Solubilization behavior of diclofenac sodium in polyethylene glycol 400/water mixtures: A solubility and thermodynamic study

许多药物旨在对抗疾病，但它们在发挥作用之前必须面对一个简单的物理障碍：它们必须溶解在人体的液体中。如果一种药物难以溶解，它就无法被吸收进血液中，患者也就几乎无法从中获益。对于一种广泛使用的止痛和抗炎药物——双氯酸钠（diclofenac sodium）来说，这是一个常见的挑战。虽然这种药物在减轻疼痛和退烧方面非常有效，但它与水（我们体内主要的液体）的混合性并不好。为了解决这个问题，科学家们经常将水与其他能更容易容纳该药物的液体混合，这种技术被称为共溶法（cosolvency）。其目标是找到水与另一种液体之间的完美比例，使药物的溶解量达到最大，从而确保药物能够有效地输送。

在最近的一项研究中，研究人员探索了一种特定的液体混合物，以观察它对双氯酸钠的溶解能力。他们专注于将水与聚乙二醇 400（polyethylene glycol 400，一种常用于制药领域的透明、粘稠液体）进行组合。来自伊朗塔布里兹医学科学大学（Tabriz University of Medical Sciences）的研究团队希望准确了解该药物在不同温度下在这种混合物中的溶解量。他们还旨在绘制出药物溶解时发生的能量变化图谱，观察这一过程是吸收热量还是释放热量，以及分子的无序度是增加还是减少。通过测量这些因素，他们希望创建可靠的数学工具，以便在无需每次都进行新实验的情况下，预测药物在这种环境中的行为。

研究人员首先准备了含有不同比例水和聚乙二醇 400 的小管。他们加入的药物量超过了可能溶解的最大量，从而创造了一个饱和混合物，其中固体药物颗粒沉淀在底部。这些试管在恒温环境下摇晃了三天，以确保药物与液体达到完美的平衡。团队在四个特定的温度下测试了这些混合物，范围从凉爽的 298.2 开尔文到较温暖的 313.2 开尔文。摇晃停止后，他们将澄清的液体与固体颗粒分离，并使用一种基于光的仪器测量了溶解的药物量。他们为每种混合物重复了这一过程三次，以确保数据的准确性。

结果显示出一个清晰的模式。在纯水中，该药物的溶解最为困难。随着研究人员加入更多聚乙二醇 400，可溶解的药物量稳步增加。当混合物中按重量计含有 60% 的聚乙二醇 400 时，发现了最高的溶解度。在这个特定的比例下，液体容纳了最多的药物，并且这种容量随着温度的升高而变得更大。团队观察到，当液体环境能够同时与药物分子的亲水部分和亲油部分发生相互作用时，药物的溶解效果最好。水和聚乙二醇 400 的混合物似乎提供了恰到好处的平衡，能够包围药物分子并使其保持在溶液中。

为了理解这些发现，科学家们测试了几种数学模型，以观察它们是否能预测他们收集到的溶解度数据。他们使用了将溶解度与温度及液体混合物组成联系起来的方程。这些模型的表现良好，能够以极小的误差预测实验结果。其中一个结合了温度和液体组成的模型被证明特别有用，可以用于估算整个测试条件范围内的溶解度。这意味着在未来，科学家可以使用这些方程来估算药物在这种混合物中的溶解量，而无需每次都进行物理测量。

研究还探讨了溶解过程背后的热力学，即能量故事。研究人员计算了涉及的能量变化，发现该过程需要热量，即它是吸热过程。简单来说，药物吸收了周围环境的能量，以分解并与液体混合。尽管正值的 ΔG° 表明该过程在饱和状态下是非自发的，但显著的正熵值揭示了显著的熵驱动贡献。然而，数据最终表明，双氯酸钠在这些特定混合物中的溶解主要是由焓驱动的过程。这种能量与无序度之间的平衡使得溶解在这些特定混合物中变得有利。

最终，这项工作为双氯酸钠与水及聚乙二醇 400 混合时的行为提供了一份详细的地图。研究人员证实，这种混合物在溶解该药物方面非常有效，尤其是在较高温度以及聚乙二醇 400 占混合物约 60% 的情况下。通过利用实验数据验证数学模型，他们创建了有助于制备更好药物的工具。研究结果表明，这种特定的液体组合可以作为改进该止痛药制剂和输送方式的一个宝贵选择，从而确保更多的活性药物能够到达人体所需之处。