【摘要】纳米技术在中药中的应用,对提高有效成分利用率和生物利用度及节约资源等有重要意义。本文从纳米中药的制备过程,以及纳米中药的粒径评估、稳定性维持等方面进行了简要的论述。
【关键词】纳米中药;制备; 特性
【中图分类号】R932 【文献标识码】A 【文章编号】1006-1959(2009)09-0157-01
“纳米中药”的概念最初是由华中科技大学的徐辉碧教授于1998年提出的,他认为纳米中药是指运用纳米技术制造的、粒径小于 100nm 的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂。到目前为止尚未有制备出粒径小于 100nm的中药。不过,在药学领域从实际条件和研究目的出发将纳米的范畴定义在1~1000nm。
目前纳米中药的研究主要集中在中药纳米粉体的研究方面上。与西药相比中药纳米技术的应用研究较晚,但纳米西药的研究对纳米中药的研究具有借鉴作用。如中药纳米化后亦可以考虑制备成控释、靶向给药制剂,采用纳米技术可发展新的中药加工方法和新的中药剂型。许多研究表明生物机体对药物的吸收、代谢是一个复杂的过程,中药制剂产生药效不仅与药物特有的化学组成有关,还与该制剂的物理性状密切相关。在改变物理性状方面,改变药物的单元尺寸是十分有效的。当颗粒尺寸达到纳米级时,由于量子尺寸效应和表面效应,纳米粒子呈现出新的物理、化学和生物学特性。这就是应用中药纳米技术可能使药物活性和生物利用度提高乃至产生新的特性依据所在。
1 纳米中药的制备
纳米中药的制备是研究纳米中药最重要的问题。目前纳米中药的制备方法的报道很少。主要是采用机械粉碎法,如球磨法和微射流粉碎技术等。但是将中药粉碎成纳米粉体时,必须考虑中药组方的多样性、中药成分的复杂性等一系列问题。
从宏观上看,固体物料的粉碎似乎仅仅是颗粒粒度的变化,而随着粒度细化的量变,往往伴随着一系列颗粒微观上理化特性的质变,这与颗粒的组成、结构、温度及外界环境条件的影响有关。对于弹性颗粒,粉碎作用产生的内应力在它发生显著流变之前就达到了脆性破坏的极限强度,颗粒表现为易于粉碎。对塑性颗粒可以看到明显的流变,而结构不易产生明显的破坏。流变所消耗的能量转化为热量而释放,颗粒表现得难以粉碎。在外力反复作用下颗粒内部的晶体结构会出现松弛现象,也即受力而发生变形的颗粒在变形值维持不变的条件下内应力会逐渐消失,储蓄的弹性能量将转化为热量而提高了粉碎区的温度。瞬间作用的剪切应力有助于缩短颗粒流变过程,从而克服这类颗粒的宏观“粘度”,降低粉碎机内温度,加快粉碎过程的进行。
晶格缺陷是晶体物质结构的薄弱环节,也是颗粒粉碎的突破口。由于缺陷的存在,实际颗粒强度只是晶体强度的千分之几。对粉碎物料进行预处理如高压辊磨、挤压粉碎等是发展内部晶格缺陷是提高粉碎效率的有效手段。在塑性变形范围内,应变首先沿着晶体结构缺陷所占据的滑动面发展。随着粉碎区域温度的提高,界面原子的流动性增强,将使部分扩大的缺陷愈合,不利于粉碎过程的进行。及时将粉碎区的热量移出,降低粉碎机内温度有益高粉碎效率。
在高频周期性负荷作用下,固体颗粒的强度会有所降低,这是周期性负荷致使颗粒疲劳破坏并沿着结构最薄弱地方碎裂的缘故,振动磨和高速冲击搅拌磨就利用了这一原理。被粉碎的颗粒越细,则作用频率越高,超声波的高效能粉碎分散作用在相当大的程度上也是同样道理,这应该成为超细粉碎设备的设计原则。
颗粒的实际强度与其尺寸因素有关,随着颗粒越来越细的变化,其粉碎难度也急剧增大。粉碎过程主要是发展和产生结构缺陷,而颗粒越细其结构缺陷越少,本体强度提高。粉碎细度的实际极限约近数百纳米,进一步的粉碎几乎是在理想的晶体结构中形成并发展新的缺陷,无疑需要消耗巨大的能量。因此,必须承认在粉碎技术发展的不同阶段,存在有不同程度上的粉碎极限需要努力去克服。
粉碎过程是颗粒新表面生成的过程,在超细粉碎阶段不容忽视颗粒表面上介质的行为。在周围介质的吸附作用下颗粒强度会降低,变形增加。多年的研究和实践表明:固体在介质中产生新表面所需要的功比在真空中产生新表面所需的功要小得多。从热力学第二定律来看,新表面的自由能有自动减少、稳定的趋势。这种吸附过程在新表面形成的那一瞬间就开始了,吸附加快了新表面的发展,有助于颗粒内部微裂纹的扩展。在有介质存在的条件下,吸附层将沿着表面缺陷网渗入颗粒内部并使这些缺陷稳定下来。深入到缺陷内部的介质在应力消失后延缓了缺陷愈合过程,降低了颗粒在周期性负荷作用下的韧性。表面活性剂作为助磨剂可大大提高粉磨效率和对粉体表面进行改性处理都是基于这一道理。虽然中药与普通工业物料有所不同,其组成成分和结构复杂多样,含有较高的木质素、纤维、胶质、脂肪、淀粉和糖类等混合组分,不经深度干燥等处理无法超细粉碎,但深度干燥后多成坚韧特性,粉碎难度大,且容易出现团聚、高温降解裂变导致成分破坏流失和生物活性降低等现象,但从粉碎机理上分析,强烈的冲击、剪切、摩擦、研磨等粉碎作用可以有效地实现中药的超细粉碎。
2 纳米中药粒径评估
在纳米粉体加工中,对粉体颗粒的粒度及粒度分布进行表征是很重要的,它在很大程度上可以用来衡量颗粒加工的工艺性质、效率的高低及终级产品的性能和应用,也是选择和评价设备、进行过程控制以及衡量产品质量的基本依据。这对中药纳米粉体来说也不例外,但由于中药组成成分的复杂性和颗粒结构的多样性、特殊性,对中药纳米粉体颗粒粒度及粒度分布的测量提出了更高的要求。如植物药纳米粉遇水或醇容易引起溶胀,导致颗粒变大,而有机溶媒分散力差,不能将纳米粉体分散开来,因此中药纳米粉体粒径测定时,分散溶媒选择的难度加大。中药成分的不均匀性导致粒度分布较宽,测定仪器选择时需要考虑这一点。
3 纳米中药稳定性维持
粉体的性质与应用密切相关。根据聚集状态的不同,一般物质可分为稳态、非稳态和亚稳态,通常块状物质是稳定的,粒度在 2nm左右的颗粒是不稳定的,在高倍电子显微镜下观察其结构是处于不停的变化。纳米粉体因其粒径减小,表面能的增加,具有“表面效应”,在制备和使用过程中极易发生粒子凝并、团聚,形成二次粒子,使粒径变大,从而失去纳米微粒所具备的功能,因此,在纳米中药制备中,纳米粒子的稳定性是个重要问题。目前还没有这方面的研究报道。可以参照维持纳米粉体稳定的常规方法来处理:①在纳米分散体系中加入反絮凝剂使纳米粒子周围形成双电层;② 加表面活性剂,使其吸附在粒子表面,形成微泡;③应用超声波将团聚体打碎。但是由于中药纳米粉体成分的不均一性,导致了纳米粒子表面性质的不均一性,增加了稳定性维持的难度,这需要进行广泛深入的研究。
随着现代制药技术的快速发展,传统中药剂型改革已迫在眉睫。将纳米技术引入中药研究中具有积极的意义,必将对中药研究与发展产生巨大的推动作用。
参考文献
[1] 张志�,崔作林著.纳米技术和纳米材料[M].北京:国防工业出版社,2000年
[2] 张志�,崔作林著.纳米技术和纳米材料[M].北京:国防工业出版社,2000年
作者单位:510120 广东中山大学第二附属医院药学部