浙江微流纳米生物技术有限公司
近年来，随着高通量筛选、组合化学和计算机辅助等药物设计先进技术的进步，越来越多的活性药物成分被发现，但有高达70%～80%的活性成分存在水溶性差的问题，这些药物的难溶性加大了新药研发难度，并导致现阶段新药研发的成本剧增、周期延长、风险增大。此外，药物溶解性差也是影响药物临床疗效、加剧不良反应的重要因素，据统计，全世界范围内每年约有650亿美元用于医治各种疾病，但由于药物的生物利用度低，导致疗效甚微。如何通过制剂学手段提高这些活性分子的生物利用度，是近年来制剂学领域最活跃的研究方向之一。
纳米药物研究是提高难溶性药物研发成功率、降低不良反应、改善药物功效的重要策略，已成为当前国内外众多制药企业和研发机构的研究热点。其中，纳米结晶混悬液技术作为一种提高难溶性药物溶解度和生物利用度的新兴技术异军突起，根据Noyes－Whitney 和 Ostwald－Freundlich 方程可知，药物制成纳米混悬液可以减小药物粒径，增大药物的比表面积，得难溶性药物溶解度大大增加，以提高药物的溶出度和生物利用度。
1 药物纳米混悬液的特点
纳米混悬液也称为纳米混悬剂或纳米晶体药物，是以稳定剂为助悬剂，将药物颗粒分散在分散介质中，常用的分散介质包括水、亲水溶剂( 如聚乙二醇) 或非水溶剂( 如油) ，之后通过粉碎或控制析晶技术形成的稳定的纳米级胶态分散体系。与传统的基质骨架型纳米分散体系不同，纳米混悬液无需任何载体材料，仅通过稳定剂的作用将药物颗粒分散在分散介质中形成稳定体系。纳米混悬液不仅适用于难溶于水的药物，也适用于既难溶于水也难溶于的非水溶剂药物，增溶药物范围广泛; 同时纳米混悬给药系统作为一种中间剂型，可以后续制成用于口服给药、注射给药、肺部给药、眼部给药等多种给药途径的剂型，并且相对于普通制剂在各个给药途径上具有明显优势，能提高药物的体内吸收和生物利用度，有效扩大难溶性药物的使用范围和临床应用; 药物纳米混悬液还能极大程度 地提高药物含量，从而减小给药剂量和给药次数，提高安全性，减少毒副作用，显著提高患者的顺应性，同时能提高相同时间内的有效血药浓度，尤其适用于大剂量难溶性药物的注射、口服给药; 同时药物颗粒大小减小至纳米级经注射至体内后还可实现药物的靶向定位，提高生物利用度; 此外药物纳米混悬液不含任何载体或共溶剂，因此注射给药的毒副作用大大降低。
2 纳米混悬液的制备方法
按照制备原理，纳米混悬液的制备方法通常可分为三类: Top－down 技术( “自上而下”技术) 、Bottom－up 技术( “自下而上”技术) 以及联用技术。其中Top－down 技术指的是凭借物理机械能将药物粒子尺寸粉碎至纳米级别，常用有球磨法、介质研磨法、高压均质法等等; Bottom－up 技术是使均匀分散在分散介质中的药物分子自发聚结形成纳米级别的细小结晶或者沉淀的方法，包括沉淀法、乳化法、超临界流体法等; 但通常情况下，仅凭一种制备方法难以得到粒径均一且稳定的纳米混悬液，为了得到粒径均匀且物理稳定性好的纳米混悬液，一般将多种技术组合运用，这就是“联用技术”，联用技术又可分为NanoEdge 技术和 SmartCrystal 技术两大类，SmartCrystal 技术指的是由不同专利方法，数种技术组合而成的技术，例如 H69为沉淀－高压均质联用技术，CT为介质研磨－高压均质联用技术等。此外也出现了纳米混悬液的微型化制备工艺方法，该工艺方法在采用上述相同的制备技术( 通常是介质研磨法或是高压均质法) 的基础上，同比例缩小制备规模至实验室规模，以便在处方工艺未确定的情况下对少量活性药物进行纳米混悬液相关方面研究，最大程度上节约成本。一般情况下，实验室中多使用小型的高压均质机或者加了研磨珠的小玻璃瓶配以电磁搅拌器来制备小容量的纳米混悬液。
3 纳米混悬液的稳定性
3.1 纳米混悬液的物理稳定性
纳米混悬液的物理稳定性是限制其进一步扩大市场应用的难题所在，纳米混悬液的物理稳定性问题主要包括纳米混悬液中粒子的沉降、粒子的聚集、粒子的生长、晶型的转变等，加入一定量合适的稳定剂，可以避免纳米混悬液不稳定现象的发生。
3.1.1 沉降
纳米混悬液是药物粒子和稳定剂均匀分散在分散介质中形成的亚微态胶体体系，微粒在分散介质中的沉降速度可以用Stokes 公式来描述:
V = 2r 2 ( ρ1－ρ2 ) g /( 9η)
由Stokes 公式可知，减小微粒半径、增大微粒与介质之间的密度差、增大介质黏度均可以减小微粒的沉降速度，前面一种可以通过筛选制备方法制备出粒径更小的纳米混悬液，后面两种主要是通过增加稳定剂来实现。
3.1.2 聚集
若将药物分散在水中，由于粒子本身的疏水性和粒子间存在的范德华引力的作用，微粒会自发聚集，导致纳米混悬液的不稳定性，因此需要加入稳定剂，通过稳定剂在粒子周围产生 与范德华引力相抗衡的斥力和空间位阻，阻止粒子间的相互聚集，维持纳米混悬液的稳定性。
3.1.3 微粒的生长( 奥斯特瓦尔德熟化)
当分散体系中药物粒子的粒径不均匀时，会发生“Ostwald” 熟化现象，表现为粒径大小和粒径分布随时间的变化而不断变化，粒子生长产生沉降及颗粒结块现象，导致纳米混悬液的不稳定，可以用 Ostwald－Freundlich 公式来解释:
log( S2 / S1 ) = 2σM ( 1 /r2－1 /r1 ) /ρＲT
可以看出，当药物粒子越小时，粒子表面的溶质溶解速度就越快，粒子生长的速度也就越快。而加入稳定剂对于改变粒子生长的速度是至关重要的，稳定剂能够吸附在粒子表面，产生很大的表面能，从而阻止溶质靠近微粒表面。因此选择合适的稳定剂可以用来阻止纳米混悬液中粒子的生长。
3.1.4 晶型的转变
药物粒子晶型的转变会导致其理化性质的变化。在某些因素的催化下，药物晶型会发生转变从而影响整个分散体系的稳定性、溶出度等。在纳米混悬液中，一般是药物结晶态和无定型之间的转变，而稳定剂的加入会大大影响这一转变过程。
3.2 稳定剂的种类
在纳米混悬液体系中加入一定量合适的稳定剂对于维持纳米混悬液物理稳定性至关重要，目前主要分为传统型稳定剂和新型稳定剂两大类，其中传统型稳定剂根据作用机理又可分为离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和天然聚合物。离子型稳定剂包括十二烷基硫酸钠( SDS) 、壳聚糖等; 非离子型表面活性剂包括 PVPK30、Tween80、泊洛沙姆等; 天然高分子聚合物包括羟丙甲纤维素( HPMC) 、微晶纤维素、羟丙基纤维素( HPC) 等。新型稳定剂主要有食物蛋白、水溶性糖类等。食物蛋白较传统型稳定剂的毒性小，变形之后具有更好的稳定效果，常用的有大豆蛋白、乳清蛋白等; 水溶性糖主要包括甘露醇、乳糖等，能有效阻止药物纳米粒之间的聚集。
3.3 稳定剂作用的机理
一般来说稳定剂的稳定作用机制包括三种: 静电斥力、空间位阻、两者相结合( 静电斥力和空间位阻) 。其中，离子型表面活性剂主要通过静电斥力维持纳米混悬液中药物粒子的稳定，而非离子型稳定剂主要通过空间位阻作用来阻止粒子间的聚集维持纳米混悬液的稳定。
3.3.1 静电斥力作用
纳米混悬液分散体系是一个热力学不稳定体系，根据DLVO 理论，分散体系中的胶体粒子同时存在着范德华引力和双电层静电斥力作用，分散体系的稳定性取决于粒子之间的引力和静电斥力的相对大小。离子型表面活性剂其分子总是同时含有亲水基团和亲油基团，且其亲水基团为离子型基团，当表面活性剂分子吸附在粒子表面，通过氢键作用和静电作用可使粒子表面 Zeta 电位绝对值升高，使粒子在分散介质中更加稳定; 还有部分表面活性剂分子在粒子表面持续进行热运动通过斥力阻止粒子之间的聚集。
3.3.2 空间位阻作用
非离子型表面活性剂溶于水时不发生解离，其分子中的亲水基团主要是由具有一定数量的含氧基团( 如羟基和聚氧乙烯链) 构成。非离子型表面活性剂吸附在粒子表面，一些大基团如柔顺的聚氧乙烯链可以提供熵排斥力，使粒子之间形成空间位阻，保持分散体系的空间稳定性; 由于其分子链中含有一定数量的极性基团，其能伸入到大量的分散介质中，形成较厚的水化层，在空间上阻止药物粒子的相互接近，维持纳米混悬液稳定。
3.4 稳定剂的选择
纳米混悬液是一个热力学不稳定体系，选择一定量合适的稳定剂是保证纳米混悬液稳定的前提。合适的稳定剂不仅可以减小粒子之间的引力，避免粒子之间的碰撞，增大分散介质黏度，减少粒子之间的聚集以及粒子的沉降，维持纳米混悬液的物理稳定; 同时稳定剂可以吸附在药物微粒表面，缩小粒子与分散介质之间的界面张力，对于缩小粒径分布大有帮助，缩小粒径分布还可以进一步减小粒子之间的饱和溶解度之差，减小浓度梯度，抑制“Ostwald”熟化现象的发生。纳米混悬液的物理稳定性问题是纳米混悬液研究中的一大难题，对其的研究是一个漫长而又复杂的过程，加入适合的稳定剂是提高纳米混悬液稳定性的常见方法。但目前对稳定剂分子内在相互作用机制理论研究并不完善; 其次，稳定剂的筛选是一个复杂的过程，出现无效筛选的几率很大。目前稳定剂的筛选一般是单独使用和联合使用两种，常用稳定剂包括离子型和非离子型表面活性剂，这两种类型的表面活性剂的作用机理前面已经叙述，通常将这两种类型表面活性剂联合使用会使纳米混悬液具有更好的长期稳定性。但联合使用的稳定剂筛选过程复杂，难度很高。未来，深入了解稳定剂与药物粒子之间的内在作用机制以及运用高通量筛选之类的新型技术，将有助于更高效地进行稳定剂的筛选，进一步解决纳米混悬液物理稳定性方面的难题，扩大其市场应用。
4 纳米混悬液的表征
4.1 平均粒径、粒度分布及 Zeta 电位
制备得到的纳米混悬液的粒径、粒度分布直接影响到药物的溶出速率、物理稳定性以及体内吸收，平均粒径及粒度分布可以通过 LS( 激光衍射法) 、DLS( 动态光散射) 或 PCS( 光子相关光谱法) 测定，多分散指数( Polydispersity，PDI) 是衡量粒径分布是否均一的重要指标，一般PDI 在0.1～0.25范围之间，表示粒径分布很均匀，若PDI 增大至0.5以上，随着PDI 的增大，粒径分布范围越来越广，纳米混悬液就越来越不均匀，这也是纳米混悬液易发生奥斯特瓦尔德熟化现象的重要原因，会发生小粒子之间的相互聚集，最后导致聚沉现象，影响纳米混悬液的稳定性。因此，选择合适的稳定剂和工艺参数至关重要。
Zeta 电位也是维持纳米混悬液稳定的重要因素，纳米粒子之间维持一定的排斥作用有利于保持纳米混悬液的稳定，一般认为，如果同时存在静电排斥和空间位阻作用，Zeta 电位的绝对值大于20 mV 就能够维持整个体系的稳定。
4.2 药物晶型及制剂外观形态
通常制剂中药物由于生产过程中工艺的差异，会出现多晶型，各个药物晶型之间会存在物理化学性质的差异，进而影响制剂的稳定性、溶出速率和生物利用度等。因此对药物晶型的测定是非常必要的，常用的方法有差示热量扫描法( DSC) 、X 射线衍射法。
4.3 制剂的体内外评价
体外评价包括测定药物的溶出速率，难溶性药物制成纳米混悬液后，根据 Noyes－Whitney 和 Ostwald－Freundlich 方程可知，药物溶出速率会增加，溶出速率会直接影响到药物在体内吸收的速度和程度，影响药物的生物利用度从而影响药效，所以体外测定溶出速率非常重要，一般是在确定的溶出介质中，利用透析袋和药典规定的溶出度测定方法来测定溶出速率。此外，药物动力学试验对体内生物利用度的评价也有重要意义。
4.4 稳定性
纳米混悬液是一个热力学不稳定体系，由于药物粒子的粒径很小，具有很大表面能，粒子间吸引力很大，粒子趋向于互相接近以降低表面能达到稳定状态( 能量最低状态) ，所以选择适合的表面活性剂作为稳定剂维持粒子间斥力是维持纳米混悬液稳定的关键因素。
5 纳米混悬液国内外研究概况
国外自 20 世纪末便开始了纳米混悬液的研究，目前，国外部分已上市和正在研究的纳米混悬液产品如表1所示。国内有关纳米混悬液的研究由于起步较晚，目前未有基于此技术的自主研发的产品上市，但是研究人员对该技术的关注度不断提升，研究也在如火如荼的进行。对于一些难以制成合适剂型使用的生物利用度低的难溶性药物，利用纳米混悬液能够增加药物的溶出，改善药物的体内分部，可以解决关键性难题。但纳米混悬液制备的关键技术还需要进行进一步的研究，如何提高纳米混悬液的稳定性、药物晶型转变对药效和安全性的影响都需要深入探索。未来，随着科技的发展，纳米混悬液的各项技术也会不断完善，在制剂研发与应用中发挥重要作用。
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