面试验结果与分析3.2.1 响应值优化结果与分析 采取Design Expert 8.0.6.1软件星点设计-效应面优化法设计试验，以去乙酰化结冷胶质量分数、泊洛沙姆 188 用量、凝胶基质与等渗液体积比为响应面试验因素，可喷性和黏度综合评分为指标，共进行 17 组试验，建立回归模型得到枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶去乙酰化结冷胶质量分数（A）、泊洛沙姆 188 用量（B）、凝胶基质与等渗液的体积比（C）3 个因素的数学回归模型：y=-0.84xA-0.9xB+0.15xC-1.52xAxB+0.24xAxC-0.19xBxC-0.65xA2-1.14xB2+0.17xC2，R2=0.930 5。见表 7。对该模型进行方差分析及对模型系数进行显著性检验的结果，其中 F=21.96，P=0.000 3（P0.01，P=0.453 7 0.05，无统计学意义，说明模型的拟合度良表 4 泊洛沙姆 188 用量对枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的影响泊洛沙姆 188 用量/g1.401.601.802.002.20可喷性评分/分46446黏度评分/分6.065.756.385.634.63总评分/分5.655.805.905.304.9011图 2 A 和 C 的交互作用响应图图 3 A 与 B 的交互作用响应图图 4 B 与 C 的交互作用响应图表 8 回归模型及方差分析表方差来源平方(SS)自由度（DF）均方FP显著性Model62.8096.9821.960.000 3显著A 去乙酰化结冷胶质量分数7.9617.9625.040.001 6B 泊洛沙姆 188 用量11.02111.0234.670.000 6C 凝胶基质与等渗液体积比0.9910.993.110.121 3AB18.61118.6158.540.000 1AC0.4410.441.390.276 9BC0.2710.270.860.384 2A24.1214.1212.950.008 7B216.38116.3851.540.000 2C20.9310.932.910.131 5残差2.2270.32失拟误差1.7550.351.460.453 7不显著纯误差0.4820.24总和65.0216得到枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的最佳制备工艺条件为 A-0.23%，B-1.03 g，C-13 1，预测值为 6.59，其他条件按 2.2 小节中制备方法操作。按最佳制备工艺制备三批枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶并综合评分，与预测值比较，偏差的绝对值均小于 5%,表明所建立的二项式方程模型预测性能良好，可为枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的制备工艺的优化提供数据的预测和参考（表 9）；其中枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶成品性状为白色黏稠透明液体（图 5）；可轻松从喷瓶中喷出，每揿喷雾量大，雾滴粒径细（图 6）；雾滴均匀分布在皮肤，可在 120 s 内形成良好的枸橼酸铋钾保护膜（图 7）。蒋亚超，张蕾，刘金枝，等：响应面法制备枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶工艺研究湘南学院学报（医学版）2024 年 3 月（第 26 卷）第 1 期12Chemical Engineering Journal,2020,381:122630.4 Ouyang J,Wen M,Chen W S,et al.Multifunctional two dimensional Bi2Se3 nanodiscs for combined antibacterial and anti-inflammatory therapy for bacterial infections J.Chemical Communications,2019,55(33):4877-4880.5 Zhang L,Chen D R,Jiao X L.Monoclinic structured BiVO4 nanosheets:hydrothermal preparation,formation mechanism,and coloristic and photocatalytic properties J.The Journal of Physical Chemistry B,2006,110(6):2668-2673.6 张晓申，孙熹，张思雨，等.含铋金属药物的研究进展与治疗应用 J.中国新药与临床杂志,2017,36(8):440-446 7 彭倩,刘一平.复发性口腔溃疡与幽门螺杆菌相关性的研究进展 J.现代中西医结合杂志,2013,22(26):2962-2964.8 唐金菊,杨永进,李广.三种抗幽门螺杆菌法治疗复发性口腔溃疡的疗效观察 J.中华临床医师杂志(电子版),2014,8(12):2260-2263.9 张俊祥,陈康.复发性口腔溃疡与幽门螺杆菌的相关性研究 J.大家健康(学术版),2012,6(2):14-15.10 何水清,徐慧高.铋剂联合地塞米松治疗复发性口腔溃疡疗效分析 J.中国现代药物应用,2009,3(2):146.11 任晓维.糠酸莫米松鼻用即型凝胶喷雾剂的研制 D.上海:复旦大学,2008.12 许明塔.鼻用金银花凝胶喷雾剂制备研究 J.海峡药学,2021,33(8):1-3.表 9 优化处方的验证（n=3）试验号A/%B/gC预测值 实测值偏差/%10.231.0313 16.596.57-0.4620.231.0313 16.596.62+0.4630.231.0313 16.596.61+0.30注：偏差=（预测值-实测值）/预测值 100%。图 5 枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶成品性状图图 6 枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶喷雾效果图A.0 s；B.30 s；C.60 s；D.120 s。图 7 枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶喷雾成膜效果图ACBD5 结论经三次验证性试验结果得：实测值与预测值的偏差均小于 0.46%，远低于偏差限度 5%，证明本试验星点设计-效应面优化法优选出的枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶制备最佳工艺可靠、重复性高，可作为枸橼酸铋钾智能喷雾水凝胶的制备工艺。工艺流程为：配制质量分数为 0.23%的去乙酰化结冷胶溶液 100 mL，加泊洛沙姆 188 1.03 g，搅拌均匀、4 冷藏 12 小时，得温敏智能凝胶基质；按凝胶基质与等渗液为 13 1比例制得混合基质，取处方量的甘油 0.2 mL，枸橼酸铋钾药液 2 mL，混合基质 7.8 mL，共制 10 mL。参考文献：1 Chey W D,Leontiadis G I,Howden C W,et al.ACG clinical guideline:treatment of Helicobacter pylori infection J.The American Journal of Gastroenterology,2017,112(2):212-239.2 Geoffrion L D,Medina-Cruz D,Kusper M,et al.Bi2O3 nano-flakes as a cost-effective antibacterial agent J.Nanoscale Advances,2021,3(14):4106-4118.3 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