流變學與藥物制劑

何花2011.05.03

主要內容一、概述二、流變性質三、流體流動性質的測定方法四、流變學在藥劑中的應用

一、概述流變學（rheology）：是研究物質變形和流動的科學，屬于力學研究范疇，與化學特別是膠體化學、高分子化學密切相關。流變學研究的對象是：流體的流動性質、半固體的粘彈性和固體的彈性形變等性質。流變性（rheologicproperties）：指在適當的外力作用下物質所具有的流動和變形的性能。

內應力：單位面積上存在的與外力相對抗的內力。

應力：引起變形的作用力F除以作用面積A。彈性：除去外部應力時恢復原狀的性質。粘性：是液體內部所存在的阻礙液體流動的摩擦力，也稱內摩擦力。粘彈性物質（二）切變應力和切變速度

在流速不太快時，可將流動著的液體視為互相平行移動的液層叫層流，由于各層的速度不同，便形成速度梯度du/dy，這是流動的基本特征。yu剪切速度：速度梯度，單位s-1,以D表示。剪切應力：各液層間產生相對運動的外力叫剪切力，在單位面積A上所需施加的力稱為剪切應力，簡稱剪切力，單位N.m-2,以S表示。（三）層流、湍流Re=ρud/ρ密度u

流速d

管徑Re

雷諾氏系數層流：在低流速時，色流形成連貫線狀，在管中心保持平衡流動并且流線粗細無變化。湍流：色流瞬間與水混合，整個流體不規則流動。二、流變性質

一切流體的流變性都可以用切變速度D與切變應力S之間的關系曲線來描述，這種關系曲線稱為流變曲線（粘度曲線）。不同流變性的流體具有不同的流變曲線，根據流變曲線的不同，流體可以分為以下幾種：

1、牛頓流體

2、非牛頓流體牛頓流體的特點：

①一般為低分子的純液體或稀溶液。②在一定溫度下，牛頓液體的粘度為常數，它只是溫度的函數，隨溫度升高而減小。其他粘度的表示方法：運動粘度γ=η/ρ相對粘度ηγ=η/

η0（溶液的粘度/溶劑的粘度）(一)塑性流動(plasticflow)屈服值：引起塑性液體流動的最低切變應力S0（致流值）

S＜S0時，形成向上彎曲的曲線—彈性形變，不流動S＞S0時，剪切速度D和剪切應力呈直線關系—流動

塑性液體的流動公式：S-S0=′D

′-塑性粘度

在制劑中表現為塑性流動的劑型有：濃度較高的乳劑、混懸劑、單糖漿、涂劑在其它材料中表現：油漆、牙膏、泥漿等(二)假塑性流動(pseudoplasticflow)SD特點：沒屈服值；過原點的凹形曲線剪切力增大，粘度下降，液體變稀O

產生原因：長鏈高分子本身結構是不對稱的，靜止時有各種可能的取向，剪切力增大時，不對稱的分子逐漸將長軸轉向流動方向排列，減小了對流動的阻礙，表觀粘度隨之降低。剪切力越大，體系的表觀粘度就越小。在制劑中表現為假塑性流動的劑型有：某些親水性鏈狀高分子溶液及微粒分散體系處于絮凝狀態的液體。

假塑性流體流動公式Sn=′Dn-常數′-表觀粘度(三)脹性流動(dilatantflow)特點：沒屈服值；過原點的凸形曲線剪切力增大，表觀粘度增加，液體變稠DS0在制劑中表現為脹性流動的劑型為：含有大量固體微粒的高濃度混懸劑，如50%淀粉混懸劑、糊劑、淀粉、滑石粉等。

脹性流體流動公式Sn=′Dn-常數，值越大，脹性特性越突出′--表觀粘度環形曲線

滯后面積：上行線和下形線不重合DS(四）觸變性(thixotropic)觸變性：隨著剪切應力↑，粘度↓，剪切應力消除后粘度在等溫條件下緩慢地恢復到原來狀態的現象。廣義上講，假塑性流動、脹性流動也可以歸類到觸變性流動的范圍。藥劑中很多制劑具有觸變性：如普魯卡因、青霉素注射液。液體或半固體制劑：糖漿、某些軟膏等。

（五）粘彈性(viscoelasticity)粘彈性：高分子物質或分散體系具有粘性和彈性雙重特性。蠕變性(creep)：切變應力恒定時，粘彈性材料的變形隨時間逐漸增加的現象。應力緩和(stressrelaxation)：粘彈性材料受到一個突加恒定應力后，發生的應變隨時間逐漸減少的一種力學行為。具體測定方法：1.不隨時間變化的靜止測定法，即r0一定時，施加應力S0（一點法）。只適用于牛頓流體的測定一般用毛細管或落球粘度計2.旋轉或轉動測定法，對于膠體和高分子溶液的粘度，其變化主要依賴于剪切速度（多點法）

旋轉式、錐板、轉筒粘度計

（一）毛細管粘度計η1=η2ρ1t1/ρ2t2原理：在一定壓力下，根據一定容積的流體依靠壓力差或者自身的質量，流過一定長度和半徑的標準毛細管所需的時間，計算出液體的粘度。D（二）落球粘度計原理：在有一定溫度試驗液的垂直玻璃管內，使具有一定密度和直徑的玻璃制或鋼制的圓球自由落下，通過測定球落下時的速度，可以得到試驗液的粘度。

η=t(Sb-Sf)B

t-球落經過兩個標記線所需時間，Sb、Sf-在測定溫度條件下球和液體的比重；B-球本身固有的常數。

（四）圓錐-平板粘度計η=CT/VC-常數T-轉矩V-每分鐘的旋轉數（五）錐入度儀主要用于測定軟膏等制劑的硬度。原理為在軟膏表面，測定圓錐體尖的針頭進入軟膏體的距離，一般用0.01mm為一個單位來表示。合格的軟膏制劑通常規定，其范圍在200-240個單位。四、流變學在藥劑學中的應用

流變學理論對乳劑、混懸劑、半固體制劑等劑型設計、處方組成以及制備、質量控制等研究具有重要意義。（一）流變學在混懸劑中應用

在混懸液中，流變學原理可用于討論：粘性對粒子沉降的影響；混懸液經振蕩從容器中倒出時的流動性的變化；混懸液應用于投藥部位時的伸（鋪）展。

良好的混懸劑：貯藏過程中切變速度很小，應顯示出較高的粘性；在應用時，切變速度變大，應顯示較低的粘性。助懸劑的選擇ODS①②③AB①-牛頓流體②-假塑性流體③-塑性流體選擇塑性流動的助懸劑，并控制其塑變值在AB之間，則混懸劑在靜止時不沉降，而振搖時易于傾倒。乳劑在制備和使用過程中經常會受到各種剪切力的影響，在使用和制備條件下乳劑的特性是否適宜，主要由制劑的流動性決定。體現在乳劑鋪展性、通過性、適應性等方面。制劑處方對乳劑流動性的影響因素：相體積比、粒徑、粘度。（二）流變學在乳劑中的應用

相體積比：內相體積比<0.05，牛頓流動；φ增大，流動性下降，假塑性流動--塑性流動φ接近0.74，相轉移，粘度顯著增大。粒徑：在同樣的平均粒徑條件下，粒度分布范圍廣的系統比粒度分布狹的系統粘度低。另外，乳化劑的類型濃度和也是影響乳劑粘度的一個主要因素。

（三）流變學在半固體制劑中的應用具有適宜的粘度是半固體制劑的處方設計和制備工藝過程優化的關鍵。外界因素（如溫度等）也對半固體制劑的流變性質有影響。液體石蠟凡士林溫度對凡士林、液體石蠟和聚乙烯復合軟膏基質的塑性粘度的影響。溫度對兩種基質的影響是一樣的。塑性粘度表征體系被破壞的難易程度。塑性粘度和觸變系數系數愈大，涂布性愈差。溫度對液體石蠟和凡士林觸變系數的影響。隨著溫度的升高，凡士林的蠟狀骨架基質產生崩解。液體石蠟聚乙烯復合型軟膏基質，通常在溫度發生變化的條件下能夠維持樹脂狀結構。觸變系數反應流體在剪切力作用下結構被破壞后恢復原有結構的能力。流變學在藥學中應用液體半固體固體制備工藝a.混合皮膚表面上制劑的壓片或填充膠囊時裝量的生產能力鋪展性和粘附性粉體的流動