臧恒昌，臧立軒，張 惠，王金鳳，楊海龍，姜 瑋，柳東明，王 斐，胡 甜

(1.山東大學(xué)藥學(xué)院，山東 濟(jì)南 250012;2.北京凱元盛世科技發(fā)展有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250012)

近紅外光譜(Near-infrared spectroscopy，NIRS)是介于可見光和中紅外之間的電磁輻射波，其波譜范圍為780～2526 nm［1］。NIRS主要反映了有機(jī)分子中含氫基團(tuán)(O-H，N-H，C-H)振動(dòng)的基頻與合頻吸收，具備無損、快速、高效、可在線分析等優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛用于農(nóng)業(yè)、化工、制藥等行業(yè)中，其中在制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，包括原輔料鑒別、制劑過程控制、成品藥分析、假藥劣藥快速識(shí)別等環(huán)節(jié)，NIRS的使用在節(jié)約生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上大大減少了工作量，并提升了經(jīng)濟(jì)效益。

1 原輔料鑒別

《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》(2010年修訂版)(Good Manufacturing Practice，GMP)第一百二十條規(guī)定“應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的操作規(guī)程，采取核對(duì)或檢驗(yàn)等適當(dāng)措施，確認(rèn)每一包裝內(nèi)的原輔料正確無誤［2］”。新版GMP的推行使得制藥企業(yè)在原輔料入庫檢查環(huán)節(jié)中耗費(fèi)大量的時(shí)間和費(fèi)用，而NIRS結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)可建立定性判別模型，從而對(duì)原輔料的性質(zhì)進(jìn)行鑒別，因此基于NIRS的原輔料快速鑒別成為應(yīng)用熱點(diǎn)。Candolfi等［3］將近紅外光譜分析技術(shù)結(jié)合SIMCA方法建立了10種藥用輔料的定性鑒別模型，光譜經(jīng)過SNV或微分處理后，模型在95%和99%兩種置信度下均可達(dá)到無錯(cuò)判別。孟昱等［4］采用近紅外漫反射光譜法對(duì)41種常用藥用輔料進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、無損的鑒別，光譜經(jīng)過預(yù)處理之后，“主庫”模型可準(zhǔn)確鑒別膠態(tài)二氧化硅、200目乳糖、二水磷酸氫鈣等30種輔料，對(duì)于相似度高的11種輔料，則建立“子庫”模型進(jìn)一步鑒定。將NIRS分析技術(shù)應(yīng)用于藥用輔料的快速鑒別，樣品無需預(yù)處理，推廣至制藥企業(yè)用于原輔料入庫、出庫的快速放行將具有很大使用價(jià)值。

2 制劑過程

目前國內(nèi)制劑過程的生產(chǎn)過程控制多依靠經(jīng)驗(yàn)，因此產(chǎn)品多出現(xiàn)穩(wěn)定性、均一性較差的問題，從而影響最終產(chǎn)品安全性，而NIRS在線控制制劑過程則能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而對(duì)關(guān)鍵質(zhì)量屬性與關(guān)鍵過程參數(shù)進(jìn)行掌握，進(jìn)一步達(dá)到生產(chǎn)過程控制與工藝優(yōu)化的目的。制劑過程中應(yīng)用最為廣泛的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括混合、干燥、制粒、包衣等。

2.1 混合過程監(jiān)測(cè) 混合是制藥工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，物料混合的均勻程度直接決定了最終成品的質(zhì)量是否均一，F(xiàn)DA指導(dǎo)原則用于“均勻度分析”的步驟繁瑣而且復(fù)雜，建議10個(gè)取樣點(diǎn)，且每個(gè)點(diǎn)至少需重復(fù)取樣3次，如圖1所示。

圖1 混合桶取樣點(diǎn)［5］

NIRS技術(shù)用于混合過程在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用是具有很大發(fā)展空間，監(jiān)測(cè)的實(shí)施方式主要包括采用光纖探頭插入物料中采集光譜或通過藍(lán)寶石窗口采集樣品光譜。

NIRS技術(shù)用于混合過程在線監(jiān)測(cè)的方式首先是以光纖探頭作為開發(fā)模式的，由Sekulic等［6］采用10%苯甲酸鈉作為模型活性藥物，39%微晶纖維素、50%乳糖和1%硬脂酸鎂作為輔料模擬實(shí)際制藥混合過程，將漫反射光纖探頭水平插入至雙V混合器中，然后通過近紅外光譜儀采集光譜，隨著混合過程的進(jìn)行，光譜逐漸趨于穩(wěn)定與一致，因此，通過計(jì)算混合過程中光譜標(biāo)準(zhǔn)偏差即可準(zhǔn)確判斷混合均勻終點(diǎn)。以光纖作為光譜采集工具在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都是混合過程監(jiān)測(cè)的主要模式，Shi等［7］將對(duì)乙酰氨基酚、乳糖和微晶纖維素三元混合物作為實(shí)驗(yàn)體系，實(shí)驗(yàn)將采集光纖同時(shí)安裝于二維混合機(jī)的頂部和水平位置，結(jié)果表明在兩個(gè)取樣點(diǎn)的光譜更能代表混合狀態(tài)，最后通過計(jì)算混合過程中API濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，當(dāng)偏差小于5%即認(rèn)為混合均勻。

但是以光纖作為采樣工具的方式存在一定不足，即混合過程中混合器的轉(zhuǎn)動(dòng)容易導(dǎo)致光纖的彎曲，進(jìn)而影響光路的傳遞，所采集的光譜也受到一定影響，為克服此缺點(diǎn)，以無線通訊技術(shù)的信號(hào)傳遞方式應(yīng)運(yùn)而生，代表產(chǎn)品為Antaris Target混合均勻度分析儀。Marzena等［8］采用此款儀器用于混合過程中API含量的檢測(cè)。Rosas等［9］采用非接觸樣品方法采集混合過程中固體的近紅外光譜，基于原理即為無線傳輸，通過考察不同定性方法(MBSD、PCSDA、M指數(shù))，結(jié)果顯示M指數(shù)是用于混合過程混合均勻度檢查的準(zhǔn)確、精密的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法。

2.2 干燥過程監(jiān)測(cè) 干燥過程是制藥領(lǐng)域尤其是固體制劑生產(chǎn)過程中的重要操作單元，干燥環(huán)節(jié)中的殘留水分是最主要的檢測(cè)指標(biāo)。由于O-H鍵的吸收很容易在近紅外光譜區(qū)域獲得，即在1940 nm(組合頻)和1440 nm(O-H伸縮振動(dòng)的一級(jí)倍頻)有一些特征性很強(qiáng)的吸收帶［1］，而其它各種分子的合頻和倍頻吸收相對(duì)較弱，這是NIRS用于干燥過程監(jiān)測(cè)的重要理論基礎(chǔ)，因此NIRS被用于流化床干燥、冷凍干燥等各種干燥方式中。Demers等［10］將NIRS用于流化床干燥過程中的在線水分檢測(cè)。Kauppinen等［11］結(jié)合NIRS用于冷凍干燥過程中水分含量的定量分析，采用多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，光譜代表不同位置的樣品狀態(tài)，所建立模型可成功用于干燥過程的終點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

2.3 制粒過程監(jiān)測(cè) 制粒過程能增加藥物的可壓性和流動(dòng)性，以確保藥物含量均勻，在制粒過程中，顆粒大小和含水量是評(píng)價(jià)所制得顆粒是否合格的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。將NIRS用于制粒過程監(jiān)測(cè)，可連續(xù)采集過程中的光譜，提供制粒過程中粒度、含水量變化的可靠數(shù)據(jù)，從而對(duì)制粒環(huán)節(jié)進(jìn)行過程控制以及錯(cuò)誤診斷。在制粒工藝中，流化床噴霧制粒將混合、制粒和干燥三個(gè)單元操作過程集成在一個(gè)密閉的設(shè)備中完成，是一種較先進(jìn)的制粒方法。Mark等［12］針對(duì)流化床干燥環(huán)節(jié)安裝在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過連續(xù)采集近紅外光譜，在線判定水分含量及溶劑殘留量以優(yōu)化最佳產(chǎn)品性能。Kona等［13］采用NIR分析技術(shù)在線監(jiān)測(cè)流化床干燥過程，結(jié)合(partial least square，PLS)算法預(yù)測(cè)干燥過程中的水分含量變化，同時(shí)結(jié)合主成分分析(principal component analysis，PCA)用于建立多元統(tǒng)計(jì)控制圖以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)錯(cuò)誤診斷的目的。

2.4 包衣過程監(jiān)測(cè) 包衣的目的除避免片劑與外界環(huán)境接觸，掩蔽不良?xì)馕吨?，還可控制藥物釋放速率，因此薄膜包衣厚度對(duì)藥物崩解及溶出的時(shí)間有很大關(guān)系，而片劑樣品的近紅外光譜變化與包衣厚度之間存在相關(guān)性，因此采用NIRS對(duì)片劑包衣層檢測(cè)，可快速測(cè)定包衣厚度。Lee等［14］采用基于NIR技術(shù)的光纖探頭在線監(jiān)測(cè)包衣過程，通過激光共聚焦顯微鏡和激光衍射粒度分析兩種方法測(cè)定包衣過程中薄膜厚度，兩種方法所建立校正模型均可以給出很好的預(yù)測(cè)結(jié)果(R2＞0.995)。包衣厚度與藥物釋放度之間存在一定關(guān)系，通過近紅外光譜的變化可預(yù)測(cè)藥物釋放度是否符合要求，從而判斷包衣終點(diǎn)。Gendre等［15］安裝NIR探頭于包衣機(jī)中，包衣材料為乙基纖維素混合PVA-PEG高聚物，建立包衣厚度所對(duì)應(yīng)藥物釋放度的PLS模型，從而實(shí)現(xiàn)通過對(duì)包衣片劑釋放度實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)以判斷包衣終點(diǎn)。

3 成品藥分析

藥品制備為成品后，仍需要質(zhì)量檢驗(yàn)，NIRS可實(shí)現(xiàn)快速無損檢測(cè)藥品質(zhì)量。Broad等［16］采用透射NIRS模式對(duì)片劑中類固醇激素的含量進(jìn)行快速檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明NIRS可在20min內(nèi)完成30片藥品的無損測(cè)試，而傳統(tǒng)方法HPLC則需要6 h才可完成，因此大大節(jié)省了時(shí)間，減少了工作量。Blanco等［17］利用NIRS建立了片劑的含量均勻度以及硬度的PLS模型，因而可以采用NIRS替代UV分析方法對(duì)片劑的合格性進(jìn)行快速鑒別與分析。Cogdill等［18］也對(duì)比了脈沖太赫茲波成像與NIRS對(duì)于片劑包衣厚度與均一性的快速檢測(cè)結(jié)果，結(jié)果更能證明NIRS的無損、快速的優(yōu)點(diǎn)。

4 假藥劣藥識(shí)別

假藥是目前世界各國，尤其是發(fā)展中國家共同面臨的問題之一。在第六十七屆世界藥學(xué)大會(huì)上，世界衛(wèi)生組織(WHO)指出目前全球范圍的假藥比例達(dá)5%～10%。目前藥檢部門快速打假的技術(shù)則采用近紅外光譜分析技術(shù)，中國藥品生物制品檢定所將近紅外識(shí)別系統(tǒng)與化學(xué)快速鑒別系統(tǒng)結(jié)合建立快速檢測(cè)平臺(tái)，研發(fā)了集藥品快速檢測(cè)技術(shù)、信息技術(shù)于一體的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，也即藥品檢測(cè)車，以實(shí)現(xiàn)“掌握信息，快速篩查，靶向抽樣，目標(biāo)檢驗(yàn)”的目的［19］，藥品檢測(cè)車用于基層現(xiàn)場(chǎng)快速鑒別假藥具有很大使用價(jià)值。

5 中藥生產(chǎn)

中藥是我國的民族瑰寶，在醫(yī)藥行業(yè)中占據(jù)重要的地位，但是目前中藥領(lǐng)域中存在藥材一致性差、中間過程不可控、產(chǎn)品質(zhì)量均一性差等問題［20］，而近紅外光譜分析技術(shù)的快速、多參數(shù)測(cè)定、無污染等優(yōu)點(diǎn)，成為目前解決中藥領(lǐng)域關(guān)鍵問題的有力工具。胡詠川等［21］綜述了NIRS鑒定中藥的進(jìn)展，從中藥真?zhèn)舞b定、中藥優(yōu)劣鑒定、中藥添加西藥的監(jiān)測(cè)三個(gè)方面進(jìn)行了總結(jié)與展望，NIRS可成為解決藥材一致性問題的重要手段。在中藥生產(chǎn)過程控制方面，Huang等［22］將NIRS結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)過程控制方法用于中藥丹參注射液醇沉過程的在線控制，所建立控制模型可用于生產(chǎn)過程異常批次快速診斷。由于中藥成分的天然復(fù)雜性，在使用NIRS應(yīng)用在中藥生產(chǎn)的過程中，如何扣除復(fù)雜背景，提取有效信息仍是需要克服的問題。

6 問題與展望

目前NIRS已經(jīng)成為當(dāng)今國際上研究的熱門課題，但是NIRS在制藥領(lǐng)域應(yīng)用存在一定弱點(diǎn)，首先是模型建立的過程需要耗費(fèi)一定人力、財(cái)力和物力，模型的穩(wěn)健性是在應(yīng)用過程中需要考慮的問題，因此需要對(duì)模型進(jìn)行定期維護(hù)。此外，是由于物質(zhì)在近紅外區(qū)的吸收系數(shù)較小，對(duì)于制藥過程中有些含量較低的物質(zhì)無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測(cè)。

本文綜述了NIRS在制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用，基于其優(yōu)點(diǎn)，NIRS已成功應(yīng)用至制藥領(lǐng)域中原輔料鑒別、制劑過程、成品藥分析以及中藥生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)中。NIRS實(shí)現(xiàn)了過程分析與控制，為制藥生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供過程理解，從而能更好地控制最終產(chǎn)品質(zhì)量，提高藥品品質(zhì)，隨著研究的進(jìn)一步深入，NIRS在制藥領(lǐng)域?qū)⒂懈鼮閺V泛的應(yīng)用。

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