包合技術(shù)簡介

1、包合技術(shù)簡介A Brief Introductionof Inclusion Technology目錄1 12 23 34 4概述包合技術(shù)的原理包合物的類型環(huán)糊精包合物的制備技術(shù)1 1概述u定義： 包合技術(shù)是指在一定條件下，在一種分子的空間結(jié)構(gòu)中全部或部分包入另一種分子，從而形成一類獨(dú)特形式的絡(luò)合物。這種絡(luò)合物被稱為包合物，亦有包藏物、加合物、包含物之稱。 包合物分子是由主分子和客分子兩大部分組成，具有包合作用的外層分子稱為主分子，被包合到主分子空間中的小分子物質(zhì)，稱為客分子。 最早的包合物是苯二酚對揮發(fā)性氣體的包合（1886年由Mylius首先觀察到） 20世紀(jì)人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大分子包合小分子形

2、成多種包合物 1916年，Wieland發(fā)現(xiàn)了絡(luò)膽酸是去氧膽酸和脂肪酸形成的包合物 1940年Bengen分離得到尿素-辛醇包合物 1948 年發(fā)現(xiàn)環(huán)糊精（CD）包合物u 包合技術(shù)的發(fā)展u 包合技術(shù)的作用改變藥物的物理性質(zhì)增加中藥揮發(fā)性成分的穩(wěn)定性提高藥物的溶解度降低藥物的刺激性2 2包合技術(shù)的原理主分子和客分子進(jìn)行包合作用時，相互之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不存在離子鍵、共價鍵或配位鍵等化學(xué)鍵的作用，包合作用主要是一種物理過程。12 包合物形成條件，主要取決于主分子和客分子的立體結(jié)構(gòu)和兩者的極性。包合物的穩(wěn)定性，依賴于兩種分子間的范德華引力的強(qiáng)弱,如分散力、偶極子間引力、氫鍵、電荷遷移力等，有時單一

3、作用力起作用，多數(shù)為幾種作用力的協(xié)同作用3 3包合物的類型按包合物的幾何形狀分類籠狀包合物 如苯二酚包合物管狀包合物 如尿素、硫脲、環(huán)糊精、 去氧膽酸等形成的包合物層狀包合物12按包合物的穩(wěn)定程度分類穩(wěn)定包合物 無論客分子是否存在，主分子 均為一穩(wěn)定化合物。亞穩(wěn)包合物 客分子濃度在臨界限度上可不 斷變化，但若小于此濃度，主分子 即處于亞穩(wěn)態(tài)，并發(fā)生結(jié)晶變化。可調(diào)節(jié)包合物 當(dāng)客分子含量波動時，主分子 結(jié)構(gòu)本身可連續(xù)調(diào)節(jié)。3按Frank分類法分類單分子包合物 多分子包合物 大分子包合物藍(lán)碘反應(yīng)包合物 氫醌包合物水包合物甾體類包合物尿素與硫脲包合物葡聚糖、沸石、硅膠4 4環(huán)糊精包合物的制備技術(shù)包合材

4、料環(huán)糊精cyclodextrin,又稱Schardinger dextrin，常見的、和三種，分別由6個、7個、8個葡萄糖所組成。 環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)環(huán)糊精系淀粉經(jīng)酶解環(huán)合后得到的由612個葡萄糖分子連結(jié)而成的環(huán)狀低聚糖化合物。項(xiàng) 目-CD-CD-CD葡萄糖單體數(shù)678分子量97311351297分子空洞內(nèi)徑0.450.6nm0.70.8nm0.851.0nm空隙深度0.70.8nm0.70.8nm0.70.8nmD25 (H2O)+ 150.5o+ 162.5o+ 177.4o溶解度(g/L,25)14518.5232結(jié)晶形狀針狀棱柱狀梭柱狀各種環(huán)糊精的一般性質(zhì) 三種CD的空洞內(nèi)徑及物理性質(zhì)

5、有很大差別。 以-CD空洞大小適中，水中溶解度最小，-CD在水中的溶解度為18.5g/L，最易從水中析出結(jié)晶，隨著水中溫度升高溶解增大。 如在水中加入20%乙醇，常溫溶解度可增至5.5%。這些性質(zhì)對-CD包合物的制備，提供了有利條件。表 CD 在水中溶解度溫度()20406080100水溶解度(g/L)183780183256 CD分子內(nèi)腔直徑約為78，CD分子內(nèi)腔直徑約為4.56，CD分子內(nèi)腔直徑約為8.510。 CD更適合于包合藥物，CD分子腔內(nèi)徑稍小，而CD可用于包合很多藥物，但價格昂貴。 CD所能起到的增溶作用也是有限的。因此，基于溶解度、易包合性和用藥安全性方面的考慮，對CD進(jìn)行了一

6、系列的結(jié)構(gòu)修飾與改造。環(huán)糊精最為常用，其孔隙徑為0.6-1nm，與藥物以適當(dāng)處理后，可將藥物包含于其環(huán)狀結(jié)構(gòu)中形成超微囊狀包含物，供口服或注射，在體內(nèi)以酶水解釋放出藥物，因其超微結(jié)構(gòu)，呈分子狀故分散效果較好，易于吸收，且因其劑型類似微型膠囊，釋藥緩慢，副反應(yīng)低。圖 環(huán)糊精中葡萄糖連接方式u 包合物的制備 調(diào)查：客分子藥物的理化性質(zhì)如結(jié)構(gòu)及大小、相對分子質(zhì)量(Mr )、溶解性、穩(wěn)定性；根據(jù)藥物性質(zhì)，明確客分子藥物包合目的，分析包合物形成的可能性。 包合時對藥物的要求l 有機(jī)藥物應(yīng)符合下列條件之一l 藥物分子的原子數(shù)5；由稠環(huán)，稠環(huán)數(shù)5；藥物分子量100400；水中溶解度10g/L,熔點(diǎn)250。l

7、 無機(jī)藥物大多不宜用CD包合 選包合材料：首選CD，分子結(jié)構(gòu)中孔洞大小適中，水中溶解度較??；增加溶解度選CD，空洞較??；CD空洞內(nèi)徑大，水溶解度大但價格貴. 選方法：以含量和收率都高的穩(wěn)定包合物為選方法依據(jù)。1飽和水溶液法（重結(jié)晶或共沉淀法）l 將CD制成飽和水溶液，然后將水溶性藥物直接加入CD飽和溶液中。如果被包合物難溶于水，可先將其溶解于少量有機(jī)溶媒中(如丙酮、異丙醇等)，再加入環(huán)糊精飽和水溶液中，充分?jǐn)嚢杌虿粩嗾袷幰欢ǖ臅r間，使客分子藥物被也合，然后濾過、洗滌、干燥即得。但在水中溶解度大的客分子有一部分包合物仍溶解在溶液中不析出，可加入一種有機(jī)溶劑，使析出沉淀。將析出的固體包合物濾過，再

8、用適當(dāng)?shù)娜軇┫磧簟⒏稍铮吹梅€(wěn)定包合物。l 飽和水溶液法的一般工藝路線：CD加一定量的蒸餾水使飽和加熱溶解 冷卻加客分子 攪拌冷藏過夜濾過(抽濾、離心)分離包合物有機(jī)溶劑洗滌 干燥 干包合物2研磨法（捏合法）l 將CD與25倍量水研勻，然后再加入客分子藥物（如果客分子藥物為水難溶性成分，應(yīng)先將其溶于少量的有機(jī)溶劑中），充分研磨定時間至糊狀物，干燥后用適當(dāng)及適量的有機(jī)溶劑洗凈，再干燥即得干包合物。 l 在用研磨法制備包合物時，研磨的方法可采用普通研磨法，即在乳缽中進(jìn)行研磨；另一種是機(jī)械研磨方法，即采用膠體研磨機(jī)碾磨至糊狀。 l研磨法一般工藝路線:-CD加一定量的蒸餾水使飽和研勻加客分子研磨 得到

9、糊狀物干燥有機(jī)溶劑洗滌 分離干燥 干包合物3超聲波法 l 將CD配制成飽和水溶液，加入客分子藥物溶解后，立即用超聲波研碎儀或超聲波清洗機(jī)，選擇合適強(qiáng)度，超聲一定時間以代替飽和水溶液法中的攪拌力，使客分子被包合，然后濾過、洗滌、干燥即得。l超聲波法一般工藝路線：CD的飽和水溶液加入客分子超聲波振蕩處理冷藏過夜 濾集沉淀分離包合物有機(jī)溶劑洗滌 干燥 干包合物4冷陳干燥法l 用前述某一種方法制備包合物后如制得包合物溶于水，結(jié)果不易析出結(jié)晶沉淀以致于無法得到包合物可采用冷凍干燥法使結(jié)晶或沉淀析出，所得包合物外形疏松，溶解性能好，一般常用于制成粉針劑。u 包合物常用的干燥方法 噴霧干燥法 冷凍干燥法 真

10、空減壓干燥 其它干燥方法u 包合物的驗(yàn)證相溶解度法掃描電子顯微鏡差示掃描量熱圓二色譜紅外光譜X射線衍射法核磁共振用于驗(yàn)證包合物的新物相是否已形成和存在。 相溶解度法l 相溶解度法(phase solubility diagram)可確證包合物的形成，也是評價包合物溶解性能常用的方法。l 難溶性藥物包合后溶解度增大，通過測定藥物在不同濃度的環(huán)糊精溶液中的溶解度，繪制溶解度曲線。即以藥物濃度為縱坐標(biāo)，環(huán)糊精濃度為橫坐標(biāo)作相溶度圖，可從曲線判斷包合物是否形成，并獲得包合物的溶解度。l 計(jì)算其包合常數(shù)K，也稱為包合物的表觀穩(wěn)定性常數(shù)。 掃描電子顯微鏡法l 掃描電子顯微鏡(scanning electr

11、on microscope，SEM)可以直接觀察到形成的包合物的微觀結(jié)構(gòu)。含藥的包合物與不含藥的包合材料以及原料藥的形狀不同，這是因?yàn)榫Ц衽帕邪l(fā)生變化所致。l 但是應(yīng)當(dāng)注意，不同制備方法，其電鏡下的形狀也有可能不同，僅此一法不足以確認(rèn)包合物是否形成，應(yīng)當(dāng)結(jié)合多種方法來驗(yàn)證。異丁普生原料藥 捏合法處理后的原料藥 異丁普生環(huán)糊精包合物的電鏡照片噴霧干燥處理后的原料藥噴霧干燥制備的-CD包合物噴霧干燥制備的CD包合物CD原料 差式掃描量熱l 差示掃描量熱法(differential scanning calorimetry，DSC)是鑒定藥物和環(huán)糊精是否發(fā)生包合作用常用的方法。l 其原理指在程序控制

12、溫度下，測定輸入到參比物和樣品的能量隨溫度變化不同，因而可進(jìn)行分析的一種方法。 l 具有反應(yīng)靈敏、重現(xiàn)性好及分辨率高而且準(zhǔn)確的特點(diǎn)。圖 丙硫米唑HPCD包合物的DSC圖譜a 為丙硫米唑原料；b 為HP-CD；c 為丙硫米唑與HP-CD物理混合物；d 為丙硫米唑與HP-CD 1：1投料、經(jīng)共沉淀法制備的包合物；e 為丙硫米唑與HP-CD1：1投料、經(jīng)冷凍干燥法制備的包合物。 l 平面偏振光通過光學(xué)活性物質(zhì)時，除了圓偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)外，還有偏振光被吸收的現(xiàn)象，導(dǎo)致左右旋轉(zhuǎn)圓偏振光能量不同，振幅也不同，此現(xiàn)象稱為圓二色性。l 由于左右旋轉(zhuǎn)圓偏振光的振幅不同，合成后沿橢圓軌跡運(yùn)動，成為橢圓偏振光。l 以

13、旋光度或橢圓率為縱座標(biāo)，波長為橫座標(biāo)作圖，若得具有峰尖和峰谷的曲線，稱Cotton效應(yīng)，曲線稱為Cotton效應(yīng)曲線，即圓二色譜(Circular dichroism spectroscopy)，從曲線形狀可判斷包合與否。 圓二色譜法 圖 游離紫杉醇(PTX)、紫杉醇的-CD包合物(PTX1)、2，6-二甲基-CD包合物(PTX2)和2，3，6-三甲基-CD包合物(PTX3)的圓二色譜圖。注: 圖中縱坐標(biāo)為摩爾橢圓率(Molar ellipticity)，橫坐標(biāo)為波長數(shù)(wavelength) 紅外分光光度法 l 是比較藥物包合前后在紅外區(qū)吸收的特征，根據(jù)吸收峰的變化情況，如果吸收峰降低，位移或消失，說明藥物與環(huán)糊精產(chǎn)生了包合作用，并有助于確定包合物的結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)用于含碳基藥物的包合物檢測。 X射線衍射法l X射線衍射法(X-ray diffraction)是鑒定晶體化合物的常用技術(shù)，各晶體物質(zhì)在相同的角度處具有不同的晶面間距，從而顯示