撞击器法测定吸入粉雾剂空气动力学粒径分布颗粒反弹的研究

撞击器法测定吸入粉雾剂空气动力学粒径分布颗粒反弹的研究卢嘉彤;金坚
【摘要】目的对撞击器（cascade impactor,CI）法检测吸入粉雾剂空气动力学粒径分布（aerodynamic particle size distributions,APSDs）时颗粒反弹和二次夹带进行研究,为涂层材料的选择提供方法。

方法用甘油、硅油分别对收集杯/盘进行涂层或不涂层处理后,分别在30～90 L·min-1流速下,按照《美国药典》601项下
规定进行样品收集并分析检测结果。

结果对收集杯/盘进行涂层处理能明显减少滤
膜沉积率;用硅油涂层后,相同流速下质量平均空气动力学粒径（mass median aerodynamic diameter,MMAD）不随收集剂量的变化而变化,APSDs也较稳定。

结论使用撞击器法检测吸入粉雾剂APSDs时,对收集表面进行涂层很大程度上能够消除颗粒反弹和二次夹带;新一代碰撞取样器（next generation impactor,NGI）
检测格隆溴铵吸入粉雾剂APSDs时,用硅油对收集杯进行涂层,可使检测结果更准确。

【期刊名称】《药学研究》
【年(卷),期】2017(036)003
【总页数】4页(P153-156)
【关键词】涂层;撞击器;颗粒反弹;吸入粉雾剂;体外沉积率
【作者】卢嘉彤;金坚
【作者单位】江南大学,江苏无锡214100
【正文语种】中文
【中图分类】R944.9
吸入粉雾剂系指固体微粉化原料药物或与合适载体混合后，以胶囊、泡囊或多剂量贮库形式，采用特制的干粉吸入装置，由患者吸入雾化药物至肺部的制剂[1]。

空气动力学粒径分布(aerodynamic particle size distributions，APSDs)是评价药物到达肺部的关键指标之一，评价粒径和粒度分布的方法有显微镜测定法、撞击器法、现代光学仪器测定法等[2-3]。

撞击器法中较为常用的两种撞击器(cascade impactor，CI)是新一代碰撞取样器(next generation impactor，NGI)以及Anderson多级撞击器(Andersen cascade impactor，ACI)。

撞击器法的工作原理是惯性撞击(如图1所示)，夹带药物粒子的气流通过不同直径的喷嘴时将产生不同的速度。

气流通过喷嘴直径较大的阶级时，由于速度较小，只有大粒径的颗粒有足够的惯性撞击在对应的收集表面从而发生沉积；而粒径较小的颗粒则由于没有足够的惯性仍留在气流中，随之进入下一阶级，重复上述过程直至发生沉积，所有未被截留在收集板上的颗粒最终都会沉积在装置最末端的滤纸上。

在一些情况下，到达收集表面的颗粒经过碰撞后，不是沉积在表面而是发生反弹重新回到气流中，另外，如果收集表面沉积的颗粒过多，随后到达的颗粒由于不能发生沉积也会重新回到气流中，由于反弹和过载重新回到气流中的粒子都会被气流夹带到下一阶级，从而使颗粒的沉积产生错级现象，研究表明由于反弹和过载产生的二次夹带会对检测结果产生影响[4]。

因此，用撞击器法评价吸入粉雾剂的APSDs 时，需要对收集表面进行涂层[5-6]，收集表面黏度的增加，使得药物粒子到达收集表面时不会因为反弹而沉积在错误的阶级，检测结果能够准确地反映真实的APSDs。

但是目前行业内对于收集表面的涂层并没有固定的标准，涂层材料的应用和涂层方式也千差万别。

本文将分别在30～90 L·min-1的流速下，对CI的收集表面进行不同涂层后，收集不同剂量的自制胶囊型格隆溴铵吸入粉雾剂，研究收集表面涂层对NGI检测吸
入粉雾剂APSDs的影响。

1.1 仪器岛津LC-20AD高效液相色谱仪(Shimadzu)；TPK2000-R临界流量控制器(英国Copley Scientific)；BDD06驱动装置(上海华瑞气雾剂)；Westech7新一代碰撞取样器(英国Westech)；Andersen多级阶式碰撞取样器(英国Westech)；HCP5真空泵(英国Copley Scientific)。

1.2 试药格隆溴铵工作对照品(自制)；喷雾硅油(Dow Corning，批号：1950)；聚氧乙烯月桂醚(Brij，优级纯，国药集团化学试剂有限公司，批号：20140814)；甘油(浙江遂昌惠康药业有限公司，批号：20140820)；胶囊型格隆溴铵吸入粉雾剂(自制)；己烷磺酸钠(离子对试剂，国药集团化学试剂有限公司，批号：20131204)；无水硫酸钠(分析纯，国药集团化学试剂有限公司，批号：20140114)；甲醇(色谱纯，Sigma公司，批号：WXBC0101V)；乙腈(色谱纯，Sigma公司，批号：WXBC0797V)；乙醇(分析纯，安徽安特食品厂，批号：1505093601)；冰醋酸(分析纯，国药集团化学试剂有限公司，批号：20131220)。

2.1 格隆溴铵含量测定
2.1.1 色谱条件色谱柱：Galaksil EF-C18(4.6 mm×150 mm，5 μm)；流动相：
缓冲液(无水硫酸钠1 g，己烷磺酸钠0.2 g溶解在1 000 mL超纯水中，加入0.5 mol·L-1硫酸3 mL)-甲醇-乙腈(61.5∶15.0∶23.5)，检测波长：222 nm，进样量：50 μL，柱温：40 ℃，流速：1.2 mL·min-1。

2.1.2 方法学考察
2.1.2.1 线性与范围配制线性储备液，分别将储备液稀释至含量测定对照品浓度的10%、50%、75%、100%、125%、150%，并将各浓度水平的线性溶液进样分析，取格隆溴铵峰面积与其对应浓度进行二元线性回归，得出线性方程为Y=30 760X-407.74(R2=0.999 8)，格隆溴铵检测浓度(以格隆铵计)线性范围为0.10～1.5 μg·mL-1。

2.1.2.2 检测限与定量限配置格隆溴铵吸入粉雾剂含量测定对照品溶液，测定其信噪比，并逐级稀释，直至信噪比S/N约为10∶1时确立定量限，信噪比S/N约为3∶1时确立检测限，格隆溴铵检测限与定量限(以格隆铵计)分别为0.225、0.75 ng。

2.1.2.3 准确度向空白辅料中加入含量测定对照品浓度的75%、100%、125%格
隆溴铵对照品，各浓度平行制备3份供试品溶液，通过测得量与加入量的比值计
算回收率，75%、100%、125%浓度平均回收率为99.5%，RSD为0.67%。

2.1.2.4 精密度含量测定对照品溶液连续进样6针，记录峰面积，RSD为0.83%，精密度良好。

2.1.2.5 溶液稳定性含量测定对照品溶液在放置0、4、8、12、16、24 h后进样，记录峰面积，24 h内峰面积RSD为0.27%，溶液稳定性良好。

2.1.3 含量测定精密称取格隆溴铵工作对照品，溶剂(水∶乙醇∶冰醋酸=2
000∶500∶2)溶解制得5 μg·mL-1的对照品溶液；取适量自制胶囊型格隆溴铵吸
入粉雾剂，溶剂溶解至适宜量瓶中，共制得3份平行供试品溶液。

取对照品、供
试品溶液照色谱条件进样分析，结果分别为标示量的100.0%、99.9%、100.1%。

2.2 样品收集
2.2.1 收集杯涂层处理①不涂层；②用喷雾硅油将收集杯/盘均匀涂布，自然晾干[7]；③甘油：取5 g Brij 35，溶于20 mL乙醇中，加入100 g甘油，剧烈振摇[6]。

NGI第一阶级的收集杯滴两滴，其他收集杯/盘各滴一滴并均匀涂布，自然晾干。

2.2.2 试验剂量在各条件下分别收集1粒、5粒和10粒胶囊考察APSDs。

2.2.3 样品收集照《美国药典》装置5的操作方法进行操作：于预分离器内加入
15 mL溶剂，将收集杯进行涂层处理，用滤膜替代微孔收集器，安装好NGI。

连
接临界流量控制器与真空泵，调节流速，设定吸入时间，连接适配器与驱动装置
(如图2所示)。

将胶囊放置驱动装置内，按下临界流量控制器运行按钮，运行停止后取出空胶囊壳，重复上述操作，直至收集完试验剂量。

照《美国药典》装置3
的操作方法进行操作：于预分离器内加入10 mL溶剂，将收集板进行涂层处理，
安装好ACI，同上操作，进行样品收集。

用溶剂收集各部分药物至适宜量瓶内，照“1.1”项下色谱条件进样分析。

2.2.4 数据处理参照《美国药典》601项，以药物累积量百分率为纵坐标，对数截留直径为横坐标作图，计算质量平均空气动力学粒径(mass median aerodynamic diameter，MMAD)和几何标准偏差(geometric standard deviation，GSD)，根据公式计算体外沉积率(fine particle fraction，FPF)，结果如表1所示。

对收集杯进行涂层后，药物在滤膜的沉积率均明显降低(如图3A所示)，更换ACI
进行样品收集，对收集表面进行涂层同样能降低药物在滤膜的沉积率(如图3B所示)。

因为涂层能够增加收集表面的黏度，粒子随气流进入装置后能够附着在收集
杯/盘表面，不会随气流进入下一个阶级，一定程度上消除了颗粒反弹带来的误差。

而随着试验剂量的增加，附着在收集杯表面的药物量逐渐增多，随后进入的药物因为不能够附着便随气流进入下一阶级，因此，对收集表面进行涂层后滤膜沉积率也会有一定的增加(图3A所示)。

另一方面，收集表面未涂层时，由于试验剂量的增加，先进入装置的药物会使收集盘表面变得粗糙，使得随后进入的粒子容易附着，减少反弹，滤膜沉积率减小(如图3B所示)。

用甘油对收集表面进行涂层，在90、60 L·min-1流速下，MMAD与GSD随剂量发生明显的变化(如表1所示：60 L·min-1流速下，MMAD为1.90～2.20 μg；GSD为1.98～2.07)，说明在该涂层条件下随剂量的变化会产生一定程度的颗粒反弹和二次夹带；且用甘油进行涂层后，同流速下递送剂量为1粒、5粒时，MMAD与用硅油做涂层材料所得MMAD相比较大，当递送剂量增加至10粒时
两种涂层材料所得MMAD基本相同。

这是由于甘油的黏附力较大导致细颗粒被截留在靠上的阶级，随剂量的增加甘油对颗粒的黏附力下降，导致二次夹带的产生。

用硅油做涂层材料，在相同流速不同试验剂量的条件下，MMAD值与GSD较稳定(如表1所示)。

硅油能够使药物附着在收集杯表面，从而达到消除颗粒反弹的目的，且试验剂量的增加对硅油消除颗粒反弹的效果无明显影响。

同时也表明收集杯表面的硅油并不会因为黏度过大而导致细颗粒无法进入下一阶级，故而能够反映出较为真实的APSDs。

由于将药物与载体解聚集的作用力是由干粉吸入装置的阻力与患者自主吸气的相互作用产生 [7-8]，故随流速的降低，药物与载体解聚集的作用力逐渐减小导致药物不能从载体上解离完全从而被截留直径较大的阶级截留，使得MMAD增大FPF 减小(如表1所示)。

当试验流速降为30 L·min-1时，相同涂层、试验剂量条件下MMAD与GSD相较于90、60 L·min-1流速下有所增加，而FPF也降低。

表明儿童和不能产生≥60 L·min-1吸气流速的患者使用吸入粉雾剂可能达不到预期的治疗效果。

撞击器法检测吸入粉雾剂APSDs时，对收集表面进行涂层能够在一定程度上消除颗粒反弹。

用NGI检测自制胶囊型格隆溴铵吸入粉雾剂APSDs时，用硅油对收集杯进行涂层能够有效消除颗粒反弹，且能够真实反映药物在各部位的沉积情况。

由于用硅油作涂层材料时多剂量下二次夹带的现象也有所改善，所以可用于一些药物含量较低需要进行多剂量检测的吸入粉雾剂。

【相关文献】
[1] 国家药典委员会.中华人民共和国药典2015年版(四部)[S].北京：中国医药科技出版社,2015.
[2] 杨资伟,杨阳,李晗,等.两种撞击器测定自制吸入粉雾剂体外沉积性质的对比研究[J].国际药学研究杂志,2013,40(4):475-480.
[3] 严翠霞，陈桂良，王麟达.撞击器法对吸入粉雾剂粒径分布的测定[J].实验室研究与探索，2010,29(11)：243-245.
[4] ESMEN N A,LEE T C.Distortion of cascade impactor measured size distribution due to bounce and blow-off[J].Am Ind Hyg Assoc J,1980,41(6):410-419.
[5] TUNER J R,HERING S V.Greased and oiled substrates as bounce-free impaction surfaces[J].J Aerosol Sci,1987,18(2):215-224.
[6] NASR M M,ROSS D L,MILLER N C.Effect of drug load and plate coating on the particle size distribution of a commercial albuterol metered dose inhaler(MDI) determined using the Andersen and Marple-Miller cascade impactors[J].Pharm Res,1997,14(10):1437-1443.
[7] CLARK A R,HOLLINGWORTH A M.The relationship between powder inhaler resistance and peak inspiratory conditions in healthy volunteers—implications for in vitro testing[J].J Aerosol Med,1993,6(2):99-110.
[8] 蔡兴诗,杨阳,杨资伟,等.干粉吸入装置对干粉吸入剂体外沉积性质的影响[J].中国新药杂
志,2015,24(9):994-997.。