基于光谱吸收法经皮给药药液体积分数检测

郇 帅，吕 加，王 明，莫长涛

(哈尔滨商业大学 基础科学学院，哈尔滨 150076)

经皮给药系统( Transdermal drug delivery syst ems, TDDS) 是指通过皮肤表面给药以达到局部或全身治疗作用的一种给药新途径[1].基于该系统的经皮给药技术是一种新型给药技术，相比口服和注射该技术更就具有许多潜在优点.近年来, 随着对经皮给药技术的不断深入研究及各种促渗技术的开发与发展，国内外利用经皮给药技术的研究和重视程度日益加深，相继开发出了多种新型的经皮给药制剂.

然而，在经皮给药技术的研究过程中，药液透过皮肤渗透至皮下的体积分数检测成为经皮给药技术的一项关键技术.在一定时间内的体积分数变化量即可衡量药物透过皮肤渗透的速率，由于在经皮给药技术中采用不同的方法，如加交流电场或光电协同经皮给药模式等可能会提高药液的渗透速率，因此，采用一种快速精确的检测渗透皮下体积分数的方法成为后续经皮给药技术开展的研究基础[2].本文利用光纤传感技术，基于光谱吸收法开展对药物体积分数与光学参量之间量化关系的实验研究，得出初步结论，为后续研究中不同物理场对药物渗透速率有何影响的研究技术提供体积分数检测依据[3].

基于光谱吸收方法的全光纤药液体积分数检测实验系统具有灵敏度高，响应速度快，动态范围大，防燃防爆，防电磁干扰，通过对药液近红外选择性吸收的理论分析，给出了药液吸收测量的理论依据，并确定了胰岛素在近红外的吸收谱线.

1 原 理

吸收法的基本原理是基于光谱吸收，由于不同的物质具有不同特征的吸收谱线.根据 Beer-Lambert定律

I=I0e-μCL

(1)

其中：I为吸收后光强；I0为吸收前光强；μ为吸收系数；L为介质厚度；C为介质体积分数；

根据透射和入射光强之比 ，可以得知药液的体积分数[4].在一定时间内对药液体积分数变化量进行检测，可定量计算出药液渗透速率，从而可以研究不同物理场对药液渗透速率的影响[5].

2 实 验

利用红外光源、分析池、耦合器、光纤光谱仪及光功率计搭建检测光路，分析池内放置药液样品进行光谱分析及体积分数标定.采用已知体积分数的胰岛素药液进实验，建立起药液体积分数与光强之间的对应关系，如图1.

图1 吸收法检测药液体积分数原理图

中心波长范围350～1 000 nm的宽带光源发出的光经过分析池后，承载着药液体积分数信息由耦合器分成2部分，一部分直接由光功率计探测其光强为I1，另一路由光纤光谱仪对其进行谱分析[6]，可直接读取其光强为I2，将两者进行相除，得到的比值作为药液体积分数检测的结果.采用此种检测方式的优点在于，可以消除因光源不稳定、分析池及光纤受震动所造成的噪声，大大的提高了检测的灵敏度.光功率计可直接标定药液体积分数与光强度变化关系，而光纤光谱仪则可查询药液吸收峰波长及对应的光强度变化.实验后得出给定药液不同体积分数与光强对应波长处的光功率变化曲线.

3 实验结果

采用1%、2%、3%体积分数的胰岛素药液进行实验，得出不同体积分数对应的光强数据如表1所示.

表1 不同体积分数胰岛素药液光强检测数据

表中给出了不同波长下的两组实验数据.分别在波长636 nm和648 nm处进行实验，选取两波长进行实验是由于在这两处波长胰岛素吸收较其他波长吸收明显.选取不同处的波长进行实验，测试不同波长处的药液体积分数与光强之间的关系，可验证吸收规律的一致性.

通过检测，胰岛素吸收峰检测光谱图如图2所示.(A)为宽带光源光谱图，(B)为光源通过体积分数3%胰岛素后的光谱，对应636 nm和648 nm处吸收较为明显，并且此两波长靠近光源光谱峰值位置可便于实验检测，通过药液后光强明显下降，但光谱形状未见明显变化.

图2 胰岛素药液吸收峰检测光谱

实验曲线如图3所示，图3(A)为检测波长636 nm的光强-体积分数曲线，图(B)为检测波长648 nm的光强-体积分数曲线.从实验曲线中可以看出，光强随体积分数近似呈e指数衰减规律.

图3 胰岛素药液体积分数与光强变化曲线

4 结 语

该实验通过光谱吸收原理，搭建光纤链路对药液体积分数与光强之间的变化进行实验，同时监测出胰岛素对应的吸收波长及其光功率变化，验证了Beer-Lambert定律的正确性与该方法的可行性，采用双路比值法进行检测具有灵敏度高、响应时间快，实时标定药液体积分数，减少了由于环境对光源及光路噪声影响，为后续经皮给药技术的实验研究奠定了高灵敏度检测保障.

参考文献：

[1] 华晓东, 任变文. 经皮给药系统的研究进展[J]. 现代药物与临床, 2009, 24(5):1-2.

[2] 苗兴旺. 物理方法促进胰岛素经皮吸收的实验研究进展[J].中国医药指南, 2012, 7:1-3.

[3] 王 琢, 曹家年, 张可可, 等.基于谐波峰平比法的实用化光纤气体传感器研究[J]. 中国激光, 2010, 37(6): 1505-1509.

[4] 张记龙, 王志斌, 李 晓, 等.基于气体特征光谱吸收和谐波检测的瓦斯体积分数测量技术[J]. 煤炭学报, 2009, 34(1): 24-27.

[5] 严衍禄. 近红外光谱分析基础与应用[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2005: 8-12.

[6] 詹晓平, 陈思静, 王钰文, 等 促进药物经皮吸收的物理学方法研究进展[J]. 中国医药工业杂志, 2007, 38(2): 135 139.