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油悬浮剂专用高性能助剂开发 qrcode

2019-04-23


油悬浮剂(油悬)是近年来快速发展的一种农药制剂类型,具有环保、药效高等优点。因其连续相为油脂类产品,如油酸甲酯、大豆油甲酯等,与植物叶片具有良好的亲和性,可以提供更好的铺展、润湿和渗透功能。但是,现有的油悬产品普遍存在长期贮存稳定性问题,析油和结底现象比较常见,严重阻碍了油悬制剂的蓬勃发展。开发出油悬专用的高性能乳化剂、分散剂和增稠剂是解决这一问题的关键所在,有利于推动行业的进步。

陶氏拥有丰富的乳化剂和分散剂产品种类和序列,筛选出性能优异的产品,帮助解决行业难题是我们过去几年的工作重点。本文着重介绍高性能油悬助剂的开发流程及最终的配方制备和性能评价结果。目前,POWERBLOXTM OD 系列产品可以提供给市场用于油悬配方开发及验证。

乐高单元开发流程


图一:乐高单元开发流程示意图
 
众所周知,油悬体系所涉及到的成分较多,包括润湿剂、乳化剂、分散剂和增稠剂等等。如果将所有的因素囊括在一起设计实验,会产生极大的工作量。为了加快产品开发的速度以及减少干扰因素,采用乐高单元法进行助剂开发,如图一所示。前期单独研究增稠剂、乳化剂各自与油相的兼容性及增稠和乳化效果,用于筛选出合适的增稠剂和乳化剂;然后以确定的增稠剂和乳化剂在油相中的分散液为基础,进一步研究不同分散剂在体系中的兼容性及稳定性;最后引入原药制备成全配方,评估配方的贮存稳定性。所遵循的技术假设为:增稠剂对油相连续相的增稠作用占主导,在相同的实验条件下,对油相本身的增稠效果越明显,在最终的配方体系中所起到的增稠作用越显著。对于乳化剂来说,当油悬在实际使用过程中,加水稀释,乳化剂对油相本身的乳化能力越强,即可以反映出最终配方的乳化效果及稳定性也越好。

增稠剂性能评估
图二:增稠剂在油酸甲酯中的性能评估

油酸甲酯是目前油悬配方中使用量最大的油相,在后续的实验中均使用来自丰益国际的油酸甲酯。不同种类和不同厂家的增稠剂共计超过30种被用于油酸甲酯增稠性能评估,包括了有机类、无机类及有机-无机复合增稠剂。从与油相的兼容性、增稠效果、分散效果及性价比几个方面进行了综合评价。结果表明,在没有新产品推向市场的情况下,有机膨润土仍然是一个不错的选择。推荐使用量在2.0-4.0wt%。

乳化剂性能评估

 
图三:不同HLB值乳化剂随时间变化的乳化效果
 
在具体使用时,油悬制剂需要稀释在水相里,然后进行喷施。因此,乳化剂起着至关重要的作用,乳化效果的好坏最终会极大地影响到药效。选用同系列不同HLB值的乳化剂对油酸甲酯进行乳化效果评估,观察初始乳化能力及乳化稳定性。乳化剂的添加量固定为10wt%,水中稀释倍数为200倍,采用上下颠倒20下的方式进行乳化,然后评估乳液随时间的变化情况。图三所示为其中一个乳化剂系列的典型的乳化性能,结果表明,在测试的HLB范围内(8.5-13.6),随着HLB值的增加,乳化剂的乳化能力和乳化稳定性均会提升。但是,高HLB值通常意味着极性较高,与极性不高的油相间的兼容性会是一个问题。

图四:不同HLB值乳化剂在油相中的兼容性:a)不同配比的司盘和吐温乳化剂;
b)陶氏乳化剂;c)乳化效果对比

选用司盘和吐温以不同的比例混配,得到不同HLB值的乳化剂,研究了其与油酸甲酯的兼容性。如图四a的结果表明,随着HLB值从低到高,乳化剂与油酸甲酯的兼容性变得越来越差,从均一透明变至浑浊。图四b所示乳化剂是通过上述筛选流程得到的陶氏几只乳化剂产品,虽然HLB值在12.0-13.0,但是由于特殊设计的分子结构,仍然显示出与油酸甲酯良好的兼容性,混合体系均一澄清。在解决兼容性的基础上,优异的乳化性能是需要达到的终极目标。如图四c1所示,由乳化性能差的乳化剂和油酸甲酯组成的油相体系滴入水中,不能快速自乳化,而是呈油滴状坠落。当使用陶氏优选乳化剂时,油酸甲酯能被快速乳化至水中,乳液细腻,稳定性好。

分散剂筛选及油悬配方性能评估

图五:高通量平台油悬配方开发流程图

分散剂被用来分散和稳定原药粒子,从而提供油悬配方体系长期贮存稳定性,保证一定的货架期。在确定了增稠剂和乳化剂种类之后,首先需要研究不同种类的分散剂在油酸甲酯中的兼容性问题,然后调整各个组分的用量进行配方开发并优化。由于在油悬体系中涉及到的组分较多,且组分可调节的用量范围较宽,通过人工制备样品的方式,工作量非常大,所需要的时候较长。陶氏高通量平台,可以在短期内自动化地平行配制大量配方,用以性能比较和配方优化。通过科学的实验设计得到大量的配方组合,再采用如图五所示的高通量平台油悬配方开发流程,一周时间可以完成200多个油悬配方的制备。随后,对所制备的样品进行贮存稳定性评估,以筛选出性能优异的配方。

图六:2.5wt%五氟磺草胺油悬配方两周热储稳定性

以2.5wt%的五氟磺草胺油悬配方为例,从所设计的实验配方体系中,筛选出12个配方组合,显示出比市场产品更加优异的热储稳定性(如图六所示)。两周54℃热储之后,市场产品(非新鲜制备)有8%左右的析油,陶氏所开发的配方体系通过肉眼判断,没有析油,仍然保持均相体系。

图七:加速稳定性测试

为了区分出因分散剂的不同所带来的配方性能的差异性,以便于优中选优,采用离心加速结合光透射扫描的手段对热储稳定性好的配方进行加速稳定性测试,见图七。横坐标代表样品瓶的高度,左边为瓶口位置,右边为瓶底位置;纵坐标代表瓶中样品的透光率。透光率越低,稳定性越好;高透光率出现的位置离瓶底越远,稳定性越好。结果显示,12号样品的稳定性较其他样品更好。基于以上评价结果,提供一个性能最优化的助剂组合。

图八:配方稳定性量化指标

与此同时,为了更加清楚地了解到配方之间的差别,引入不稳定因子来定量衡量各个配方的稳定性。不稳定因子是结合Stokes方程和Lambert-Beer方程得到的一个相对值,表征了样品在离心过程中透光度变化的加和与样品最大澄清度的比值,数值区间在0-1 [1,2]。对于相同的原药(保证密度相同)和粘度相近的体系,不稳定因子越低,配方稳定性越好。从图八可以看出,所有配方的不稳定因子均不高,其中12号样品数值最低,表明最好的稳定性。

总之,我们建立了完善的助剂开发流程和配方制备及性能评价体系,所开发出来的油悬助剂组合POWERBLOXTM OD产品,已经可以作为高性能油悬专用助剂推向市场,帮助客户更好地解决问题。

[1] A.R. Fernandes, N.R. Ferreira, J.F. Fangueiro, A.C. Santos, F.J. Veiga, C. Cabral, A.M. Silva, E.B. Souto, Ibuprofen nanocrystals developed by 22 factorial design experiment: A new approach for poorly water-soluble drugs, Saudi Pharmaceutical Journal, Volume 25, Issue 8, 2017, Pages 1117-1124
[2] T. Detloff, T. Sobisch, D. Lerche, Instability Index, Dispersion Letters Technical, T4 (2013) 1-4, Update 2014

 
 
备注:该文章的英文版即将刊发于5月份出版的 2019 Formulation&Adjuvant Technology 杂志
 

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