皮膚外用制劑是一類作用于皮膚發(fā)揮局部或全身治療作用的制劑，劑型包括軟膏劑、乳膏劑、凝膠劑、散劑、水劑及洗劑等。在藥學領域，可以應用流變學理論對皮膚外用制劑（如軟膏劑、乳膏劑、凝膠劑等）的劑型設計、處方組成、工藝參數、質量控制、貯藏、使用、安全性、有效性等進行評價，并具有一定的指導作用。例如，皮膚外用制劑的流變學性質會影響其從瓶狀或管狀容器中的擠出行為，產品在皮膚上的鋪展性和黏附性，以及藥物從基質中的釋放等，進而影響產品的有效性和安全性。

近年來，我國愈加重視皮膚外用制劑的流變學研究，國家藥品監(jiān)督管理局最新頒布的《中華人民共和國藥典》（2020年版）四部中收錄了黏度的測定方法。此外，國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評中心于2018年7月1日頒布的《新注冊分類的皮膚外用仿制藥的技術評價要求（征求意見稿）》明確要求，需將皮膚外用制劑的流變特性作為制劑的關鍵質量屬性進行相應研究。流變學性質研究方法主要分為穩(wěn)態(tài)流變學研究和動態(tài)流變學研究，通過兩種方法的有機結合，可以充分剖析制劑的流變學性質。下面我們首先介紹一下皮膚外用制劑的穩(wěn)態(tài)流變學研究，同時也介紹一下上海保圣RH-30流變儀在皮膚外用制劑穩(wěn)態(tài)流變學研究中的應用。

1.穩(wěn)態(tài)流變學研究

穩(wěn)態(tài)測試是在恒定的剪切速率下，觀察黏度或應力隨時間的變化。對樣品進行穩(wěn)態(tài)流變學研究，可以獲得流變曲線、屈服應力、觸變性和蠕變性等流變學特征，這些參數均可作為制劑的關鍵質量屬性，指導制劑的開發(fā)。我們用上海保圣RH-30流變儀來表征皮膚外用制劑的流變學特性。

1.1流變曲線

流變曲線是指流體的剪切應力與剪切速率之間的關系曲線，可以通過公式?? = ?????來描述，其中，τ為剪切應力；γ為剪切速率；η為黏度，可通過流變曲線的斜率獲得。根據流變曲線，可以得到流體的黏度隨剪切速率的變化。當流體受到剪切作用時，可以根據剪切應力隨剪切速率的變化趨勢來判斷流體的類型，其中，隨著剪切速率的增大，牛頓流體的剪切應力呈線性增大，其黏度保持不變；假塑性流體的剪切應力逐漸減小，其黏度也隨之降低；脹塑性流體的剪切應力逐漸增大，其黏度也隨之升高。

皮膚外用制劑通常表現出非牛頓性，高剪切力的作用會導致黏度的降低，便于在皮膚表面的鋪展，制劑的鋪展性直接與患者在使用過程中的直觀感受及治療順從性相關。使用錐板型流變儀測定了鹽酸金霉素眼膏的流變曲線，發(fā)現眼膏劑的黏度隨剪切速率的增加而顯著減小，表明此產品為剪切變稀的假塑性非牛頓流體。研究丹皮酚凝膠的流變學性質，發(fā)現其黏度隨剪切速率的增加而減小，為剪切變稀的非牛頓假塑性流體，這種性質有利于凝膠在鼻腔的剪切作用下保持低黏度狀態(tài)，增加流動性，從而使凝膠到達更深的嗅覺區(qū)，更好地發(fā)揮藥效。另外，采用合適的數學模型對流變曲線進行擬合，可得到制劑的屈服應力、零剪切黏度、無限剪切黏度等參數，進一步表征流變行為。

1.2屈服應力

屈服應力是表征樣品開始流動或停止流動的臨界應力，可用于評估皮膚外用制劑在使用過程中的鋪展性以及產品灌裝時的易實現性。反映屈服應力的數值為屈服值，它在微觀上反映粒子在三維網狀結構中的相互作用力，研究睪酮透皮凝膠處方對屈服應力的影響，研究發(fā)現卡波姆用量增加會導致用于中和的羧基和鈉離子的比率增加，并形成卡波姆間隙，卡波姆的溶脹作用使間隙彼此壓緊，使得處于間隙之間部分的剛性逐漸增強，導致凝膠屈服應力的增大；氫氧化鈉含量升高，會引發(fā)滲透壓的不平衡和較強的靜電相互作用，這兩種作用均會使得卡波姆間隙相互擠壓，導致屈服應力增大。研究羥丙基甲基纖維素（HPMC）對石蠟油乳液性質的影響，發(fā)現隨乳液中HPMC濃度的升高，屈服應力逐漸增大。屈服應力較高時，在一定的剪切力作用下，乳滴不易朝剪切流動方向移動，且不易破裂，具有良好的穩(wěn)定性。

1.3 觸變性

觸變性是指體系在攪動或其他機械作用下，分散體系的黏度或剪切應力隨時間變化的一種流變學現象。對于乳膏等皮膚外用制劑，觸變性越大，表明樣品從半固體變?yōu)榱黧w后，恢復成原狀態(tài)的能力越大，其阻止沉淀發(fā)生的能力越強，制劑就越穩(wěn)定。一般來說，皮膚外用制劑在使用過程中會經受反復的擠壓操作，為保證制劑具有良好的物理穩(wěn)定性，需通過觸變性來判斷微觀結構的恢復程度，從而保證其藥效。因此，觸變性是皮膚外用制劑穩(wěn)定性的重要評價指標。發(fā)現有些分散體系的黏度隨剪切時間的延長而降低，靜止后又恢復，即具有時間因素的剪切變稀現象，稱為正觸變性。反之，如果分散體系的黏度隨剪切時間的延長而增加，即具有時間因素的剪切變稠現象，稱為負觸變性，或震凝性。觸變性可反映體系在一定外力下內部結構的變化，一般來說，正觸變性表明在外力作用下體系內某種結構的破壞速率大于其恢復速率，使得制劑在快速剪切時，黏度迅速降低，便于在患處的均勻涂抹；且在停止剪切后，制劑在短時間內即可恢復至原有黏度，利于制劑在用藥部位的長時間黏附，減少藥物的使用次數；而發(fā)生震凝效應時，體系內部形成了某種新的結構，此性質導致制劑在快速剪切時，黏度迅速增大，產生結塊現象，導致涂抹困難，難以達到預期的治療效果，降低患者的順應性。發(fā)現不同冷卻速度制備的乳膏，其觸變性存在顯著差異；冷卻速率為2.25 ℃/min和1.74 ℃/min的乳膏呈正觸變性，而0.89 ℃/min和0.18 ℃/min的乳膏呈負觸變性，此種性質的乳膏更適用于皮膚外用。

通常采用“振蕩-旋轉-振蕩"3段測試法測定樣品的觸變性，也稱為ORO測試，即第一步，使用線性黏彈區(qū)內的低應變值進行極低剪切的振蕩測試，以模擬靜態(tài)特性；第二步，使用高剪切速率進行強烈剪切的旋轉測試，以模擬使用期間樣品的結構分解；第三步，使用與第一步測量段相同的線性黏彈區(qū)的低應變值，以模擬靜態(tài)時的結構恢復。在兩個進行振蕩的測量段中，使用相同的角頻率進行測試。在三段法測試觸變性的研究中，恢復后形成的體系結構與原體系可能不同，即在流變學曲線中表現為剪切速率上升和降低前后，曲線并不重合，形成觸變環(huán)，其面積越大，表明觸變性越大。研究不同類型的眼用制劑，發(fā)現其均具有較強觸變性，表現為在低剪切時具有較高黏度，在高剪切時黏度較低，隨后恢復低剪切時，黏度也隨之恢復。這種流變學性質將有助于產品的使用，剛滴入眼睛時，眼瞼的快速剪切使產品的黏度降低，有利于制劑的充分涂布；當眼瞼停止剪切時，產品的黏度逐漸恢復，保證藥物的長時間停留，利于更好地發(fā)揮藥效。

描述觸變性流體的流變行為時，可以選擇適當的本構模型。本構模型是表示流體本構關系的物理模型，本構關系可以將描述連續(xù)介質變形的參量與描述內力的參量相聯系，是流體宏觀力學性能的綜合反映。不同類型流體的觸變性可以不同的本構模型來描述：（1）對于無彈性、無屈服應力的流體，可用Moore模型、冪率模型和Cross模型來表征其觸變行為；（2）具有屈服應力流體的觸變行為可用Worrall-Tuliani模型、雙線性模型和冪率模型來表征其觸變行為；（3）對于同時具有黏彈性和觸變性行為的流體，可以采用結構網絡模型、Quemada模型來表征其觸變行為。測定了Salep和Balangu樣品的剪切應力-剪切速率曲線，使用二階結構動力學模型、Weltman模型、一階應力衰減模型來描述觸變性，經擬合程度（R2）對比，最終選用具有非零穩(wěn)態(tài)應力的一階應力衰減模型（R2>0.96），通過此模型可得到屈服應力、平衡應力等參數，以此進一步優(yōu)化處方和制備方法。

1.4 蠕變

蠕變是指對物質附加一定應力時，其隨著時間變化表現為一定的伸展性或形變，是材料的緩慢變形。只要所施加的應力與相應應變成一定的比例，黏彈性的相關理論——Boltzmann 疊加原理就可以應用于蠕變實驗中。它是測試皮膚外用制劑黏彈性最為簡便的方法之一。皮膚外用制劑的蠕變曲線通?？煞譃?個區(qū)域：（1）瞬時彈性區(qū)域，代表一級結構鍵的彈性拉伸；（2）彎曲的黏彈性區(qū)，表示由于二級鍵的斷裂和重整以及黏性流動而產生的晶體或液滴的取向，所有鍵都不會以相同的速率斷裂和重整，并且將存在較寬范圍的延遲時間（即黏度與彈性之比）；（3）應力消除后，應變的響應稱為恢復曲線，瞬時彈性區(qū)域和黏彈性區(qū)域分別全部或部分恢復，黏性區(qū)域無法恢復。

樣品的“蠕變-恢復"特性測定分兩步完成，首先保持應力恒定，隨時間的變化，逐漸改變應變，這一步驟稱為蠕變；隨后將應力全部或部分解除，觀察已發(fā)生的應變隨時間的變化，這一步驟為恢復?！叭渥?恢復"測試可以反映低速下產品的黏彈性特征，零黏度應力測定可以反映產品的儲存穩(wěn)定性和剪切后結構的可恢復性。其中，變形量越低，表明分散體系越穩(wěn)定；如果樣品在短時間內表現出較大的形變，表明產品的彈性較好；在測定中的變形量較小，表明產品的穩(wěn)定性更佳。研究不同處方的西托醇乳膏的蠕變性質，發(fā)現其蠕變行為差異較大，且不同貯存時間的各處方的蠕變行為也表現出較大差異，因此可將蠕變行為作為處方篩選的重要依據，研究不同類型表面活性劑（如脫水山梨糖醇單酯、脫水山梨糖醇單月桂酸酯、單棕櫚酸酯、單硬脂酸酯和單油酸酯等）對乳膏性質的影響，測定了不同處方乳膏的流變性質，并使用 Burger 模型和 Maxwell 模型對蠕變測定結果進行分析，結果顯示表面活性劑的雙鍵結構可能會降低乳膏的彈性，且隨表面活性劑烷基鏈的增長和用量的增加，乳膏的彈性增加，其穩(wěn)定性也更好。