基于LF-NMR/MRI的维C银翘片制粒中润湿剂评价方法研究

摘要：

目的 应用低场核磁共振时域技术（low field nuclearmagnetic resonance time domain technique，LF-NMR）、低场核磁成像技术（low field nuclear magnetic resonance imaging，LF-MRI）对高剪切制粒中润湿剂（乙醇）进行定性、定量分析。方法以维C银翘片高剪切湿法制粒为研究对象，采用LF-NMR建立润湿剂用量测定方法，结合横向弛豫时间（T2）和LF- MRI测得的二位影像图对润湿剂分布与变化进行定性分析，探讨峰面积（A2）与颗粒得率的关系。结果 润湿剂用量与A2呈现良好的相关性（R2＝0.957 5）。随着润湿剂用量增加，T2向右移动，A2逐渐增加，质子在增加；LF-MRI表明随着润湿剂用量增加，影像图逐渐清晰，即非结合态质子（束缚态质子及自由态质子）在颗粒中逐渐增加。当润湿剂用量增加至20%～25%时，结合态质子含量不再增加，此时颗粒得率最高。结论 LF-NMR和LF-MRI能快速、准确检测制粒中润湿剂用量变化和分布状态，为阐明润湿剂对颗粒性质的影响和成型机制提供评价方法。

维C银翘片（Vitamin C Yinqiao Tablets，VCYT）主要用于治疗感冒，因临床疗效确切、价格低廉，是感冒药市场中的常用药[1]。对VCYT近5年的文献报道进行分析发现，其研究主要聚焦于质量标准研究，而对制剂工艺鲜有报道，故在此开展VCYT的制粒工艺研究。制粒是固体制剂成型的关键工序之一，主要目的是改善粉体的形貌、粒径、松密度等物理性质。制粒中粘合剂/润湿剂的用量与分布至关重要，若润湿剂用量过低会导致颗粒蓬松或粉末多，颗粒整体流动性差，影响后续工序顺利进行；润湿剂用量过高会导致“过制粒”[2]或颗粒紧实影响片剂的溶出度和硬度[3]。润湿剂分布不均会导致颗粒大小不均一，易出现大团块。传统的润湿剂用量测定方法有卡尔-费休滴定法、烘干法[4]等，存在着有机试剂毒性、耗时长等问题。近年来，红外光谱法（IR）、近红外光谱法（NIRs）[5]等非破坏性测定方法得到了发展，但这些技术难以直观表征润湿剂在颗粒中的内部结合形式。目前，廖正根等[6]采用荧光素钠作为示踪剂说明黏合剂的分布，但该方法前提是荧光素钠均匀分布颗粒，没有考虑荧光素钠是否会包裹于颗粒中[7]，采用HPLC法测定荧光素钠含量存在样品制备时间长、有机溶剂安全性、取样准确性等问题，难以简单、直接、快速准确的测出润湿剂用量及分布，因此，采用新技术对制粒中润湿剂用量和分布表征的研究尤为重要。

低场核磁共振时域技术（low-fieldnuclear magnetic resonance time domain technique，LF-NMR）和低场核磁成像技术（low-fieldnuclear magnetic resonance imaging，LF-MRI）是对处于恒定磁场中的样品施加频率匹配的射频脉冲，使质子从低能态跃迁至高能态，质子再以非辐射的方式释放能量并返回到低能态，发生核磁共振。通过分析自旋弛豫特性反映质子的运动性质，进而从微观的角度解释样品的物理化学环境等内部信息。不同体积分数乙醇溶液是中药制粒中常用的润湿剂，其含有大量的质子，可通过LF-NMR测定润湿剂质子浓度、运动状态，进而分析润湿剂的含量和润湿剂在颗粒中的分布状态。该技术具有快速、无损、测得数据准确，且无需添加化学试剂即可测定样品水分变化等优点，现已广泛应用于食品、炮制等工业中[8-9]。刘佳佳等[10]使用LF-NMR研究浸膏粉的吸湿过程；吴双双等[11]用于研究颗粒的含水量及水分的相态分布，这些研究都用于研究水分的变化，并未见对制粒中乙醇研究的变化相关报道。

本实验以VCYT湿法制粒为研究对象，采用LF-NMR和LF-MRI研究制粒中润湿剂的结合态质子、束缚态质子和自由态质子变化，探讨其变化与颗粒得率的相关性，为阐明润湿剂对颗粒性质的影响和成型机制提供评价方法。

1  仪器与试药

1.1  仪器

LHSH3/6/12型高剪切制粒机，翰林航宇（天津）实业有限公司；NMI20-025V-I型低场核磁共振分析及成像系统，上海纽迈电子科技有限公司；AL204型电子分析天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；DHG-9050A型电热恒温鼓风干燥箱，上海姚氏仪器设备厂；300T型标准检验筛机，新乡市大汉振动机械有限公司。

1.2  试药

VCYT浸膏粉，由中药固体制剂制造技术国家工程研究中心中药室制备，批号20190901；对乙酰氨基酚，安徽丰原利康制药有限公司，批号011708232；马来酸氯苯那敏，北京康斯诺生物科技有限公司，批号19052283；可溶性淀粉，西安天正药用辅料有限公司，批号20190709；糊精，安徽山河药用辅料股份有限公司，批号190706；乙醇，永华化学科技有限公司，批号20181113；纯化水。

2  方法

2.1  颗粒制备

按处方比例称取原料药与辅料共3kg，置于高剪切制粒机中，以300r/min的搅拌桨速度和700r/min的剪切速度混合5 min后开始制粒。制粒中采用的润湿剂为75%乙醇，搅拌桨速度为700 r/min、剪切速度为2500 r/min，每隔60 s加入20 mL的润湿剂，直至呈现“泥浆”状态后结束。上述研究共做4次试验，每次均是在锅体的3个不同位置、同一深度处收集约20 g样品，置于西林瓶中，密封，备用。

2.2  润湿剂用量测定

2.2.1 LF-NMR检测参数  取“2.1”项下备用湿颗粒2 g，移入φ 26 mm的核磁共振样品管，再将样品管放置于探头中，仪器磁体温度为（32.00±0.02）℃，仪器共振频率为20.679 MHz。然后采用CPMG采集样品信号，序列参数设置：采样频率（SW）200 kHz，硬脉冲90°脉宽（P1）6.52 μs，硬脉冲180°脉宽（P2）11.52 μs，重复采样等待时间（TW）1000 ms，重复采样次数（NS）128次，回波时间（TE）0.1 ms，回波个数（NECH）5000。

2.2.2 烘干法 依照《中国药典》2020年版四部通则0832水分测定法中第二法[12]。称取“2.1”项下备用颗粒3 g，平铺于干燥至恒定质量的扁形称量瓶中，精密称定，记质量为m0，开启瓶盖在105 ℃下干燥5 h，将瓶盖盖好，移置干燥器中，放冷30 min，精密称定质量（m1），再开启瓶盖在105 ℃干燥1 h，放冷，精密称定质量，记质量为m2，至连续2次称量的差异不超过5 mg为止。按公式计算润湿剂用量。

润湿剂用量＝(m0－m2)/m0

2.3  LF-MRI检测参数

采用多层自旋回波序列（MSE）采集样品的质子密度图像，运用LF-MRI进行核磁共振成像试验。LF-MRI成像参数：层数为3，层厚为1.8 mm，层间隙为2.0 mm，重复采样次数为8，重复采样等待时间为260 ms，视野FOV为100 mm×100 mm，频率编码步数为256，相位编码步数192。

2.4  颗粒得率

参照《中国药典》2020年版四部通则0982粒度和粒度测定法中的机械筛分法（双筛分法）[12]。取“2.1”项下备用颗粒15 g，在50 ℃的烘箱中烘干，将干颗粒进行称定质量（M0），取干颗粒于标准检验筛机中振动5 min，振动幅度3 mm，振动频率1400 r/min，收集一号筛和五号筛之间的颗粒，称定质量（M1），计算颗粒得率。

颗粒得率＝M1/M0

2.5  数据处理

利用系统自带反演软件对Q-CPMG衰减曲线进行反演拟合，得到峰面积、弛豫时间等弛豫数据，使用Origin2018软件绘制T2谱图。采用核磁共振图像软件对LF-MRI图像进行伪彩和反色处理。应用Excel®-worksheets（美国Microsoft公司）计算样品的润湿剂用量。

3  结果与分析

3.1  方法学考察

3.1.1  颗粒中不同体积分数乙醇的检测  称取100 g已混合均匀的粉末置于制粒机中，添加18 g不同体积分数乙醇进行制粒，采用LF-NMR检测不同体积分数乙醇的变化。由图1可知，横向弛豫时间（T2）谱图上存在3种相态的质子：T21（0.01～1.00 ms）代表的是结合态质子，T22（1.00～10.00ms）代表的是束缚态质子，T23（10.00～1 000.00 ms）代表的是自由态质子，峰面积（A21、A22、A23）代表其相对含量，其中束缚态质子和自由态质子亦可称为非结合态质子。由图1可知，低体积分数乙醇时，只检测出2个峰，且随着乙醇体积分数的增加，A21逐渐减少，A22逐渐增加。随着乙醇体积分数越来越高，出现峰形越来越多，可能是因为乙醇体积分数越高，粉末和润湿剂的结合能力越弱。 

3.1.2 线性关系考察 LF-NMR数据的线性主要用“2.1”项的湿颗粒所测的润湿剂量（X）与LF-NMR的T₂总峰面积（Y）之间的关系来评价。润湿剂用量在5%～35%时的线性方程为Y＝2238.3 X－87.16，R²＝0.957 5。

3.1.3 重复性实验 按“2.2.1”项方法，将样品平行制备5次测定，LF-NMR值的RSD值为2.97%，表明该方法重复性良好。

3.1.4  日内稳定性实验  按“2.2.1”项方法，将1份样品分别在同1 d的11:00、12:00、13:00、14:00、15:00时进行测定，样品储存同“2.1”项，LF-NMR值的RSD值为2.68%，表明日内稳定性良好。

3.1.5 日间稳定性实验 按“2.2.1”项方法，将同1份样品分别于24、48、72、96、120 h时测定，样品储存同“2.1”项，LF-NMR值的RSD值为1.02%，表明日间稳定性良好。

3.1.6  精密度实验  按“2.2.1”项方法，取1份样品连续测定5次，LF-NMR值的RSD值为3.25%，表明仪器的精密度良好。

3.1.7  准确性实验  按“2.2.1”项方法对5个待测样品的润湿剂用量进行LF-NMR检测，并与烘干法测定的结果进行比对，结果见表1。由表1可看出，LF-NMR与烘干法测定的结果差值均小于1%，说明所建立的LF-NMR具有较好的准确性。

3.2 制粒中润湿剂用量对T2的影响

经预试验对润湿剂浓度的考察，发现75%乙醇制粒时颗粒得率最高，故采用75%乙醇为润湿剂进行制粒。润湿剂中质子主要以结合态、束缚态和自由态3种形式存在于湿颗粒中，见图2。不同形式的质子与湿颗粒的结合状态不尽相同，其中结合态与湿颗粒连接最为紧密、束缚态次之、自由态最差，LF-NMR中的T2可反应制粒中润湿剂中质子与湿颗粒之间的结合状态。在制粒中前期大部分都是结合态，随着制粒过程的进行，峰面积逐渐增加且T2向右移动，即3种相态的质子与湿颗粒结合越来越疏松。

3.3 制粒中润湿剂用量对A2的影响

由图3可知，随着润湿剂的添加，结合态质子逐渐增加，A22峰值信号量在润湿剂10%时开始逐渐增加，A23峰值信号量则当润湿剂在15%时开始逐渐增加，说明水分逐渐增加且不断向表面渗透。当润湿剂在20%～25%时，结合态质子处于稳定状态；当达到25%后，A21峰值信号量逐渐下降，可能是随着润湿剂的添加，结合态质子在颗粒中的束缚力减少，或在湿颗粒中结合态质子达到了饱和状态，使部分结合态质子向非结合态质子转变。当呈现“泥浆”状态时，即润湿剂达到34%左右时，结合态质子、束缚态质子和自由态质子3种状态的态质子分趋于一定值。

3.4  制粒中LF-MRI图像变化

利用LF-MRI成像技术可以直观地观察样品内部水分信息，质子数量可以代表样品中的水分含量，红色、黄色、绿色表示质子密度的高低，红色含水量最高，绿色含水量最低。采用LF-MRI扫描润湿剂不同添加量的样品后对图像进行伪彩处理后可知，制粒前期，颗粒的润湿剂较低，几乎没有非结合态润湿剂，在LF-MRI中几乎不能检识。制粒中期，当润湿剂为20%时，能进行LF-MRI成像，且颜色逐渐变得鲜明，直到呈现泥浆状态时，即润湿剂用量达到34%，图像出现了红色，见图4-A。

对扫描的图像进行反色处理后可以看出润湿剂用量在20%时已出现红色，但以绿色为主，说明非结合态润湿剂量较低。制粒后期，颜色主要以红色和黄色为主（图4-B），说明湿颗粒中润湿剂过量。由此可见LF-MRI成像中，根据质子密度变化，可以直观表征制粒中颗粒内部的润湿剂变化，也可观察到润湿剂均匀分布情况。

3.5  润湿剂用量与颗粒得率的关系

研究表明，当颗粒的含水量达到一定的范围时，会发生明显的团聚现象；低于范围粉体的黏结性较小，高于一定范围会出现“过制粒”^[13]。由图5可知，在润湿剂用量较低时，颗粒得率也低，这可能与细粉的比表面积有关^[14]，细粉粒径越小比表面积越大，接触到润湿剂的面积增大；在前期添加润湿剂后，润湿剂与粉末紧密结合成结合态质子，所以在颗粒增长的前期，需要较多的润湿剂对颗粒的表面进行润湿^[6]，形成母核后合并或包裹。当润湿剂达到20%～25%时，颗粒得率达到最高，之后颗粒得率逐渐下降（将A₂₁与颗粒得率进行相关性分析，P＜0.05），分析可能是由于润湿剂达到25%时，湿颗粒内部的结合态质子达到饱和，逐渐向非结合态质子转化，随着湿颗粒表面非结合态质子增多，使湿颗粒的黏结性增大更容易聚集、包覆，直至出现大团块，而且随着非结合态质子持续增多，大团块进一步变成“泥浆状”。

4 讨论

李彦等^[15]使用LF-NMR研究葡萄酒中乙醇与水的关系，表示T₂₂谱峰面积占比与酒精体积分数呈线性关系，刘敏等^[16]利用LF-NMR研究不同浓度水-乙醇的弛豫时间与氢键之间的关系，这些文献报道提示LF-NMR可用于乙醇的检测。在现有的研究报道中，笔者发现LF-NMR在中药制剂中主要用于干燥工序，而未发现在制粒工序中应用的研究报道，本研究是一种新的尝试。中药提取物黏性大，常采用乙醇为黏合剂进行制粒，根据低场核磁原理，可将该技术应用于中药制粒中监测乙醇的用量及分布。根据方法学研究结果表明，可采用LF-NMR对VCYT制粒中润湿剂（75%乙醇）用量进行定性与定量评价。利用LF-NMR和LF-MRI研究VCYT在湿法制粒中润湿剂用量变化和分布状态，结果表明随着润湿剂的增加，A₂₁、A₂₂、A₂₃逐渐增加，T₂逐渐向右移动，说明质子受束缚力越小或自由度越大，流动性变好^[17-18]，结果与复水过程水分状态相近^[19]，与Ito等^[20]在制粒中发现的T₂时间变化一致，润湿剂与颗粒的结合越来越疏松，说明质子的结合状态对于制粒终点判断具有重要指导意义。制粒中润湿剂用量对粒径大小与分布具有较大影响^[21]，当润湿剂用量为5%、10%、15%时，样品粉末较多，润湿剂用量在20%～25%，具有明显的湿颗粒生长，此时目标颗粒得率达到最高，当润湿剂达到大于25%时，A₂₁开始下降，可能存在结合态质子向非结合态质子转化的现象，此时目标颗粒得率下降，该结果与Cavinato等^[22]、Miwa等^[23]研究结果相同，表明A₂₁的变化趋势对于表征颗粒得率具有重要参考价值。本实验采用LF-NMR和LF-MRI检测润湿剂在颗粒中的用量变化及分布状态，为研究制粒中润湿剂/黏合剂变化提供了快速无损可视化的方法，且能通过横向弛豫时间T₂来描述3种质子在湿颗粒中的含量和相态变化，根据结合态质子的变化可以判断最佳的颗粒得率，比传统的靠经验判断制粒终点更合理、更科学。但实验还存在一些不足，该技术对中药产品制粒工序的普适性有待深入研究。随着现代智能制造水平的不断提升，陈芳宇等^[24]采用LF-NMR在线研究巧克力融化过程，表明LF-NMR具有较好的在线监测能力，鉴于LF-NMR对质子具有较好的灵敏度，提示可将LF-NMR制成便携式的在线装置，用于制粒过程在线监测和终点判断。

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献（略） 

来  源：周冠芮，高美连，张新瑞，杨兆阳，张  尧，张爱玲，罗晓健，饶小勇．基于LF-NMR/MRI的维C银翘片制粒中润湿剂评价方法研究  [J]. 中草药, 2021, 52(5):1284 -1290 .

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