背景

從表界面角度出發，通過對藥物、輔料，醫用材料等自身表界面性質的運用，改變界面間的表面張力，接觸角等，達到潤濕、增溶、分散，提高生物相容性等目的，滿足生物利用需求。另外，在藥物一致性評價工作中也應關注表界面特性的作用，往往仿制藥與原研藥之間的差異，是由于二者之間的物性差異所造成，而表界面特性就是其中之一。本文簡述了表面張力儀和接觸角測量儀在醫藥研發和質量控制中一些應用，以期能為廣大的藥物工作者提供些許的幫助。

1.藥物制劑中的表面張力

表面活性劑在藥物制劑的制備中被廣泛應用，能顯著降低分散系的表面（界面）張力，因此可用作乳化劑、助懸劑、增溶劑、促吸收劑、潤濕劑、起泡劑與消泡劑、去污劑等，是藥用乳劑、懸濁劑、脂質體等的重要輔料。

藥液的表面張力則可以通過KRüSS的表面張力儀（板法，環法）或者光學接觸角儀（懸滴法）來測試。如果藥物體系比較珍貴，也可以使用小劑量配件，來測試微量液體的表面張力。

比如，眼藥水通常用于將活性藥物成分（API）直接涂在眼睛上。而表面張力在這個過程中起著關鍵作用，表面張力會影響潤濕以及淚膜的破裂時間，同時液滴的體積與表面張力也有關系。通過添加表面活性成分，來調配表面張力大小，以及控制和優化眼藥水的體積。

2.界面張力與乳化作用

水相、油相兩不相溶的組分難以自發形成乳狀液，這就需要乳化劑，以維持這兩相間的穩定性，進而形成乳狀液。乳化劑的添加量則可以通過界面張力來確定，油水兩相之間的界面張力越低，越容易形成比較穩定的乳液。

由油相、水相、乳化劑、助乳化劑組成的自微乳釋藥系統是基于微乳釋藥系統發展建立起來的新型給藥系統，通過對配方的篩選，降低界面張力，可以極大的促進藥物的溶解度。

3.臨界膠束濃度和增溶作用

表面活性劑在溶液中超過一定濃度時會從單體（單個離子或分子）締合成為膠態聚合物，即膠束（或稱膠團）。開始形成膠束的濃度稱為臨界膠束濃度(critical micelle concentration)，用CMC表示。當溶液中形成膠束后溶液的性質如滲透壓、濃度、表面張力、摩爾電導等都存在突變現象。

很多藥物具有脂溶性或難溶性結構，進入人體后溶出濃度不足以達到有效血藥濃度。藥物通過與溶劑中表面活性劑膠束的可逆相互作用而發生的自發溶解，與表面活性劑的臨界膠束濃度相關。預測藥物在生物相關介質中的增溶性，以及研究載藥膠束等，都離不開臨界膠束濃度。還可以用臨界膠束濃度，研究不同表面活性劑的降低表面張力的活性，篩選合適的表面活性劑。

KRüSS的K100表面張力儀可以通過連接兩個分液器，全自動測量臨界膠束濃度。

4.用接觸角分析藥物粉末的潤濕性

藥物的難溶性，也是藥物研發過程中亟待解決的問題之一。藥物顆粒的潤濕是溶解的第一步，是片劑崩解、顆粒溶化、藥物溶出等藥物使用并在體內發揮療效的首要步驟。

KRüSS的光學接觸角分析儀可以通過測量接觸角來分析潤濕性。疏水的粉末或者片劑，可以直接將液滴滴在固體上測量接觸角，分析潤濕性即可。針對親水性的粉末樣品，通過記錄接觸角隨時間變化的曲線，橫向比對不同樣品的潤濕速度的差異。

KRüSS的K系列表面張力儀，采用Washburn的方法，也可以精確的定量測定粉末和液體的接觸角，用來評價兩者之間的潤濕性能。

測量過程：將粉末樣品均勻填充入底部用濾紙封閉的玻璃管中，將玻璃管與液體接觸，根據粉末吸附的液體質量隨時間的變化關系，測試粉末和液體之間的接觸角。接觸角越小，潤濕性越好。由于是通過毛細作用吸附下方的液體，所以此種方法要求粉末和待測液體的接觸角小于90°。

計算公式和測試示意圖如下：

5.接觸角和生物相容性

生物醫用材料中常用的是鈦以及鈦合金，但由于其自身表面性質不甚理想，需要使用各種表面處理手段改善鈦及鈦合金的表面性質。親水性的鈦合金表面可以增強蛋白質，細胞以及種植體的作用，避免細菌的粘附。而親疏水性則可以通過光學接觸角分析儀來進行測量。接觸角越大，越疏水，接觸角越小，親水性越好。

如果樣品尺寸非常小，普通的光學接觸角很難測試樣品表面的親疏水性。KRüSS的DSA100M接觸角分析儀，可以在微小樣品表面滴定皮升級的液滴，分析潤濕性。

6.包裝材料中的表面張力和接觸角

除了藥物的研發，在包裝過程中也可以使用表面張力和接觸角來幫助解決一些問題。比如在制備凍干粉的過程中，藥液因為表面張力引起的馬蘭戈尼效應會在瓶內部產生掛壁現象，影響使用和美觀。這種也可以通過調整藥液的表面張力或者對瓶內部做疏水處理來改善掛壁現象。

7.動態表面張力和中藥提取液的霧化行為

當前中藥制劑的研究越來越精細，中藥原料的表面特性也應作為關注的重點之一。首先從中藥制劑原料的提取、分離等制劑前處理階段開始，提取過程的潤濕和滲透、濃縮過程的起泡和消泡、干燥過程的黏附和吸濕等都有表界面特性的參與和影響。

上海中醫藥的大學王老師發現中藥提取液的霧滴粒徑與藥液的動態表面張力存在一定的相關關系，影響藥物制劑領域的霧化過程，同時動態表面張力對擴散潤濕也有顯著影響。

動態表面張力指的是表面活性劑在達到平衡吸附前某一時刻的表面張力，是一個變化的值。KRüSS的BP100動態表面張力儀，可以測量從5ms到20萬ms時間內液體的表面張力變化，分析表面活性劑降低表面張力的動態行為和效率。

綜上所述，在醫藥研究中，表界面特性扮演著重要角色。KRüSS的表界面分析儀器可以幫助您從原料到成品，從生產到研發，多維度解決您的難題！