背景

從表界面角度出發(fā)，通過對藥物、輔料，醫(yī)用材料等自身表界面性質(zhì)的運用，改變界面間的表面張力，接觸角等，達(dá)到潤濕、增溶、分散，提高生物相容性等目的，滿足生物利用需求。另外，在藥物一致性評價工作中也應(yīng)關(guān)注表界面特性的作用，往往仿制藥與原研藥之間的差異，是由于二者之間的物性差異所造成，而表界面特性就是其中之一。本文簡述了表面張力儀和接觸角測量儀在醫(yī)藥研發(fā)和質(zhì)量控制中一些應(yīng)用，以期能為廣大的藥物工作者提供些許的幫助。

1.藥物制劑中的表面張力

表面活性劑在藥物制劑的制備中被廣泛應(yīng)用，能顯著降低分散系的表面（界面）張力，因此可用作乳化劑、助懸劑、增溶劑、促吸收劑、潤濕劑、起泡劑與消泡劑、去污劑等，是藥用乳劑、懸濁劑、脂質(zhì)體等的重要輔料。

藥液的表面張力則可以通過KRüSS的表面張力儀（板法，環(huán)法）或者光學(xué)接觸角儀（懸滴法）來測試。如果藥物體系比較珍貴，也可以使用小劑量配件，來測試微量液體的表面張力。

比如，眼藥水通常用于將活性藥物成分（API）直接涂在眼睛上。而表面張力在這個過程中起著關(guān)鍵作用，表面張力會影響潤濕以及淚膜的破裂時間，同時液滴的體積與表面張力也有關(guān)系。通過添加表面活性成分，來調(diào)配表面張力大小，以及控制和優(yōu)化眼藥水的體積。

2.界面張力與乳化作用

水相、油相兩不相溶的組分難以自發(fā)形成乳狀液，這就需要乳化劑，以維持這兩相間的穩(wěn)定性，進(jìn)而形成乳狀液。乳化劑的添加量則可以通過界面張力來確定，油水兩相之間的界面張力越低，越容易形成比較穩(wěn)定的乳液。

由油相、水相、乳化劑、助乳化劑組成的自微乳釋藥系統(tǒng)是基于微乳釋藥系統(tǒng)發(fā)展建立起來的新型給藥系統(tǒng)，通過對配方的篩選，降低界面張力，可以極大的促進(jìn)藥物的溶解度。

3.臨界膠束濃度和增溶作用

表面活性劑在溶液中超過一定濃度時會從單體（單個離子或分子）締合成為膠態(tài)聚合物，即膠束（或稱膠團(tuán)）。開始形成膠束的濃度稱為臨界膠束濃度(critical micelle concentration)，用CMC表示。當(dāng)溶液中形成膠束后溶液的性質(zhì)如滲透壓、濃度、表面張力、摩爾電導(dǎo)等都存在突變現(xiàn)象。

很多藥物具有脂溶性或難溶性結(jié)構(gòu)，進(jìn)入人體后溶出濃度不足以達(dá)到有效血藥濃度。藥物通過與溶劑中表面活性劑膠束的可逆相互作用而發(fā)生的自發(fā)溶解，與表面活性劑的臨界膠束濃度相關(guān)。預(yù)測藥物在生物相關(guān)介質(zhì)中的增溶性，以及研究載藥膠束等，都離不開臨界膠束濃度。還可以用臨界膠束濃度，研究不同表面活性劑的降低表面張力的活性，篩選合適的表面活性劑。

KRüSS的K100表面張力儀可以通過連接兩個分液器，全自動測量臨界膠束濃度。

4.用接觸角分析藥物粉末的潤濕性

藥物的難溶性，也是藥物研發(fā)過程中亟待解決的問題之一。藥物顆粒的潤濕是溶解的第一步，是片劑崩解、顆粒溶化、藥物溶出等藥物使用并在體內(nèi)發(fā)揮療效的首要步驟。

KRüSS的光學(xué)接觸角分析儀可以通過測量接觸角來分析潤濕性。疏水的粉末或者片劑，可以直接將液滴滴在固體上測量接觸角，分析潤濕性即可。針對親水性的粉末樣品，通過記錄接觸角隨時間變化的曲線，橫向比對不同樣品的潤濕速度的差異。

KRüSS的K系列表面張力儀，采用Washburn的方法，也可以精確的定量測定粉末和液體的接觸角，用來評價兩者之間的潤濕性能。

測量過程：將粉末樣品均勻填充入底部用濾紙封閉的玻璃管中，將玻璃管與液體接觸，根據(jù)粉末吸附的液體質(zhì)量隨時間的變化關(guān)系，測試粉末和液體之間的接觸角。接觸角越小，潤濕性越好。由于是通過毛細(xì)作用吸附下方的液體，所以此種方法要求粉末和待測液體的接觸角小于90°。

計算公式和測試示意圖如下：

5.接觸角和生物相容性

生物醫(yī)用材料中常用的是鈦以及鈦合金，但由于其自身表面性質(zhì)不甚理想，需要使用各種表面處理手段改善鈦及鈦合金的表面性質(zhì)。親水性的鈦合金表面可以增強(qiáng)蛋白質(zhì)，細(xì)胞以及種植體的作用，避免細(xì)菌的粘附。而親疏水性則可以通過光學(xué)接觸角分析儀來進(jìn)行測量。接觸角越大，越疏水，接觸角越小，親水性越好。

如果樣品尺寸非常小，普通的光學(xué)接觸角很難測試樣品表面的親疏水性。KRüSS的DSA100M接觸角分析儀，可以在微小樣品表面滴定皮升級的液滴，分析潤濕性。

6.包裝材料中的表面張力和接觸角

除了藥物的研發(fā)，在包裝過程中也可以使用表面張力和接觸角來幫助解決一些問題。比如在制備凍干粉的過程中，藥液因為表面張力引起的馬蘭戈尼效應(yīng)會在瓶內(nèi)部產(chǎn)生掛壁現(xiàn)象，影響使用和美觀。這種也可以通過調(diào)整藥液的表面張力或者對瓶內(nèi)部做疏水處理來改善掛壁現(xiàn)象。

7.動態(tài)表面張力和中藥提取液的霧化行為

當(dāng)前中藥制劑的研究越來越精細(xì)，中藥原料的表面特性也應(yīng)作為關(guān)注的重點之一。首先從中藥制劑原料的提取、分離等制劑前處理階段開始，提取過程的潤濕和滲透、濃縮過程的起泡和消泡、干燥過程的黏附和吸濕等都有表界面特性的參與和影響。

上海中醫(yī)藥的大學(xué)王老師發(fā)現(xiàn)中藥提取液的霧滴粒徑與藥液的動態(tài)表面張力存在一定的相關(guān)關(guān)系，影響藥物制劑領(lǐng)域的霧化過程，同時動態(tài)表面張力對擴(kuò)散潤濕也有顯著影響。

動態(tài)表面張力指的是表面活性劑在達(dá)到平衡吸附前某一時刻的表面張力，是一個變化的值。KRüSS的BP100動態(tài)表面張力儀，可以測量從5ms到20萬ms時間內(nèi)液體的表面張力變化，分析表面活性劑降低表面張力的動態(tài)行為和效率。

綜上所述，在醫(yī)藥研究中，表界面特性扮演著重要角色。KRüSS的表界面分析儀器可以幫助您從原料到成品，從生產(chǎn)到研發(fā)，多維度解決您的難題！