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原料药(API)的粒度分析

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内容节点
概述
实验/设备条件
样品提取
实验/操作方法
实验结果/结论
仪器/耗材清单

活性药物成分的粒度分布与许多因素有关,包括加工和原本性能。大多数API都有一定的粒径规格,必须对其进行可靠和重复的分析,然后才能将产品整合到最终剂型中。

有许多不同的用于进行粒度分布分析的技术。本应用说明主要比较了两种粒度分析技术:激光衍射和单颗粒光学传感技术(SPOS)。对API粉末的两种技术进行了分析,并对结果进行了比较。然后在样品中加入50µm的聚苯乙烯乳胶标准品,以测试其对主分布之外的尾端的敏感性。

介绍:API可通过各种剂型给患者引入,包括口服、吸入、肠外、眼科、局部和栓剂。口服剂型包括:片剂、溶液和悬浮液。片剂和悬浮液中的粒径很重要,因为影响因素中还包括粉末流动、溶解速率、含量均匀性等工艺特性。就含量均匀性而言,少量大颗粒就能导致剂量超过安全限值,并对患者健康有害。

有许多技术都被用于测量口服剂型活性原料药的粒度,其中包括显微镜、过滤、激光衍射和颗粒计数技术。显微镜观察是最直接的测量方法,还提供粉末的形状信息。在对粉末进行分析时,过滤通常被用于更大的粒径(>50µm)激光衍射是最常用的技术,该方法快速,可重复,动态范围广泛,计数技术本身具有更高的分辨率,且可提供定量的浓度结果。

单颗粒光学传感技术分析仪(SPOS)是一种高分辨率的粒子计数器和粒径分析仪。液体悬浮液中的颗粒通过光区流动,在光区中它们通过光阻或(和)光散射与激光光源相互作用,见图1。通过使用脉冲高度分析仪和校准曲线,建立粒子的光阻/光散射与粒子的大小和浓度的关系,所得结果是悬浮液中颗粒的浓度和粒径的分布。

激光衍射是一种常见的粒径分析技术,用于包括制药行业的许多行业,见图2。在图2中,粒子流过由一个或多个激光光源照明的单元,激光/粒子的相互作用产生了多个探测器和多个角度收集的散射光,粒子大小和光散射角成反比关系,较大的粒子以低角度散射,较小的粒子以高角度散射,散射光通过基于Fraunhofer或Mie理论的专有算法可以转换为粒度分布。使用Mie理论可以在较小的颗粒粒径(<20µm)下产生更精确的结果,但需要颗粒分散相的精确折射率(RI)值。


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图1:SPOS技术

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图2:激光衍射技术


本研究采用SPOS和激光衍射法测定了悬浮在液体中的API粉末的粒径分布。然后在API悬浮液中加入50µm的聚苯乙烯乳胶(PSL)颗粒,以比较两种技术对主分布外的尾端颗粒的敏感性。

实验材料:本研究中使用的API是粉末状的阿立哌唑。使用带有LE-400传感器的AccuSizer®A7000 AD SPOS系统(动态范围为0.5–400µm)和带有HydroS液体采样器的动态范围为0.2–2000µm的Malvern Panalytical Mastersizer激光衍射分析仪对样品进行分析。IGEPAL CA-630,辛基苯氧基聚乙氧基乙醇,是一种非离子表面活性剂,Sigma-Aldrich产品编号I3021,可以用于帮助润湿和分散粉末。AccuSizer使用49.5±0.7µmPSL标准进行测试,校准套件零件号075DT0F,批号RA06B-N(Micro Measurement Laboratories)。使用赛默飞世尔生产的分类号4250A、批次号44795的50µm PSL标准物,平均粒径为49.5±0.8µm。为满足SPOS技术更低的检测浓度,我们使用了两种不同的PSL标准。


制备方法

实验过程:API样品采用以下SPOS测量程序来制备:

• 称重0.05gAPI,并放入250mL的烧杯中

• 将3滴0.1%的IgepalCA 630滴到粉末上

• 向烧杯中注入150mL的DI水

• 用超声波探针放置60秒钟将粉末分散


API样品采用以下激光衍射测量程序来制备:

• 将3滴0.1%的IgepalCA 630滴到粉末上

• 在烧杯中倒入100mL的DI水

• 用超声波探针放置60秒钟将粉末分散


如上所述,这些制剂略有不同,SPOS技术可以在比激光衍射技术低得多的浓度下工作。


冲洗AccuSizer A7000,将背景计数减少到200颗粒子/毫升以下,所使用的测量方案如下:

• 样品体积:100µL

• 流量:60mL/min

• 传感器模式:默认

• 尺寸阈值:0.56µm

• 搅拌机速度:60%

• 目标浓度:3500个/mL

• 基线偏移量*:0

• 进样体积:2mL

*0基线偏移量意味着所有来自通道的所有计数都包含在结果计算中。


SPOS测量的总结如下:

1、将烧杯放在搅拌板上,连续混合样品。(减少了从烧杯到分析仪的二次取样可能产生的误差。)

2、过滤后的DI水通过传感器,直到低于200个颗粒/毫升的背景计数。

3、将100µL样品移液管放入AD采样器的60mL混合室中。

4、样品经过自动稀释,直到浓度降至3500个粒子/mL目标浓度。

5、在测量开始之前将2mL的进样体积通过传感器。

6、对样品进行60s的测量。

7、系统将刷新,直到再次实现后台计数。


 使用的Mastersizer测量方案如下所示:

• 分析模型:多种窄幅模式*

• 敏感性:增强

• 粒子RI:1.590、0.01**

• 分散剂RI:1.33

• 样本时间:12s

• 泵/搅拌速度:2500rpm

• 超声:Off

*该模型提供了可能的zui高分辨率,以便解析多个峰值。它很少被用于常规粒度分析,但是被选作检测50µm PSL峰的zui佳方法。

**这些RI值产生了最低的加权残差值,为选择未知样本(大多数API)的RI的建议方法。


Mastersizer激光衍射测量的总结如下:

1、将烧杯放在搅拌板上,连续不断混合样品。(减少了从烧杯的子采样到分析仪中可能出现的误差。)

2、洁净的DI在系统中再循环,光学系统自动校准,确定背景低于20。

3、样品移入HydroS进样器中,直到遮挡范围在5-15%之间。

4、测量样品12秒。

5、将采样器冲洗两次,将检测器上的背景降低到20以下。


结果:基本粒径分析

图3显示了API悬浮液的四个SPOS重复结果,表1为总结结果。


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图3:API悬浮液的四个SPOS重复结果

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表1:4个API悬浮液的SPOS重复结果


AccuSizer软件还可以提供定量的结果计算,如体积分数、ppm/ppb和绝对体积等。对于这项研究,表格结果导出到了excel中,在excel中进行计算以确定大于规定粒径的颗粒(液滴)/克的数量。表2中显示的结果显示,对于测量R2,每克粒子的累积数量大于0.63、1.9、5.4和10µm。


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表2:大于给定粒径的每克的累积粒子数。

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图4:三个激光衍射结果的叠加


图4显示了API悬浮液的三次激光衍射重复结果,总结的结果显示在表3。


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表3:激光衍射结果总结


讨论:基本粒度分析:AccuSizer SPOS和激光衍射结果非常一致,因为这是基于不同原理的两种完全不同的技术。AccuSizer报告的分布比Mastersizer更窄。跨度是报告粒度分布宽度的常用方法,定义如下:

跨度=(D904-D10)/D50(式1)

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

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


激光衍射结果的跨度增加了23%,因为它比SPOS分辨率更低。AccuSizer的结果是根据校准曲线将来自粒子/光相互作用的单个脉冲转换为粒子大小。Mastersizer结果是对一段时间内所有粒子的整体光散射进行平均而生成的,然后再使用固有分辨率的有限的算法将平均光散射转换为报告的分布。分辨率受限激光衍射结果有两个特点,如这些结果所示的分布展宽(跨度增大),以及对分布尾部的敏感性降低。第二个效应特点将在本研究的下一节中进行检验。


颗粒粒径结果的重复性和再现性非常重要。根据USP<429>粒度光衍射来进行测量,三次测量的预期重复性应在变异系数(COV)范围内一致,变异系数(COV)在D50应小于10%,在D10和D90应小于15%。COV的定义如下:

COV=(标准偏差/平均值)×100(方程2)

SPOS结果具有很高的重复性,超过了USP<429>中的要求。SPOS结果显示,在D50时COV为2.85%,在D10时COV为2.68%,在D90时COV为1.93%,如表1所示。尽管尚未对SPOS技术进行官方USP测试,但这些结果表明,这是一种适合用于原料药粒度分析的技术。如表3所示,激光衍射结果显示,在D50处COV为3.823%,在D10处COV为8.652%,在D90处COV为3.944%。这些值均符合USP<429>指南。

对尾部的敏感性:与激光衍射相比,SPOS有几个优势,包括有更高的分辨率结果和更大的尾部灵敏度。在先前的研究报道中,SPOS对尾部的敏感性大约是激光衍射的600倍。在本研究中,API悬浮液中加入了50µm聚苯乙烯乳胶(PSL)标准品,以测试对主分布外的小浓度尾部的敏感性。


将用于生成图2和图3所示结果的相同的100µL悬浮液移液到AccuSizer A7000 AD中,接着将小体积50µmPSL标准移液管移入系统中。先引入50µmPSL标准的100µL,然后再引入10µL,以测试系统对PSL峰值的敏感性,图5显示了50µmPSL的10µL峰值的体积分布结果。AccuSizer A7000 AD明显具有检测50µm粒子的10µL峰值的灵敏度的能力。图6显示了与Y轴上的计数相同的结果,使用1024粒径通道分辨率加上45到55µm的定义区域。图6还显示了所定义区域的统计数据。“计数”值非常接近理论回收率值。从计数和粒径数据中获得的数据有助于更好地确定样品中颗粒的存在,这可能会对粉末流动或平板压缩等特性产生负面影响。


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图5:10µL峰值,50µmPSL标准,体积分布

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粒子大小分布图(µm)

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图6:50 µmPSL标准的10µL峰值,50µm区域的计数分布和统计数据


接下来,使用mastersizer激光衍射系统进行了类似的加标研究。将不同体积的50µm PSL标准加入API悬浮液中,直到激光衍射仪能够分辨出第二个峰。将250µL标准加入100 mL API悬浮液后,分辨出50µm的峰,图7中显示了50µm颗粒的150、175µL和250µL峰的叠加结果。虽然激光衍射可以分析第二个峰值,但该峰不是完全独立的。


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图7:50 µmPSL标准的峰值,体积分布


由于激光衍射技术没有报告实际浓度,因此本研究中没有尝试对PSL颗粒峰值的灵敏度进行直接定量比较,但通过定性计算,SPOS技术对第二粒子群的存在的敏感性约为激光衍射技术的700倍,这比其他研究这两种技术敏感性的研究相比很好。但是激光衍射的结果是使用更高分辨率的“多窄模式”算法计算的,而不是大多数客户用于标准分析的“通用目的”算法。因此,激光衍射分析仪的标准操作的灵敏度实际上更低。


结论:SPOS是测量颗粒粒径和浓度的高精度、高分辨率的技术。与激光衍射相比,SPOS技术提供了更精确的粒度分布宽度,且不会出现假增宽。此外,该技术还对从主分布中分离的尾部极为敏感,这对于检测一些可能导致片剂含量均匀性和过量剂量的大颗粒特别有用。

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