包合物：药物稳定性与溶解度的提升

一、概述

包合物是指一种药物分子被包藏于另一种分子的空穴结构内，形成的络合物。包合物由主分子和客分子两种组分组成，具有包合作用的外层分子称为主分子，被包合到主分子空穴中的小分子物质，称为客分子。

主分子一般具有较大空穴结构，足以将客分子容纳在内，形成分子囊，所以包合物又称为分子胶囊。客分子是指被包合到主分子空穴结构中的小分子物质。根据主分子形成空穴的几何形状，可把包合物分为管状包合物、笼状包合物和层状包合物。

包合物能否形成及其是否稳定，主要取决于主分子和客分子的立体结构以及二者的极性。客分子必须和主分子的空穴形状以及大小相适应。包合过程是物理过程而不是化学过程。包合物形成的基本原理是客分子在主分子空穴结构中的填充作用。包合物的稳定性依赖于两种分子间的相互作用力，如范德华力（包括定向力、诱导力与色散力）、氢键、疏水键与电荷迁移力等。包合技术在药剂学中研究和应用非常广泛。药物作为客分子被包合后，稳定性提高，溶解度增大，液态药物可固态化。形成包合物后可减少挥发性成分挥发，掩盖药物的不良气味或味道，调节释药速度，提高药物的生物利用度，降低药物的刺激性与毒副作用等。

二、包合材料

包合物中的主分子物质称为包合材料，目前在药剂中广泛使用的包合材料是环糊精（cyclodextrin，CD）及其衍生物。

1.环糊精　环糊精系淀粉经酶解环合后得到的由6～12个葡萄糖分子连接而成的环状低聚糖化合物。

常见α-CD、β-CD和γ-CD三种，分别由6、7、8个葡萄糖分子构成。最常用的是β-CD，已被作为药用辅料收载入《中国药典》。β-CD分子量1135，为自色结晶性粉末，其空穴大小适中，水中溶解度最小，最易从水中析出结晶。图16-1（a）、16-1（b）分别表示的是β-CD的环状构型和立体结构。

β-CD的立体结构为上窄下宽、两端开口的环状中空筒状。两端开口处和外部为亲水性，而筒的内部为疏水性，借助范德华力将一些大小和形状合适的药物分子（如卤素、挥发油等）或其部分亲脂性基团包含于筒状结构中，而一些外部的羟基则可以与药物的亲水性基团形成氢键，从而形成超微囊状结构。

图16-1（a）β-环糊精的环状构型图

图16-1（b）β-环糊精的立体构型图

2.环糊精衍生物　β-CD在水中的溶解度较低，形成的包合物最大溶解度也仅为1.85%（25℃），使其在药剂学中的应用受到一定限制。近年来为了改善环糊精的性质，通过对β-CD结构改造制得了一系列环糊精衍生物，如将甲基、乙基、羟乙基、羟丙基和葡糖基等基团取代β-CD分子中羟基上的H，破坏了β-CD分子内的氢键，改变了其某些理化性质，使其水溶性发生显著改变，扩大了环糊精包合物在药剂学上的应用范围。

（1）水溶性环糊精衍生物：常见的有甲基衍生物、羟丙基衍生物、葡萄糖基衍生物等。葡萄糖基衍生物是在β-CD分子中引入葡糖基（用G表示），使其水溶性发生显著改变，如G-β-CD、2G-β-CD的溶解度（25℃）分别为970 g/L、1400 g/L。G-β-CD包合药物后可使难溶性药物溶解度增大，能促进药物的吸收，降低溶血活性，故可作为注射剂的包合材料。

（2）疏水性环糊精衍生物：目前主要为乙基化β-CD衍生物，乙基-β-CD溶解度比β-CD更低，吸湿性比β-CD小，在酸性条件下比β-CD更稳定，用作水溶性药物的包合材料，能够降低药物的溶解度，达到缓释效果。

三、包合物的制备

（一）饱和水溶液法

又称重结晶法或共沉淀法。该法首先将β-CD配成饱和水溶液，加入客分子药物；水不溶性药物可先用少量丙酮或异丙醇等有机溶剂溶解，再加入到β-CD饱和水溶液中，搅拌混合30 min以上，使客分子药物被包合，直至形成包合物。最后采用适当方式（如冷藏、浓缩、加沉淀剂等）使包合物析出。对于一些水中溶解度大的药物，部分包合物仍可溶解在溶液中，可加入某些有机溶剂，促使包合物沉淀析出，然后将析出的沉淀过滤，根据药物性质选择适当的溶剂洗净、干燥即得。

（二）研磨法

又称捏合法，系将β-CD与2～5倍量的水混合，研匀，加入客分子药物（水难溶性药物应先溶于少量有机溶剂），充分研磨至糊状，低温干燥后用适当有机溶剂洗净，干燥即得。

（三）冷冻干燥法

若是药物制成包合物后易溶于水，且在干燥过程中易分解变色，可先用上述饱和水溶液法或研磨法制备包合物，然后采用冷冻干燥法干燥。制得的成品疏松，溶解度好，可制成粉针剂。

（四）喷雾干燥法

若制得的包合物易溶于水，遇热性质又较稳定，可先用饱和水溶液法或研磨法制备包合物，再采用喷雾干燥法干燥，干燥温度高，受热时间短，产率高，适合于大生产。

在实验室中饱和水溶液法和研磨法较为常用，但这两种方法包合率较低，且不适于大生产。冷冻干燥法适用于注射用包合物的生产，喷雾干燥法适宜于工业大生产。

（五）超声波法

该法是在β-环糊精的饱和水溶液中加入客分子药物，混合后立即用超声波发生器以适宜的强度超声适当的时间，以此来代替搅拌。然后将析出的沉淀过滤，用适当的溶剂洗涤，干燥即得。

四、实验药品与器材

1.实验药品　莪术粉末、β-环糊精、无水乙醇、纯化水等。

2.器材　磁力搅拌器、紫外分光光度计、挥发油提取器、烧杯等。

五、操作步骤与实验结果

（一）莪术挥发油-β环糊精包合物的制备(www.xing528.com)

1.莪术挥发油的制备将莪术粉碎成中等粉末，取200 g，加入10倍量的蒸馏水，经挥发油提取器提取3.0 h，得棕褐色油状液体，用无水硫酸钠脱水后，即得莪术挥发油，备用。

2.莪术挥发油乙醇溶液的制备　精密吸取莪术挥发油1 mL，加无水乙醇5 mL，溶解，即得，备用。

3.β-环糊精饱和水溶液的制备称取β-环糊精8g，置烧杯中，加蒸馏水100 mL，在（60±1）℃条件下制成饱和水溶液，保温，备用。

4.莪术挥发油-β环糊精包合物的制备　将β-环糊精饱和水溶液100 mL置烧杯中，于磁力搅拌器上，60℃恒温，另精密吸取莪术油乙醇液5 mL，缓慢滴入到60℃的β-环糊精饱和水溶液中，不断搅拌，并用5 mL无水乙醇洗涤移液管，同时将洗涤液滴入到β-环糊精饱和溶液中。待出现浑浊逐渐有白色沉淀析出，继续搅拌4h（本实验中为掌握方法，可暂定搅拌1 h），停止加热，继续搅拌至室温，最后置冰箱中放置12h（实验中也可用冰浴冷却），待沉淀析出完全后，抽滤，用无水乙醇5 mL洗涤3次，抽滤至干，50℃以下干燥，称重，计算收得率。

（二）莪术油-β环糊精包合物中含油量的测定

（1）精密量取莪术油1 mL，置圆底烧瓶中，加蒸馏水100 mL，用挥发油测定法提取莪术油，并计量。

（2）称取相当于1 mL莪术挥发油的包合物置圆底烧瓶中，加水100 mL，按上述方法提取莪术挥发油并计量。

根据所测数值，利用下述公式计算包合物的含油率、利用率及收得率。

（三）含量测定（紫外分光光度法）

1.对照品溶液的制备　精密称取莪术醇250 mg，置25 mL量瓶中，加无水乙醇溶解并定容至刻度，摇匀，精密吸取其1mL，置50 mL容量瓶中，加10%聚山梨酯-80 1 mL，用无水乙醇定容至刻度（0.2 mg/mL）。

2.样品溶液的制备

（1）莪术挥发油样品液的制备：精密量取莪术挥发油0.1 mL，置25 mL容量瓶中，加10%聚山梨酯-80 0.5 mL，加无水乙醇稀释并定容至刻度，即得。

（2）莪术挥发油-β环糊精包合物样品溶液的制备：精密称取相当于含有0.1 mL莪术挥发油量的包合物，加20 mL无水乙醇，振摇10 min，静置1h，过滤，滤液置25 mL容量瓶中，加10%聚山梨酯-80 0.5 mL，加无水乙醇定容至刻度，即得。

（3）空白溶液的制备：精密量取10%聚山梨酯-80 0.5 mL置25 mL容量瓶中，加无水乙醇定容至刻度，即得。

3.测定方法　精密量取上述对照品溶液和供试品溶液各0.5 mL，置100 mL容量瓶中，用0.2%香草醛硫酸液定容至刻度，摇匀，放置30 min，于510 nm处测定吸收度，按下式计算莪术醇含量。

Cx=（Ax/Ar）Cr

式中Cx为供试品溶液的浓度，Ax为供试品溶液的吸收度，Cr为对照品溶液的浓度，Ar为对照品溶液的吸收度。

（四）实验结果

包合物的含油率、利用率及吸收率见表16-2。

表16-2　包合物的含油率、利用率及吸收率的实验结果

六、典型处方分析

例　萝卜硫素（sulforaphane，SF）/羟丙基-β-CD包合物

【处方】萝卜硫素1份；份羟丙基-β-CD 1份；乙醇适量；蒸馏水适量

【制备】用共沉淀法制备：精密称取羟丙基-β-CD，溶解在水中，形成饱和溶液，随后加入乙醇溶解的SF形成混悬液，超声20 min后持续搅拌24 h，抽滤干燥。干燥产物研磨成细粉，过80目筛。

【分析】同SF相比，该包合物在热、氧和碱性条件下的稳定性大大提高。

例　吲哚美辛-β-CD包合物

【处方】吲哚美辛1.25g；β-CD 15.9 g

【制法】称取β-CD 15.9 g，溶于500 mL、75℃水中，保持温度。另取吲哚美辛1.25 g，用25 mL乙醇，微温溶解。将吲哚美辛溶液缓慢滴入β-CD溶液中，搅拌30 min，停止加热，再继续搅拌5 h，得白色沉淀，室温静置12h，滤过，将沉淀在60℃干燥，过80目筛，经P2O5真空干燥即得。

【注释】吲哚美辛为有效成分；β-CD为包合材料。包合物的制备采用饱和水溶液法。

吲哚美辛在水中溶解度极低，对胃的刺激性较大，经β-CD包合后，溶出度和生物利用度提高。