HPMC基质泡腾片调控布洛芬释放的机制解析与扩散动力学数值模拟：基于自由体积理论的药物递送系统优化

本研究针对难溶性药物（如布洛芬IBU）在胃酸环境中的释放控制难题，通过构建羟丙甲纤维素（HPMC）复合泡腾片体系，结合Fick第二定律的圆柱坐标扩散模型与自由体积理论，定量解析了泡腾剂浓度（5%-10%）对水扩散系数（5.23×10-4-136.93×10-4 cm2/min）和药物释放动力学的调控机制。研究采用有限差分法耦合Gauss-Newton优化算法，精准预测了溶胀-侵蚀协同作用下的释放行为（R2>0.99），为个性化缓释制剂设计提供了理论工具。

　　

在口服药物递送领域，难溶性药物的生物利用度提升始终是制剂研究的核心挑战。布洛芬（IBU）作为典型非甾体抗炎药，其低溶解性导致常规片剂在胃酸环境中释放缓慢且不完全。传统解决方案往往依赖表面活性剂或复杂包衣工艺，但存在工艺稳定性差、突释风险高等缺陷。泡腾技术虽能通过产气作用促进药物溶出，却缺乏对释放动力学的精准调控能力。

针对这一技术瓶颈，泰国Silpakorn大学药学院的研究团队创新性地将羟丙甲纤维素（HPMC）的凝胶形成特性与泡腾剂的孔隙生成效应相结合，开发出具有动态响应特性的复合基质系统。该研究通过系统的实验设计与数值模拟，揭示了泡腾剂浓度（5%-10%）与HPMC含量对药物释放行为的协同调控规律，相关成果发表于《Journal of Drug Delivery Science and Technology》。

研究采用三项关键技术方法：首先通过IBU-泊洛沙姆407（P407）共熔体系改善药物分散性；其次利用质构分析仪定量表征溶胀/侵蚀动力学；最后基于Fick第二定律建立圆柱坐标扩散模型，结合自由体积理论修正水依赖性扩散系数，采用有限差分法进行数值求解。实验样本包含不同泡腾剂比例（NaHCO₃/CA=1:1）的HPMC基质片，在0.1 N HCl（pH 1.2）中测试12小时。

【水吸附与侵蚀行为】
共熔片剂在2小时内水吸附量达0.47±0.06，显著高于对照组。干质量损失曲线显示，高泡腾剂（10%）组在6小时侵蚀率达50%，证实泡腾反应产生的CO₂气泡形成渗透通道，加速介质渗透。

【扩散系数定量】
通过模型反演获得的水扩散系数跨越两个数量级（5.23×10^-4-136.93×10^-4 cm²/min），与泡腾剂含量呈正相关。值得注意的是，含5%泡腾剂的体系表现出更稳定的零级释放动力学，12小时累计释放量约30%。

【结构-功能关系】
微CT成像显示，高泡腾剂片剂内部形成孔径20-50μm的连通孔隙网络，而低泡腾剂组保持更致密的凝胶层结构。这种差异解释了10%组初期突释（20-25%）与5%组缓释特性的形成机制。

该研究通过多尺度分析方法，首次建立了泡腾-HPMC体系的"组成-结构-释放"定量关系模型。其核心价值在于：①提出自由体积理论修正的扩散系数算法，可精准预测复杂流体环境下的药物释放；②揭示泡腾剂浓度对溶胀前沿动力学的非线性影响，为缓-速释组合制剂设计提供理论依据；③开发的有限差分-Gauss Newton联合算法，实现了仅需6个实验数据点即可高精度拟合释放曲线（MAE<3%）。这些突破不仅推动了泡腾技术在控释领域的应用，也为基于物理机制的制剂计算机辅助设计（CAD）开辟了新途径。

研究同时指出，未来工作需考察食物效应及肠道pH转换对释放行为的影响。正如通讯作者Thawatchai Phaechamud强调的："该数学模型框架可扩展至其他弱酸性药物体系，通过调整HPMC黏度等级与泡腾剂比例，实现从速释到24小时缓释的精准编程。"这一成果标志着泡腾技术从经验配方向理性设计的重要转变。