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綜述    

片劑和懸浮劑等劑型中原料藥的顆粒大小對制劑性質及安全性具有重要的影響。研究分別采用光阻法單顆粒光學傳感技術及激光衍射法對模型原料藥阿立哌唑粉末的粒度進行測定，對兩種方法的測定結果進行比較分析。同時通過加入聚苯乙烯膠乳標準粒子對兩種方法對尾端粒子的敏感度進行了考察比較。

結果表明SPOS測定結果的重現性良好，超過美國藥典USP429的標準，而激光衍射法不能滿足這一標準。與激光衍射法相比，SPOS技術對尾端粒子具有較高的靈敏度。SPOS技術十分有助于檢測原料藥樣品中是否存在可能會導致含量均勻性問題和的大顆粒

關鍵詞 單顆粒光學傳感技術；激光衍射；粒度；原料藥

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原料藥（Active Pharmaceutical Ingredient, API）可以通過各種劑型進入患者體內，包括口服，吸入，注射，眼部給藥、局域給藥以及栓劑等。口服劑型包括片劑，溶液和懸浮劑。片劑和懸浮劑中的顆粒大小很重要，因其會對粉末流動，溶出速率1,2和含量均勻性3,4等特性產生較大影響。就含量均勻性而言，幾個大顆粒就可能導致劑量超過安全限度從而對患者健康有害。

測量口服劑型原料藥顆粒大小的技術很多，包括顯微鏡法，篩分法，激光衍射法和顆粒計數法。顯微鏡法是最直接的測量方法，并且可以顯示顆粒的形狀信息。篩分法測量粉末時通常用于測量較大粒徑的粒子（>50 mm）。激光衍射法可能是最常用的技術，因為這種方法快速、可重復，且適用的粒徑范圍大。顆粒計數法具有更高的分辨率并且可以給出定量的濃度結果。

光阻法單顆粒光學傳感技術（Single Particle Optical Sensing, SPOS）是一種高分辨率的顆粒計數和粒度分析儀。當懸浮液中的顆粒經過激光的光感區域，會相應產生光消減和/或光散射現象（原理如圖1）。不同顆粒大小產生的不同程度光消減/光散射，再經過脈沖高度分析儀和校準曲線轉化，產生的結果就是懸浮液中顆粒的濃度和粒徑分布。

Figure 1 SPOS principle

圖1 SPOS原理

激光衍射方法是一種常見的顆粒檢測技術，在很多行業有著廣泛的應用包括醫藥行業（原理如圖2）5。從圖2可以看出，在樣品池（4）里的顆粒被一個或者多個激光（1）照射。激光和顆粒產生的散射信號被多個角度的探測器收集到（6,7）。

顆粒的粒徑大小和光散射角度成反比例的關系；大的檢測角度收集小粒徑顆粒的散射信號，小的檢測角度收集大粒徑顆粒的散射信號。然后基于夫瑯禾費或者米氏散射的理論將收集到的光信號轉換成粒徑的大小分布。基于米氏散射理論，可以在小于20μm的范圍內得到準確的結果，但是需要知道分散相準確的折射率數值。

Figure 2: Laser diffraction principle 5

圖2：激光衍射法原理5

本研究采用光阻法單顆粒技術與激光衍射方法分別測試懸浮在液體中的原料藥粒徑大小。同時在原料藥的懸浮液中加入50μm的聚苯乙烯標準粒子，比較兩種技術對于體系少數粒子的靈敏度。

1.儀器與試藥

AccuSizer A7000光阻法單顆粒光學傳感技術粒度儀（含LE-400傳感器，動態粒徑范圍 0.5-400μm，美國PSS公司），Mastersizer激光衍射分析儀（含HydroS液體取樣器，動態粒徑范圍0.2-2000μm，英國Malvern公司）

阿立哌唑原料藥（粉體形式），辛基苯氧基聚（乙烯氧基）乙醇（Igepal CA-630，產品編號I3021，美國Sigma Aldrich公司），聚苯乙烯乳膠標準粒子（49.5 + 0.7 μm，產品編號：RA06B-N，美國Micro Measurement Laboratories 公司），聚苯乙烯乳膠標準粒子（49.5+ 0.8 μm，產品編號：44795，美國Thermo Fisher公司）

2.方法與結果

2.1   待測粒徑樣品的制備

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2.1.1  AccuSizer A7000單顆粒光學技術測量樣品制備

稱取0.05 g阿立哌唑原料藥，放入250 mL燒杯中。于藥物粉體表面滴3滴0.1%的辛基苯氧基聚（乙烯氧基）乙醇（Igepal CA-630）水溶液。加入150 mL去離子水。以探頭超聲超聲60秒以使藥物粉末分散均勻。

2.1.2  Mastersizer激光衍射分析儀樣品制備

稱取0.1 g阿立哌唑原料藥，放入250 mL燒杯中。于藥物粉體表面滴3滴0.1%的辛基苯氧基聚（乙烯氧基）乙醇（Igepal CA-630）水溶液。加入100 mL去離子水。以探頭超聲超聲60秒以使藥物粉末分散均勻。

兩種方法的樣品制備有一點不同，是因為SPOS技術可以比激光衍射方法有更低濃度檢測下限。

2.2   使用AccuSizer A7000 SPOS法測量樣品粒度分布

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對AccuSizer A7000粒度儀進行清洗，將背景計數減少至200個顆粒/ mL以下。儀器設置如下：樣品量：100 μL；流速：60 ml/min；傳感器模式：求和；大小閾值：0.56 μL；攪拌速度：60%；目標濃度：3500/mL；基線偏移量：0*；平衡體積：2 mL。

*基線偏移量為0，表示所有來自通道的數量都包含在計算結果之中。

具體測量方法如下：將燒杯放置于攪拌臺上，使樣品充分混合，以減少取樣誤差。將經過濾的去離子水通過傳感器，直到濃度達到200個顆粒/ mL的背景計數為止。用吸管將100 μL樣品吸取到AD采樣器的60 mL攪拌碗中。樣品經全自動單階段加速稀釋，直到溶液中顆粒濃度低于3500粒子/mL。于測量開始之前，以2 mL的樣品平衡溶液通過傳感器。樣品測量時間為60秒。儀器進行自動清洗，直到背景計數再次達到目標值。

對樣品測定四次的粒徑分布如圖3所示，D10，D50，D90及每次測定的平均粒徑見表1。利用AccuSizer軟件對結果進行計算，確定粒子直徑大于特定值的每克小液滴中所含的顆粒數，結果見表2。

Figure 3 Overlay of size distributions tested by SPOS four times

圖3 SPOS測定樣品粒徑四次結果曲線

Table 1 D10, D50, D90 and mean size of the sample by SPOS

表1 樣品的D10，D50，D90及平均粒徑

Table 2 Cumulative number of particles/gram above given size

表2 大于給定尺寸的每克液滴所含粒子數

2.3   使用Mastersizer激光衍射法測量樣品粒度分布

Mastersizer激光衍射粒度儀的設置如下：分析模式：多個窄模式*；靈敏度：增強；粒子RI：1.590，0.01；分散劑RI：1.33**；采樣時間：12秒；泵/攪拌速度：2500rpm；超聲：關。

*這個模式對于多峰有可以提供更高的分辨率。這種方法很少被用于常規的粒徑檢測，但是對于檢測50μm的標準粒子他是最好的選擇。

**這些RI值產生的加權殘差值最小，這是選定未知樣品RI值（大多為原料藥）推薦方法。

具體測量方法如下：將燒杯放置在攪拌臺上，使樣品不斷混合，以減少取樣誤差。以去離子水進入系統循環同時光學部件進行自動校準，使背景計數在第20個檢測器上低于20。將樣品移液到HydroS取樣器上，直到遮光范圍達到10-15%。樣品測試時間為12秒。沖洗采樣器兩次，使第20個檢測器上的背景計數降低到20以下。

對樣品測定三次的粒徑分布如圖4所示。D10，D50，D90及每次測定的平均粒徑見表3。

Figure 4: Overlay of three laser diffraction results

圖4：激光衍射結果疊加

Table 3 D10, D50, D90 and mean size of the sample by Mastersizer

表3 樣品的D10，D50，D90及平均粒徑

2.4   AccuSizer A7000 SPOS法和Mastersizer激光衍射法對尾端粒子的敏感度測試

2.4.1  AccuSizer A7000 SPOS法對尾端粒子的敏感度測試

于每100 μL原料藥懸浮液中加入10 μL粒徑為50 μm的聚苯乙烯膠乳（PSL）標準粒子，以測試除主要分布外儀器對尾端粒子分布的敏感度。SPOS法測定的結果如圖5所示。

Figure 5 Volume distribution of sample added with PSL

圖5 加入PSL后樣品的體積分布圖

將測試切換到1024個通道模式，自定義檢測范圍在45到55 μm之間，測試結果如圖6所示。由圖可知，SPOS法很明顯的檢測出了50 μm峰值。

Figure 6 Counts distribution of sample added with PSL

圖6 加入PSL后樣品的數量分布圖

2.4.2  Mastersizer激光衍射法對尾端粒子的敏感度測試

于每100 μL原料藥懸浮液中加入150 μL，1750 μL，250 μL的粒徑為50 μm的聚苯乙烯膠乳（PSL）標準粒子，以測試除主要分布外儀器對尾端粒子分布的敏感度。當加入250 μL的50 μm標準粒子之后，Mastersizer激光衍射方法檢測出了尾端粒子。Mastersizer激光衍射法測定結果如圖7所示。

Figure 7: Spikes of 50μm PSL standard, volume distribution

圖7：加入50μm標準粒子之后，激光衍射方法體積分布圖

3   討論 

3.1   基本顆粒大小分析

3.1.1 跨度值（Span）的比較

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跨度值（Span）是粒徑分布寬度非常常用的表征方式，它的定義如公式1：

跨度值（Span） = (D90 – D10)/ D50(公式 1)

AccuSizer 的跨度值（Span） = (18.752 – 4.893)/9.997 = 1.386

Mastersizer 的跨度值（Span） = (23.214 – 4.592)/10.896 = 1.709

基于AccSizer 單顆粒光學傳感即使和激光衍射方法兩種原理，得到粒徑大小的數據基本是一致的。AccuSizer測量的結果的粒徑分布相對于Mastersizer的結果更窄一些。跟AccuSizer的跨度值相比較，Mastersizer的值有23%的增加，因為SPOS技術相對激光衍射方法有更高的分辨率。單顆粒光學傳感技術的結果是通過一個校準曲線，將顆粒的光信號轉換成一個脈沖電壓的信號得到的。因此每一個粒子對于最終的粒徑分布報告的貢獻是一樣的，所以本質上來說產生的是一個無線分辨率的結果。

Mastersizer的結果是基于在一定測試時間里面，收集到粒子光散射信號的平均值的結果。這種基于數學統計模型運算的方法，對于粒徑分布的分辨率本質是有限的。兩種方法的分辨率的性質決定了激光衍射方法有一個更寬廣的粒徑分布，跟測試的結果是一致的，并且降低了其對外部尾端粒子的敏感度。

3.1.2 差異系數（COV）的比較

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從粒徑測試的角度出發，測試結果的重復性和可再現性是非常重要的。根據美國藥典USP429規定，用激光衍射法測量顆粒大小，一個樣品重復測試三次，D50的差異系數COV不得大于10%，D10和D90的差異系數COV不得大于15%。差異系數COV的定義如公式2：

COV = (標準偏差 / 平均粒徑) x 100             (公式2)

從實驗結果（表1和表3）可以看出，SPOS測量結果的COV分別是D10 2.68%, D50 2.85% D90 1.93%，單顆粒光學傳感技術SPOS測量的結果重復性是非常好的，遠遠的超過了USP429的要求。激光衍射方法測的數據的COV分別是D10 8.65%, D50 3.82%, D90 3.94%。從結果可以看出，SPOS技術相比較激光衍射方法在測試的過程中有更好的重復性。

3.2   對尾端粒子的敏感度

對于制劑生產所用的原料藥而言，樣品中細分的存在可能對藥物特性產生的負面影響，尤其在粉末流動性或片劑的壓縮度等方面。

相對于激光衍射法來說，SPOS技術具有分辨率更高，對尾端粒子更敏感的優點。之前的研究表明，通常來說，對尾端粒子的檢測，SPOS比激光衍射敏感約600倍6,7。本研究的實驗結果也表面，SPOS技術對尾端粒子具有較高的靈敏度。從實驗結果可以看出，雖然激光衍射方法最后也分出第二個峰，但是他并不是像SPOS技術那樣完全獨立的分開。

因為激光衍射技術不能直接報告實際的濃度，無法對加入標準粒子的敏感性進行定量的分析，但是定性的結果顯示SPOS技術比激光衍射技術對于加入第二組分的敏感度要高700倍。這個比較跟其他研究兩種技術的區別的研究結果一致6,7。要注意的是，激光衍射方法的結果是通過高分辨率的多峰模式，而不是大多數客戶使用的通用模式。因此，標準操作的分辨率實際可能更低。

4.結論

光阻法單顆粒光學傳感技術SPOS用于測量顆粒大小具有高精確度，高分辨率的優點。與激光衍射法相比，SPOS的結果顯示出了更準確的粒度分布，而非假性寬度分布。

此外，該技術對主要分布外的尾端粒子分布的檢測也相當敏感。這對于檢測樣品中是否存在可能會導致含量均勻性問題的原料藥大顆粒非常有幫助

參考文獻    

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