聚维酮：聚乙烯吡咯烷酮的应用探析

1.化学结构和制备

聚维酮（Povidone，Polyvinylpyrrolidone，PVP）是由N-乙烯基-2-吡咯烷酮（VP）单体催化聚合生成的水溶性聚合物，其反应式如下：

高纯度VP单体在空气中可自行发生自由基聚合反应。在三氟化硼、氨基钾和过氧化物的引发下，分别发生阳离子聚合、阴离子聚合和自由基聚合，其中采用较多的是以过氧化物为引发剂的自由基聚合。在酸性条件下，VP单体易水解成乙醛和吡咯烷酮，储存时常加入碱、氨或低分子有机胺以增加其稳定性。

本体聚合由于反应热不易移除而使产品质量欠佳，较少采用。因此聚合方法常采用溶液聚合和悬浮聚合。溶液聚合制备的聚维酮的分子量≤1.0×104，一般在水或甲醇、乙醇等亲水极性溶剂中进行，反应温度为35～65℃，反应溶液最终固含量为20％～25％，喷雾干燥即得圆球形成品。悬浮聚合可以制备分子量高达1.0×106的产品，控制反应条件，也可以得到1.0×105～2.0×105的产品。悬浮聚合在烃类溶剂中进行，维持聚合温度在65～85℃并保持通氮气流，反应完成后，加水并除去有机溶剂，喷雾干燥即得成品。2010年版《中国药典》二部已收载标号为“K30”的系列产品。市场上已有国际特品公司（ISP）的Plasdone产品出售，规格标号与NF18版的Povidone BASF的Collidonis大致相同，标号中的“K”值与聚合物的平均分子量有关，“K”后面的数字越大表明分子量越大。标号为“C”者，表明该产品不含热原。

2.性质

（1）物理性状。聚维酮无臭或几乎无臭，为白色至乳白色粉末，可压性良好，因具一定吸湿性而流动性一般，其5％水溶液的pH为3～7。

（2）溶解性。聚维酮易溶于水，在许多有机溶剂中也极易溶解，如氯仿、酮、有机酸及其酯、甘油、丙二醇、乙醇、甲醇等，但不溶于醚、烷烃、矿物油、四氯化碳和乙酸乙酯。

（3）溶液黏性。聚维酮溶液的黏度受其分子量影响，K值则是根据溶液黏度与聚合物分子量及浓度之间的关系而定义的。不同规格的聚维酮的K值与分子量的对应关系见表5.2.1。

表5.2.1 聚维酮分子量及其对应K值

浓度低于10％的聚维酮水溶液的黏度略高于水，例如5％PVP K11～14水溶液的相对黏度为1.25～1.37，5％PVP K16～18水溶液相对黏度为1.46～1.57，当溶液浓度超过10％时，则黏度增加很快，分子量越大，溶液变得越黏稠。总之，K值增加，溶解速率下降，溶液的黏度和胶黏黏性增加，聚合物的特性黏数[η]与聚合度和分子量的关系如图5.2.3所示。

图5.2.3 PVP分子量、聚合度和特性黏数之间的关系(www.xing528.com)

聚维酮的黏度受溶剂影响较大，在相同浓度（2％）下，聚维酮的乙醇溶液的运动黏度为2×10﹣6m2/s，在丙二醇中为6.6×10﹣5m2/s，在丁二醇中为1.0×10﹣4m2/s。聚维酮溶液的黏度在pH4～10范围内几乎不发生变化，也很少受温度的影响。

（4）化学反应性。聚维酮为惰性物质，化学性质稳定，能与大多数无机盐以及许多天然或合成聚合物在溶液中混溶；能与多种物质形成不溶性复合物或分子加成物。例如，与单宁酸、水杨酸、聚丙烯酸和甲醚/乙醚-马来酸酐共聚物等形成不溶的复合物，用碱中和可使复合物重新溶解，这种分子间的相互作用与两者用量的配比有关，且有高度的结构选择性。聚维酮也可与碘、普鲁卡因、丁卡因和氯霉素等药物形成可溶性复合物，可延长药物的作用时间，例如，聚维酮与碘的络合物聚维酮碘作为长效强力杀菌剂在中国药典、美国及英国药典中均有收载。聚维酮用量越大，形成的复合物在水中的溶解度也越大。聚维酮水溶液可耐110～130℃汽热压灭菌；但在150℃以上时，聚维酮固体会因失水而变黑并软化。

3.应用

聚维酮是美国药典正式收载的药用辅料之一，安全无毒，大鼠口服LD50＞8.25g/kg，长期口服（2年）亦未见毒副作用；小鼠静脉注射LD50＞11g/kg，是较早应用的血容量扩充剂，分子量小于2.0×104者易经肾排泄，分子量大于6.0×104者则主要被网状内皮系统吞噬。目前由于静脉注射聚维酮偶有休克和注射部位炎症肿痛发生，已逐渐减少其在注射方面的使用，但这可能与聚维酮本身无关，而是残留单体所致，故产品要求残留物在0.2％以下。总之，WHO规定聚维酮每日最大用量为25mg/kg，C级产品可用于要求不含热原的制剂中。聚维酮具有许多优良的特性，加之规格多样，使用灵活，因此在药剂领域广泛应用。

（1）固体制剂的黏合剂。聚维酮在水中和常用的有机溶剂中可溶，因而适应多种制粒的需要，常用型号为PVP 29/32和PVP26/28，常用量为0.5％～2.0％（质量分数）。聚维酮在高浓度下能保持一定黏合力而又不影响制粒，可减少黏合剂用量，缩短干燥时间，达到降低成本的目的。用有机溶剂溶解聚维酮后制粒，可有效消除水分、干燥温度和时间对药物稳定性的影响，适用于对湿和热敏感的药物。对于疏水性药物，聚维酮的水溶液作黏合剂不仅有利于润湿均匀，还能使疏水性药物颗粒表面具有亲水性，有利于增加溶出度。泡腾剂的制备必须严格控制水分含量，聚维酮的无水乙醇溶液则是泡腾剂配方中理想的黏合剂。聚维酮也可作为直接压片的干黏合剂，但保留适量水分对其作为干黏合剂具有重要作用。对于吸湿性大的药物，可将聚维酮干粉直接混入，用适当溶剂略润湿后制粒。此外，聚维酮还可用于流化床喷雾干燥制粒。但以聚维酮为黏合剂的片剂在储藏期间可能出现硬度增加现象，分子量较高者还可能延长片剂崩解和溶出时间。

（2）包衣材料。聚维酮作为薄膜包衣材料，柔韧性较好。聚维酮常与丙烯酸树脂、乙基纤维素、醋酸纤维素等成膜材料合用，以增强衣膜的防潮性。聚维酮常添加于糖衣胶浆中，其溶液亦可单独用作片剂的隔离层包衣。聚维酮包衣的主要优点有：①可作薄膜衣的增塑剂；②改善衣膜对片剂表面的黏附能力，减少碎裂现象；③缩短疏水性薄膜材料的崩解时间；④改善色淀或染料、遮光剂的分散性及延展能力，最大程度地减少可溶性染料在片剂表面的颜色迁移，防止包衣液中颜料与遮光剂的凝结。

（3）固体分散体载体。聚维酮由于其极强的亲水性和水溶性，适于作固态分散体的载体，提高难溶性药物的溶出度和生物利用度，以此法先增溶后控释也是制备难溶性药物缓控释制剂的方法之一。聚维酮软化点较高（约150℃），为减少药物降解，一般宜采用溶剂法或共沉淀法制备固体分散体。

（4）缓释控释制剂。PVP常作为骨架的致孔剂和黏合剂，应用于不溶性骨架或溶蚀性骨架缓控释制剂的制备，通过改变聚维酮的用量来调节药物释放速率。分子量较大的PVP K90可用于制备亲水凝胶型缓释片，可通过改变骨架材料与药物用量的比例调节释药速率。

（5）其他。在液体制剂中，PVP是一种对pH和电解质不敏感的增黏剂，用量超过10％则具有明显的助悬、增稠和胶体保护作用。少量PVP K90即可有效维持乳剂或悬乳液稳定；较高浓度下可延缓可的松、青霉素和胰岛素等药物的吸收。PVP K90还具有阻碍晶体生长和掩盖异味的作用，可显著改善制剂的口感。聚维酮是眼用溶液的增稠剂和角膜润湿剂。聚维酮是涂膜剂的主要材料，广泛应用于各类香波、定型发胶、发乳、染发剂等化妆品中，对皮肤黏着力强、无刺激性，常与聚乙烯醇合用，用量为4％～6％。聚维酮极易引湿，在相对湿度30％、50％和70％时的吸湿量分别为10％，20％和40％，因此其原料和制品均应干燥密闭储存。