皮膚外用制劑是一類作用于皮膚發(fā)揮局部或全身治療作用的制劑，劑型包括軟膏劑、乳膏劑、凝膠劑、散劑、水劑及洗劑等。在藥學(xué)領(lǐng)域，可以應(yīng)用流變學(xué)理論對皮膚外用制劑（如軟膏劑、乳膏劑、凝膠劑等）的劑型設(shè)計、處方組成、工藝參數(shù)、質(zhì)量控制、貯藏、使用、安全性、有效性等進(jìn)行評價，并具有一定的指導(dǎo)作用。例如，皮膚外用制劑的流變學(xué)性質(zhì)會影響其從瓶狀或管狀容器中的擠出行為，產(chǎn)品在皮膚上的鋪展性和黏附性，以及藥物從基質(zhì)中的釋放等，進(jìn)而影響產(chǎn)品的有效性和安全性。

近年來，我國愈加重視皮膚外用制劑的流變學(xué)研究，國家藥品監(jiān)督管理局最新頒布的《中華人民共和國藥典》（2020年版）四部中收錄了黏度的測定方法。此外，國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評中心于2018年7月1日頒布的《新注冊分類的皮膚外用仿制藥的技術(shù)評價要求（征求意見稿）》明確要求，需將皮膚外用制劑的流變特性作為制劑的關(guān)鍵質(zhì)量屬性進(jìn)行相應(yīng)研究。流變學(xué)性質(zhì)研究方法主要分為穩(wěn)態(tài)流變學(xué)研究和動態(tài)流變學(xué)研究，通過兩種方法的有機結(jié)合，可以充分剖析制劑的流變學(xué)性質(zhì)。下面我們首先介紹一下皮膚外用制劑的穩(wěn)態(tài)流變學(xué)研究，同時也介紹一下上海保圣RH-30流變儀在皮膚外用制劑穩(wěn)態(tài)流變學(xué)研究中的應(yīng)用。

1.穩(wěn)態(tài)流變學(xué)研究

穩(wěn)態(tài)測試是在恒定的剪切速率下，觀察黏度或應(yīng)力隨時間的變化。對樣品進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流變學(xué)研究，可以獲得流變曲線、屈服應(yīng)力、觸變性和蠕變性等流變學(xué)特征，這些參數(shù)均可作為制劑的關(guān)鍵質(zhì)量屬性，指導(dǎo)制劑的開發(fā)。我們用上海保圣RH-30流變儀來表征皮膚外用制劑的流變學(xué)特性。

1.1流變曲線

流變曲線是指流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系曲線，可以通過公式?? = ?????來描述，其中，τ為剪切應(yīng)力；γ為剪切速率；η為黏度，可通過流變曲線的斜率獲得。根據(jù)流變曲線，可以得到流體的黏度隨剪切速率的變化。當(dāng)流體受到剪切作用時，可以根據(jù)剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化趨勢來判斷流體的類型，其中，隨著剪切速率的增大，牛頓流體的剪切應(yīng)力呈線性增大，其黏度保持不變；假塑性流體的剪切應(yīng)力逐漸減小，其黏度也隨之降低；脹塑性流體的剪切應(yīng)力逐漸增大，其黏度也隨之升高。

皮膚外用制劑通常表現(xiàn)出非牛頓性，高剪切力的作用會導(dǎo)致黏度的降低，便于在皮膚表面的鋪展，制劑的鋪展性直接與患者在使用過程中的直觀感受及治療順從性相關(guān)。使用錐板型流變儀測定了鹽酸金霉素眼膏的流變曲線，發(fā)現(xiàn)眼膏劑的黏度隨剪切速率的增加而顯著減小，表明此產(chǎn)品為剪切變稀的假塑性非牛頓流體。研究丹皮酚凝膠的流變學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其黏度隨剪切速率的增加而減小，為剪切變稀的非牛頓假塑性流體，這種性質(zhì)有利于凝膠在鼻腔的剪切作用下保持低黏度狀態(tài)，增加流動性，從而使凝膠到達(dá)更深的嗅覺區(qū)，更好地發(fā)揮藥效。另外，采用合適的數(shù)學(xué)模型對流變曲線進(jìn)行擬合，可得到制劑的屈服應(yīng)力、零剪切黏度、無限剪切黏度等參數(shù)，進(jìn)一步表征流變行為。

1.2屈服應(yīng)力

屈服應(yīng)力是表征樣品開始流動或停止流動的臨界應(yīng)力，可用于評估皮膚外用制劑在使用過程中的鋪展性以及產(chǎn)品灌裝時的易實現(xiàn)性。反映屈服應(yīng)力的數(shù)值為屈服值，它在微觀上反映粒子在三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的相互作用力，研究睪酮透皮凝膠處方對屈服應(yīng)力的影響，研究發(fā)現(xiàn)卡波姆用量增加會導(dǎo)致用于中和的羧基和鈉離子的比率增加，并形成卡波姆間隙，卡波姆的溶脹作用使間隙彼此壓緊，使得處于間隙之間部分的剛性逐漸增強，導(dǎo)致凝膠屈服應(yīng)力的增大；氫氧化鈉含量升高，會引發(fā)滲透壓的不平衡和較強的靜電相互作用，這兩種作用均會使得卡波姆間隙相互擠壓，導(dǎo)致屈服應(yīng)力增大。研究羥丙基甲基纖維素（HPMC）對石蠟油乳液性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)隨乳液中HPMC濃度的升高，屈服應(yīng)力逐漸增大。屈服應(yīng)力較高時，在一定的剪切力作用下，乳滴不易朝剪切流動方向移動，且不易破裂，具有良好的穩(wěn)定性。

1.3 觸變性

觸變性是指體系在攪動或其他機械作用下，分散體系的黏度或剪切應(yīng)力隨時間變化的一種流變學(xué)現(xiàn)象。對于乳膏等皮膚外用制劑，觸變性越大，表明樣品從半固體變?yōu)榱黧w后，恢復(fù)成原狀態(tài)的能力越大，其阻止沉淀發(fā)生的能力越強，制劑就越穩(wěn)定。一般來說，皮膚外用制劑在使用過程中會經(jīng)受反復(fù)的擠壓操作，為保證制劑具有良好的物理穩(wěn)定性，需通過觸變性來判斷微觀結(jié)構(gòu)的恢復(fù)程度，從而保證其藥效。因此，觸變性是皮膚外用制劑穩(wěn)定性的重要評價指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)有些分散體系的黏度隨剪切時間的延長而降低，靜止后又恢復(fù)，即具有時間因素的剪切變稀現(xiàn)象，稱為正觸變性。反之，如果分散體系的黏度隨剪切時間的延長而增加，即具有時間因素的剪切變稠現(xiàn)象，稱為負(fù)觸變性，或震凝性。觸變性可反映體系在一定外力下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，一般來說，正觸變性表明在外力作用下體系內(nèi)某種結(jié)構(gòu)的破壞速率大于其恢復(fù)速率，使得制劑在快速剪切時，黏度迅速降低，便于在患處的均勻涂抹；且在停止剪切后，制劑在短時間內(nèi)即可恢復(fù)至原有黏度，利于制劑在用藥部位的長時間黏附，減少藥物的使用次數(shù)；而發(fā)生震凝效應(yīng)時，體系內(nèi)部形成了某種新的結(jié)構(gòu)，此性質(zhì)導(dǎo)致制劑在快速剪切時，黏度迅速增大，產(chǎn)生結(jié)塊現(xiàn)象，導(dǎo)致涂抹困難，難以達(dá)到預(yù)期的治療效果，降低患者的順應(yīng)性。發(fā)現(xiàn)不同冷卻速度制備的乳膏，其觸變性存在顯著差異；冷卻速率為2.25 ℃/min和1.74 ℃/min的乳膏呈正觸變性，而0.89 ℃/min和0.18 ℃/min的乳膏呈負(fù)觸變性，此種性質(zhì)的乳膏更適用于皮膚外用。

通常采用“振蕩-旋轉(zhuǎn)-振蕩"3段測試法測定樣品的觸變性，也稱為ORO測試，即第一步，使用線性黏彈區(qū)內(nèi)的低應(yīng)變值進(jìn)行極低剪切的振蕩測試，以模擬靜態(tài)特性；第二步，使用高剪切速率進(jìn)行強烈剪切的旋轉(zhuǎn)測試，以模擬使用期間樣品的結(jié)構(gòu)分解；第三步，使用與第一步測量段相同的線性黏彈區(qū)的低應(yīng)變值，以模擬靜態(tài)時的結(jié)構(gòu)恢復(fù)。在兩個進(jìn)行振蕩的測量段中，使用相同的角頻率進(jìn)行測試。在三段法測試觸變性的研究中，恢復(fù)后形成的體系結(jié)構(gòu)與原體系可能不同，即在流變學(xué)曲線中表現(xiàn)為剪切速率上升和降低前后，曲線并不重合，形成觸變環(huán)，其面積越大，表明觸變性越大。研究不同類型的眼用制劑，發(fā)現(xiàn)其均具有較強觸變性，表現(xiàn)為在低剪切時具有較高黏度，在高剪切時黏度較低，隨后恢復(fù)低剪切時，黏度也隨之恢復(fù)。這種流變學(xué)性質(zhì)將有助于產(chǎn)品的使用，剛滴入眼睛時，眼瞼的快速剪切使產(chǎn)品的黏度降低，有利于制劑的充分涂布；當(dāng)眼瞼停止剪切時，產(chǎn)品的黏度逐漸恢復(fù)，保證藥物的長時間停留，利于更好地發(fā)揮藥效。

描述觸變性流體的流變行為時，可以選擇適當(dāng)?shù)谋緲?gòu)模型。本構(gòu)模型是表示流體本構(gòu)關(guān)系的物理模型，本構(gòu)關(guān)系可以將描述連續(xù)介質(zhì)變形的參量與描述內(nèi)力的參量相聯(lián)系，是流體宏觀力學(xué)性能的綜合反映。不同類型流體的觸變性可以不同的本構(gòu)模型來描述：（1）對于無彈性、無屈服應(yīng)力的流體，可用Moore模型、冪率模型和Cross模型來表征其觸變行為；（2）具有屈服應(yīng)力流體的觸變行為可用Worrall-Tuliani模型、雙線性模型和冪率模型來表征其觸變行為；（3）對于同時具有黏彈性和觸變性行為的流體，可以采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型、Quemada模型來表征其觸變行為。測定了Salep和Balangu樣品的剪切應(yīng)力-剪切速率曲線，使用二階結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型、Weltman模型、一階應(yīng)力衰減模型來描述觸變性，經(jīng)擬合程度（R2）對比，最終選用具有非零穩(wěn)態(tài)應(yīng)力的一階應(yīng)力衰減模型（R2>0.96），通過此模型可得到屈服應(yīng)力、平衡應(yīng)力等參數(shù)，以此進(jìn)一步優(yōu)化處方和制備方法。

1.4 蠕變

蠕變是指對物質(zhì)附加一定應(yīng)力時，其隨著時間變化表現(xiàn)為一定的伸展性或形變，是材料的緩慢變形。只要所施加的應(yīng)力與相應(yīng)應(yīng)變成一定的比例，黏彈性的相關(guān)理論——Boltzmann 疊加原理就可以應(yīng)用于蠕變實驗中。它是測試皮膚外用制劑黏彈性最為簡便的方法之一。皮膚外用制劑的蠕變曲線通常可分為3個區(qū)域：（1）瞬時彈性區(qū)域，代表一級結(jié)構(gòu)鍵的彈性拉伸；（2）彎曲的黏彈性區(qū)，表示由于二級鍵的斷裂和重整以及黏性流動而產(chǎn)生的晶體或液滴的取向，所有鍵都不會以相同的速率斷裂和重整，并且將存在較寬范圍的延遲時間（即黏度與彈性之比）；（3）應(yīng)力消除后，應(yīng)變的響應(yīng)稱為恢復(fù)曲線，瞬時彈性區(qū)域和黏彈性區(qū)域分別全部或部分恢復(fù)，黏性區(qū)域無法恢復(fù)。

樣品的“蠕變-恢復(fù)"特性測定分兩步完成，首先保持應(yīng)力恒定，隨時間的變化，逐漸改變應(yīng)變，這一步驟稱為蠕變；隨后將應(yīng)力全部或部分解除，觀察已發(fā)生的應(yīng)變隨時間的變化，這一步驟為恢復(fù)?！叭渥?恢復(fù)"測試可以反映低速下產(chǎn)品的黏彈性特征，零黏度應(yīng)力測定可以反映產(chǎn)品的儲存穩(wěn)定性和剪切后結(jié)構(gòu)的可恢復(fù)性。其中，變形量越低，表明分散體系越穩(wěn)定；如果樣品在短時間內(nèi)表現(xiàn)出較大的形變，表明產(chǎn)品的彈性較好；在測定中的變形量較小，表明產(chǎn)品的穩(wěn)定性更佳。研究不同處方的西托醇乳膏的蠕變性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其蠕變行為差異較大，且不同貯存時間的各處方的蠕變行為也表現(xiàn)出較大差異，因此可將蠕變行為作為處方篩選的重要依據(jù)，研究不同類型表面活性劑（如脫水山梨糖醇單酯、脫水山梨糖醇單月桂酸酯、單棕櫚酸酯、單硬脂酸酯和單油酸酯等）對乳膏性質(zhì)的影響，測定了不同處方乳膏的流變性質(zhì)，并使用 Burger 模型和 Maxwell 模型對蠕變測定結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果顯示表面活性劑的雙鍵結(jié)構(gòu)可能會降低乳膏的彈性，且隨表面活性劑烷基鏈的增長和用量的增加，乳膏的彈性增加，其穩(wěn)定性也更好。