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bb电子平台官网毛细管流变仪(半固体制剂药品的流变学的讲解(一))

2024-01-01 14:31:55

  流体的基本性质流变曲线是指流体的剪切应力与剪切速率之间的关系曲线,可以通过公式 = ⁄ 来描述,其中,τ为剪切应力;γ为剪切速率;η为黏度,可通过流变曲线的斜率获得。根据流变曲线,可以得到流体的黏度随剪切速率的变化。当流体受到剪切作用时,可以根据剪切应力随剪切速率的变化趋势来判断流体的类型(如图2所示),根据曲线特征,可以把流体分为两类,包含牛顿流体和非牛顿流体,一般半固体制剂为非牛顿流体,即黏度不为常数,随着剪切速率的变化而变化。非牛顿流体根据流变特性主要包含塑性流体 (宾汉流体)、假塑性流体和胀性流体。其中假塑性流体是半固体制剂中最常见的流体,该流体随剪切应力增加黏度呈减小趋势(剪切变稀),使流体开始流动时最小的剪切应力为屈服应力(Yield Stress),当剪切应力减小或停止时,黏度可以逐渐恢复,即流体的触变性(Thixotropy)。屈服应力和触变性是半固体制剂的重要属性,在半固体制剂的开发中起着重要的作用。其中,随着剪切速率的增大,牛顿流体的剪切应力呈线性增大,其黏度保持不变;假塑性流体的剪切应力逐渐减小,其黏度也随之降低;胀塑性流体的剪切应力逐渐增大,其黏度也随之升高。

  流变性的测定方法目前流变性主要通过流变仪进行测定,包含毛细管流变仪、旋转流变仪和转矩流变仪,其中旋转流变仪使用面最广,它通过控制夹具(锥板、平行板和同轴转桶等)的相对运动产生简单剪切流动,可以快速检测流体的流动曲线、屈服应力和线性黏弹性等各个方面的流变性能,下面结合具体检测案例阐述旋转流变仪在流变特性检测中的运用。皮肤外用制剂通常表现出非牛顿性,高剪切力的作用会导致黏度的降低,便于在皮肤表面的铺展,制剂的铺展性直接与患者在使用过程中的直观感受及治疗顺从性相关。另外,采用合适的数学模型对流变曲线进行拟合,可得到制剂的屈服应力、零剪切黏度、无限剪切黏度等参数,进一步表征流变行为。1.1流变曲线流动曲线通常以剪切应力为纵坐标、剪切速率为横坐标的曲线图来表示,是流体性质的综合评价,不同剪切速率或剪切应力下的黏度变化趋势可以反映出流体的类型。流变仪测量时可以分别选择剪切速率或剪切应力为横坐标,另外一个为纵坐标,绘制流变曲线,另外也可以记录在不同剪切速率下黏度变化,这种曲线图称作“黏度曲线”。利用流变仪可以得到样品剪切速率由低到高的流动曲线,来模拟半固体制剂从静置,到管内挤出,再到涂抹使用的情况。低剪切(≤0.01s-1)用于评估分散体系沉降行为;中剪切(1~100s-1)用于评估品在运输、摇晃、搅拌过程中的稳定性;高剪切(>1000s-1)用于评估快速涂抹过程中的易用性。最理想的状况是静置阶段半固体制剂黏度大,泵送过程中黏度适中,涂抹过程中黏度变小。不同处方工艺制备的半固体制剂,由于药物的分散状态,液滴粒径大小,基质组成不同,黏度存在差异。黏度不同将影响药物在基质中的扩散行为,最终造成产品的皮肤药动学行为存在差异。测试方法:一般将前切速率Shear rate 范围设为流变仪能达到的最低速度(0.001 s−1)~最高速度(100 s−1),最低速度取决于流变仪的最低测试扭矩(科笛所购的DHR -1型设备的最小扭矩为10 nN·m,建议最低扭矩不应低于1 μN·m),但很多样品在还没有到达最高转速时就会发生湍流或被甩出来了,在实时测试曲线上能看到数据突然变得不规律,这时要记录下数据开始出现不规律的“上限剪切速率”,下次测本样品时,剪切速率范围设到“上限剪切速率”以下。

  

毛细管流变仪(半固体制剂药品的流变学的讲解(一))

  1.2 屈服应力屈服应力是表征样品开始流动或停止流动的临界应力,来自外部的作用力低于此应力时表现为固体特性,流体产生弹性形变,高于此应力时表现为液体特性,流体开始流动。可用于评估皮肤外用制剂在使用过程中的铺展性以及产品灌装时的易实现性。如果屈服应力过高,可能会导致难以挤出或涂抹,如果屈服应力过低,则可能存在稳定性上的风险,因此控制屈服应力在一个合适的范围至关重要。反映屈服应力的数值为屈服值,它在微观上反映粒子在三维网状结构中的相互作用力。在流变仪中,目前常用的是通过绘制剪切应力和应变曲线进行屈服应力值的测定,应变指物体在外力作用下的形变,当应力逐渐增加时,应变曲线会随着流体状态改变(固体→液体)而出现拐点,该拐点所对应的应力即为屈服应力,塑性流体的流动曲线与坐标轴相交处不在原点(图2),而是在屈服值处。Kamal等[21]研究了睾酮透皮凝胶处方对屈服应力的影响,研究发现卡波姆用量增加会导致用于中和的羧基和钠离子的比率增加,并形成卡波姆 间隙,卡波姆的溶胀作用使间隙彼此压紧,使得处于间隙之间部分的刚性逐渐增强,导致凝胶屈服应力的增大;氢氧化钠含量升高,会引发渗透压的不平衡和较强的静电相互作用,这两种作用均会使得卡波姆间隙相互挤压,导致屈服应力增大。Futamura等[22]研究了羟丙基甲基纤维素(HPMC)对石蜡油乳液性质的影响,发现随乳液中HPMC浓度的升高,屈服应力逐渐增大。屈服应力较高时,在一定的剪切力作用下,乳滴不易朝剪切流动方向移动,且不易破裂,具有良好的稳定性。 毛细管流变仪

毛细管流变仪(半固体制剂药品的流变学的讲解(一))

   毛细管流变仪

  试样的屈服应力可以通过进行剪切应力斜坡试验来确定,在试验中,变形以应力增加的函数形式记录在双对数图中。在低于屈服应力的剪切应力下,变形将随着剪切应力的增加而线性增加(在双对数图中斜率约为1)。当剪切应力接近屈服应力时,边坡增大,试样开始流动。HAAKE毛细管流变仪 RheoWin软件中的屈服应力评估单元是通过施加在测量曲线上的两条切线来确定屈服应力的。这两条切线的交点为试样的屈服应力(图9)。可以定义具有偏差公差的质量控制标准。

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