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摘要：目的 优选川芎凝胶膏剂的基质处方。方法 采用均匀设计方法，以初黏力、持黏力、剥离强度、膜残留为评价指标，结合效应面法，筛选川芎凝胶膏剂基质中NP-700、甘羟铝、甘油、酒石酸的用量及药物浓缩程度和加入体积。结果 凝胶膏剂最优配比组成为：NP-700∶甘羟铝∶甘油∶酒石酸∶药液浓度∶加入体积=1.1∶0.08∶7∶0.04∶4∶5。结论 均匀设计结合效应面法可用于凝胶膏剂的基质筛选，制得的贴膏载药量高，且具有良好的涂展性、保湿性，黏着力良好。
关键词：均匀设计；效应面法；凝胶膏剂；川芎
DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2013.12.024
中图分类号：R283.5 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2013）12-0064-03
骨关节炎是临床常见的退行性疾病，是导致中老年群体功能残疾的主要疾病之一。骨关节炎的症状表现为关节疼痛、肿胀、关节僵硬、肌力下降、不能远行等，其中关节疼痛是困扰患者的主要因素，也是治疗的重点。川芎提取物中的阿魏酸及挥发油成分具有抗炎、镇痛、消除平滑肌痉挛等作用[1]。临床研究也表明，川芎外用可显著改善骨关节炎的疼痛症状[2]。本试验以新型水溶性高分子材料为基质，将川芎提取物制成凝胶膏剂，充分发挥其载药量大、对皮肤刺激性小、重复揭贴性好的特点。由于影响凝胶膏剂成型的因素较多，若采用正交试验，则试验次数较多，而均匀设计中每个因素的每一水平仅需做一次试验，且试验点均匀分散。因此，本研究以聚丙烯酸钠（NP-700）、甘羟铝、酒石酸和甘油为基质，设计均匀试验，以初黏力、持黏力、剥离强度和膜残留作为评价指标，采用效应面法筛选处方工艺，对凝胶膏剂基质组成比例进行考察。
1 仪器与试药
初黏性测试仪（济南兰光机电技术有限公司，CZY-G），持黏
性测试仪（济南兰光机电技术有限公司，CZY-65），电子剥离试验机（济南兰光机电技术有限公司，BLD-200N），电子分析天平（北京赛多利斯科学仪器有限公司，BSA 224S）。
Viscomate NP-700（美国国际特品公司），甘羟铝（上海柯豪贸易有限公司），酒石酸（天津市福晨化学试剂厂），丙三醇（西陇化工股份有限公司）。川芎（批号208041）购自北京华邈中药工程技术开发中心，经北京中医药大学刘春生教授鉴定分别为伞形科植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的干燥根茎。
2 方法与结果
2.1 凝胶膏剂的制备
取适量NP-700和甘羟铝，用甘油分散，搅拌均匀后作为A相；酒石酸用适量水溶解后作为B相。将一定浓缩程度和一定体积的川芎提取液加入B相，混合均匀，然后倒入A相，快速搅拌，交联后将其涂于6 cm×4 cm的无纺布上，自然晾干，加防粘层，制得凝胶膏剂。
2.2 凝胶膏剂质量评价方法
2.2.1 初黏力测定 参照2010年版《中华人民共和国药典》（一部）附录Ⅻ E贴膏剂黏附力测定法第一法[3]，平行测试3份，取平均值。
2.2.2 持黏力测定 参照2010年版《中华人民共和国药典》（一部）附录Ⅻ E贴膏剂黏附力测定法第二法[3]，试验结果以3份供试品的脱落时间均值表示。
2.2.3 剥离强度测定 参照2010年版《中华人民共和国药典》（一部）附录Ⅻ E贴膏剂黏附力测定法第三法[3]，测量3次，取平均值。
2.2.4 膜残留测定 凝胶膏剂放置成型并恒重后，加盖防黏膜，用压辊在膏体上来回滚压3次，以确保黏接处无气泡存在，室温放置2 h后，揭去防黏膜，称重，以防黏膜上残留的膏体质量与加盖防黏膜之前膏体质量的比值作为膜残留率。膜残留率<0.05记5分，0.05～0.30记4分，0.31～0.60记3分， 0.61～0.90记2分，>0.90记1分[4]。
2.3 均匀试验设计
2.3.1 考察因素和水平 凝胶膏剂由黏合剂、交联剂、保湿剂、pH调节剂等物质组成[5]，黏合剂为骨架材料，交联剂通过金属离子与黏合剂进行络合，pH调节剂通过控制金属离子的游离来控制交联速度，润湿剂则将其他基质分散均匀，控制膏体的软硬程度。各个基质都对凝胶膏剂的成型有显著影响。根据预试验结果，选用NP-700、甘羟铝、甘油、酒石酸为凝胶膏剂的主要组成原料，采用均匀设计法[6]进行试验，考察因素水平见表1。
2.3.2 均匀设计试验与结果 以凝胶膏剂的初黏力、持黏力、剥离强度和膜残留为指标，采用均匀设计法，选用U18（1811）均匀设计表[7]，按照以上因素和水平进行拟水平试验，按“2.1”项下方法制成凝胶膏剂，按“2.2”项下方法对凝胶膏剂进行质量评价。以Y1为初黏力（球号），Y2为持黏力（s），Y3为剥离强度（N），Y4为膜残留（分值）。试验设计与结果见表2。
2.3.3 结果分析 采用DPS7.05统计软件，以评价指标分别对各因素进行多元线性回归和二次多项式回归[8]，通过相关系数（r）和F值以及P值对模型进行评价。结果见表3。
由模型拟合结果可知，Y3（剥离强度）无论用多元线性还是二次多项式回归拟合，均P>0.05，说明各因素量的变化对剥离强度的影响无统计学意义，故在此不予考虑。用二次多项式对初黏力、持黏力和剥离强度的拟合结果均优于多元线性回归。各因素对评价指标作用，及各因素间相互作用，通过二次多项式拟合，用各项的系数和P值体现[9]，结果见表4。
由各项系数及对应P值可知，Y1（初黏力）主要受X1、X5影响，X1、X3对Y1有显著交互作用；Y2（持黏力）主要受X2影响，且正相关作用显著，X1、X3也对其有显著交互作用；Y4（膜残留）主要受X1、X5影响，X1、X4及X3、X6都对Y4有交互影响，但X1与X4对Y4影响较大。由于各因素对指标均有影响，因此难以从回归方程中优化出各因素的最佳取值。 2.4 效应面评估和优化
为使各因素与评价指标关系更为直观，用Statistica6.0软件绘制初黏力（Y1）、持黏力（Y2）和膜残留（Y4）与其较显著的2个交互影响因素的三维效应面[10]。结果见图1～图3。
由图1可知，X1用量越大，初黏力越小；当X1取值在0.5～1.2时，初黏力随X3用量的增加而增大。由于初黏力越高，凝胶膏剂和皮肤的黏附性越好，因此，对于初黏力，X1、X3的取值范围分别在0.5～1.2、7～11时，Y1取值能满足凝胶膏剂初黏力要求。
由图2可知，持黏力随X1用量的增加而增大。持黏力越高，说明凝胶膏剂内聚力越大，膏体成型性越好，不易脱膏，因此当X1、X3取值范围分别在1.0～1.4、3～9时，持黏力最佳。
膜残留越小，凝胶膏剂剥离时残留在皮肤上的量越少，因此，对于图3，较优区域应是同心圆区域，即对于膜残留，X1、X4的最佳取范围分别为1.1～1.4、0.04～0.07。
由表5可知，Y2主要受X2影响，且X2分别与X5、X6对Y2存在较弱的交互作用，分别做X2、X5及X2、X6对Y2作用的三维响应面，见图4、图5。
由图4可知，X5=4时，Y2取值最大；由图5可知，X2、X6的最佳取值范围分别为0.08～0.11、4～5。综上，各因素的最佳取值范围见表5。
根据表5综合评价，在载药量最大的基础上，各基质取最小用量，药物用量取最大值，即佳处方配比为：X1=1.1（g），X2=0.08（g），X3=7（g），X4=0.04（g），X5=4（g/mL），X6=5（mL）。
2.5 验证试验
按照上述最佳处方用量，按“2.1”项下基质制备工艺制备3批凝胶膏剂，并照“2.2”项下方法测定初黏力、持黏力、剥离强度和膜残留，每个数据为3个样品测定的平均值，结果见表6，说明优选的处方和工艺重复性好。
3 讨论
凝胶膏剂处方优化中，常需考察多个因素的多个水平，寻找一种试验次数少而尽可能接近全面试验优化出结果的试验设计方法至关重要。均匀设计可将有关试验的水平数均匀分散在试验范围内，使有限的数据有广泛的代表性，可大幅度减少试验次数。本试验以基质中黏合剂（NP-700）、交联剂（甘羟铝）、pH调节剂（酒石酸）、保湿剂（甘油）用量及药液浓缩程度和加入体积为考察因素，以初黏力、持黏力、剥离强度及膜残留为评价指标，采用混合均匀设计安排试验，
用量及药液浓缩程度和加入体积为考察因素，以初黏力、持黏力、剥离强度及膜残留为评价指标，采用混合均匀设计安排试验，并对结果进行拟合分析，以较少的试验次数建立了考察因素和考察指标之间的二次多项式数学模型。
由于考察指标较多，各因素间也存在相互影响，若通过各二次多项式直接优选则不能得到统一的结果。而效应面可以将二次多项式中因变量与自变量的关系直观地用图像的形式反映出来，尤其适用于因素间有交互作用的情况。因此，本试验根据回归模型，进一步用效应面法绘制评价指标与对指标有显著交互影响因素的三维效应面和二维等高图，从图中读取最佳工艺范围，选取最优组合。
均匀设计结合效应面法共同选取凝胶膏剂最佳处方工艺，既发挥了均匀设计“均匀分散、试验次数少”的特点[11]，又使各因素对指标的影响结果通过效应面更为直观、更加准确地反映出来。
试验综合考虑了凝胶膏剂的黏着力、剥离强度、膜残留等因素，但对凝胶膏剂制备过程中温度、湿度、交联时间及凝胶膏剂的释放度、透皮吸收速率等影响因素考虑不够，仍需作进一步的研究。
参考文献：
[1] 李秋怡，干国平，刘焱文.川芎的化学成分及药理研究进展[J].时珍国医国药，2006，17（7）：1298-1299.
[2] 饶正乔.川芎外敷及川芎加味内服治疗膝骨关节炎33例[J].光明中医， 2012，27（2）：304-305.
[3] 国家药典委员会.中华人民共和国药典：一部[S].北京：中国医药科技出版社，2010：附录74-75.
[4] 刘月环.宣痹凝胶膏剂的制备及质量标准制定[D].北京：北京中医药大学，2012.
[5] 郑俊民.经皮给药新剂型[M].北京：人民卫生出版社，2006：366- 370.
[6] 曾昭钧.均匀设计及其应用[M].北京：中国医药科技出版社，2005：9-34.
[7] 方开泰.均匀设计与均匀设计表[M].北京：科学出版社，1994：附录1.
[8] 李智勇，孙冬梅，杜建平.均匀设计法优选癌痛巴布剂的基质处方研究[J].中国实验方剂学杂志，2010，16（3）：1-3.
[9] Bijay Kumar Poudel， Nirmal Marasini， Tuan Hiep Tran， et al. Formulation， characterization and optimization of valsartan self-microemulsifying drug delivery system using statistical design of experiment[J]. Chem Pharm Bull，2012，60（11）：1409- 1418.
[10] 汤秀珍，王承潇，张皓.星点设计-效应面法优化关节止痛膏贴剂处方[J].中草药，2012，43（1）：89-90.
[11] 徐维佳，周海虹，陈少东.均匀设计在中药复方研究中的应用分析[J].中国实验方剂学杂志，2010，16（13）：236-239.
（收稿日期：2013-05-13，编辑：陈静）
关键词：均匀设计；效应面法；凝胶膏剂；川芎
DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2013.12.024
中图分类号：R283.5 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2013）12-0064-03
骨关节炎是临床常见的退行性疾病，是导致中老年群体功能残疾的主要疾病之一。骨关节炎的症状表现为关节疼痛、肿胀、关节僵硬、肌力下降、不能远行等，其中关节疼痛是困扰患者的主要因素，也是治疗的重点。川芎提取物中的阿魏酸及挥发油成分具有抗炎、镇痛、消除平滑肌痉挛等作用[1]。临床研究也表明，川芎外用可显著改善骨关节炎的疼痛症状[2]。本试验以新型水溶性高分子材料为基质，将川芎提取物制成凝胶膏剂，充分发挥其载药量大、对皮肤刺激性小、重复揭贴性好的特点。由于影响凝胶膏剂成型的因素较多，若采用正交试验，则试验次数较多，而均匀设计中每个因素的每一水平仅需做一次试验，且试验点均匀分散。因此，本研究以聚丙烯酸钠（NP-700）、甘羟铝、酒石酸和甘油为基质，设计均匀试验，以初黏力、持黏力、剥离强度和膜残留作为评价指标，采用效应面法筛选处方工艺，对凝胶膏剂基质组成比例进行考察。
1 仪器与试药
初黏性测试仪（济南兰光机电技术有限公司，CZY-G），持黏
性测试仪（济南兰光机电技术有限公司，CZY-65），电子剥离试验机（济南兰光机电技术有限公司，BLD-200N），电子分析天平（北京赛多利斯科学仪器有限公司，BSA 224S）。
Viscomate NP-700（美国国际特品公司），甘羟铝（上海柯豪贸易有限公司），酒石酸（天津市福晨化学试剂厂），丙三醇（西陇化工股份有限公司）。川芎（批号208041）购自北京华邈中药工程技术开发中心，经北京中医药大学刘春生教授鉴定分别为伞形科植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的干燥根茎。
2 方法与结果
2.1 凝胶膏剂的制备
取适量NP-700和甘羟铝，用甘油分散，搅拌均匀后作为A相；酒石酸用适量水溶解后作为B相。将一定浓缩程度和一定体积的川芎提取液加入B相，混合均匀，然后倒入A相，快速搅拌，交联后将其涂于6 cm×4 cm的无纺布上，自然晾干，加防粘层，制得凝胶膏剂。
2.2 凝胶膏剂质量评价方法
2.2.1 初黏力测定 参照2010年版《中华人民共和国药典》（一部）附录Ⅻ E贴膏剂黏附力测定法第一法[3]，平行测试3份，取平均值。
2.2.2 持黏力测定 参照2010年版《中华人民共和国药典》（一部）附录Ⅻ E贴膏剂黏附力测定法第二法[3]，试验结果以3份供试品的脱落时间均值表示。
2.2.3 剥离强度测定 参照2010年版《中华人民共和国药典》（一部）附录Ⅻ E贴膏剂黏附力测定法第三法[3]，测量3次，取平均值。
2.2.4 膜残留测定 凝胶膏剂放置成型并恒重后，加盖防黏膜，用压辊在膏体上来回滚压3次，以确保黏接处无气泡存在，室温放置2 h后，揭去防黏膜，称重，以防黏膜上残留的膏体质量与加盖防黏膜之前膏体质量的比值作为膜残留率。膜残留率<0.05记5分，0.05～0.30记4分，0.31～0.60记3分， 0.61～0.90记2分，>0.90记1分[4]。
2.3 均匀试验设计
2.3.1 考察因素和水平 凝胶膏剂由黏合剂、交联剂、保湿剂、pH调节剂等物质组成[5]，黏合剂为骨架材料，交联剂通过金属离子与黏合剂进行络合，pH调节剂通过控制金属离子的游离来控制交联速度，润湿剂则将其他基质分散均匀，控制膏体的软硬程度。各个基质都对凝胶膏剂的成型有显著影响。根据预试验结果，选用NP-700、甘羟铝、甘油、酒石酸为凝胶膏剂的主要组成原料，采用均匀设计法[6]进行试验，考察因素水平见表1。
2.3.2 均匀设计试验与结果 以凝胶膏剂的初黏力、持黏力、剥离强度和膜残留为指标，采用均匀设计法，选用U18（1811）均匀设计表[7]，按照以上因素和水平进行拟水平试验，按“2.1”项下方法制成凝胶膏剂，按“2.2”项下方法对凝胶膏剂进行质量评价。以Y1为初黏力（球号），Y2为持黏力（s），Y3为剥离强度（N），Y4为膜残留（分值）。试验设计与结果见表2。
2.3.3 结果分析 采用DPS7.05统计软件，以评价指标分别对各因素进行多元线性回归和二次多项式回归[8]，通过相关系数（r）和F值以及P值对模型进行评价。结果见表3。
由模型拟合结果可知，Y3（剥离强度）无论用多元线性还是二次多项式回归拟合，均P>0.05，说明各因素量的变化对剥离强度的影响无统计学意义，故在此不予考虑。用二次多项式对初黏力、持黏力和剥离强度的拟合结果均优于多元线性回归。各因素对评价指标作用，及各因素间相互作用，通过二次多项式拟合，用各项的系数和P值体现[9]，结果见表4。
由各项系数及对应P值可知，Y1（初黏力）主要受X1、X5影响，X1、X3对Y1有显著交互作用；Y2（持黏力）主要受X2影响，且正相关作用显著，X1、X3也对其有显著交互作用；Y4（膜残留）主要受X1、X5影响，X1、X4及X3、X6都对Y4有交互影响，但X1与X4对Y4影响较大。由于各因素对指标均有影响，因此难以从回归方程中优化出各因素的最佳取值。 2.4 效应面评估和优化
为使各因素与评价指标关系更为直观，用Statistica6.0软件绘制初黏力（Y1）、持黏力（Y2）和膜残留（Y4）与其较显著的2个交互影响因素的三维效应面[10]。结果见图1～图3。
由图1可知，X1用量越大，初黏力越小；当X1取值在0.5～1.2时，初黏力随X3用量的增加而增大。由于初黏力越高，凝胶膏剂和皮肤的黏附性越好，因此，对于初黏力，X1、X3的取值范围分别在0.5～1.2、7～11时，Y1取值能满足凝胶膏剂初黏力要求。
由图2可知，持黏力随X1用量的增加而增大。持黏力越高，说明凝胶膏剂内聚力越大，膏体成型性越好，不易脱膏，因此当X1、X3取值范围分别在1.0～1.4、3～9时，持黏力最佳。
膜残留越小，凝胶膏剂剥离时残留在皮肤上的量越少，因此，对于图3，较优区域应是同心圆区域，即对于膜残留，X1、X4的最佳取范围分别为1.1～1.4、0.04～0.07。
由表5可知，Y2主要受X2影响，且X2分别与X5、X6对Y2存在较弱的交互作用，分别做X2、X5及X2、X6对Y2作用的三维响应面，见图4、图5。
由图4可知，X5=4时，Y2取值最大；由图5可知，X2、X6的最佳取值范围分别为0.08～0.11、4～5。综上，各因素的最佳取值范围见表5。
根据表5综合评价，在载药量最大的基础上，各基质取最小用量，药物用量取最大值，即佳处方配比为：X1=1.1（g），X2=0.08（g），X3=7（g），X4=0.04（g），X5=4（g/mL），X6=5（mL）。
2.5 验证试验
按照上述最佳处方用量，按“2.1”项下基质制备工艺制备3批凝胶膏剂，并照“2.2”项下方法测定初黏力、持黏力、剥离强度和膜残留，每个数据为3个样品测定的平均值，结果见表6，说明优选的处方和工艺重复性好。
3 讨论
凝胶膏剂处方优化中，常需考察多个因素的多个水平，寻找一种试验次数少而尽可能接近全面试验优化出结果的试验设计方法至关重要。均匀设计可将有关试验的水平数均匀分散在试验范围内，使有限的数据有广泛的代表性，可大幅度减少试验次数。本试验以基质中黏合剂（NP-700）、交联剂（甘羟铝）、pH调节剂（酒石酸）、保湿剂（甘油）用量及药液浓缩程度和加入体积为考察因素，以初黏力、持黏力、剥离强度及膜残留为评价指标，采用混合均匀设计安排试验，
用量及药液浓缩程度和加入体积为考察因素，以初黏力、持黏力、剥离强度及膜残留为评价指标，采用混合均匀设计安排试验，并对结果进行拟合分析，以较少的试验次数建立了考察因素和考察指标之间的二次多项式数学模型。
由于考察指标较多，各因素间也存在相互影响，若通过各二次多项式直接优选则不能得到统一的结果。而效应面可以将二次多项式中因变量与自变量的关系直观地用图像的形式反映出来，尤其适用于因素间有交互作用的情况。因此，本试验根据回归模型，进一步用效应面法绘制评价指标与对指标有显著交互影响因素的三维效应面和二维等高图，从图中读取最佳工艺范围，选取最优组合。
均匀设计结合效应面法共同选取凝胶膏剂最佳处方工艺，既发挥了均匀设计“均匀分散、试验次数少”的特点[11]，又使各因素对指标的影响结果通过效应面更为直观、更加准确地反映出来。
试验综合考虑了凝胶膏剂的黏着力、剥离强度、膜残留等因素，但对凝胶膏剂制备过程中温度、湿度、交联时间及凝胶膏剂的释放度、透皮吸收速率等影响因素考虑不够，仍需作进一步的研究。
参考文献：
[1] 李秋怡，干国平，刘焱文.川芎的化学成分及药理研究进展[J].时珍国医国药，2006，17（7）：1298-1299.
[2] 饶正乔.川芎外敷及川芎加味内服治疗膝骨关节炎33例[J].光明中医， 2012，27（2）：304-305.
[3] 国家药典委员会.中华人民共和国药典：一部[S].北京：中国医药科技出版社，2010：附录74-75.
[4] 刘月环.宣痹凝胶膏剂的制备及质量标准制定[D].北京：北京中医药大学，2012.
[5] 郑俊民.经皮给药新剂型[M].北京：人民卫生出版社，2006：366- 370.
[6] 曾昭钧.均匀设计及其应用[M].北京：中国医药科技出版社，2005：9-34.
[7] 方开泰.均匀设计与均匀设计表[M].北京：科学出版社，1994：附录1.
[8] 李智勇，孙冬梅，杜建平.均匀设计法优选癌痛巴布剂的基质处方研究[J].中国实验方剂学杂志，2010，16（3）：1-3.
[9] Bijay Kumar Poudel， Nirmal Marasini， Tuan Hiep Tran， et al. Formulation， characterization and optimization of valsartan self-microemulsifying drug delivery system using statistical design of experiment[J]. Chem Pharm Bull，2012，60（11）：1409- 1418.
[10] 汤秀珍，王承潇，张皓.星点设计-效应面法优化关节止痛膏贴剂处方[J].中草药，2012，43（1）：89-90.
[11] 徐维佳，周海虹，陈少东.均匀设计在中药复方研究中的应用分析[J].中国实验方剂学杂志，2010，16（13）：236-239.
（收稿日期：2013-05-13，编辑：陈静）