基于粉末X射線衍射技術的固體制劑晶型定性分析*

楊世穎，邢逞，張麗，孫加琳，杜冠華，呂揚

(北京協和醫學院＆中國醫學科學院藥物研究所1.晶型藥物北京市重點實驗室;2.藥物靶點研究與新藥篩選北京市重點實驗室，北京 100050)

現代化學藥物發展經歷了由多組分用藥到單一組分用藥、由低化學純度到高化學純度、由消旋體到手性藥物的發展歷程。目前，即便在藥學家確保了化學藥物的成分物質、化學純度、結構手性等諸多因素后，仍可發現藥品存在的臨床療效作用與藥品質量間的差異。近年來，大量研究逐漸認識到藥用的晶型物質狀態變化是導致其差異的重要因素之一［1-3］。因此，對固體藥物的多晶型研究與對藥品的晶型質量控制越來越受到國內外制藥企業、藥政管理機構、藥品檢驗機構的重視。藥物制劑是藥物發揮臨床治療作用的載體，因此對于固體制劑中的原料藥晶型的質量控制成為不可忽視的重要技術環節。我國現行的《化學藥物制劑研究基本技術指導原則》中就明確指出晶型藥物的藥物制劑應避免對其原料藥晶型產生影響改變［4］。

目前用于原料藥的晶型檢測分析技術有多種，包括單晶X射線衍射、粉末X射線衍射、差示掃描量熱、熱重分析、紅外光譜、拉曼光譜、固態核磁、顯微分析等［5-8］，均為基于單一化學成分的藥物不同晶型狀態的檢測分析表征方法。但是固體制劑屬復雜的多組分物質，若要實現固體制劑中的原料藥晶型鑒別，對檢測技術和方法的要求更加苛刻和困難。已有的文獻報道對該方面研究也鮮少涉及［9-11］。

筆者采用粉末X射線衍射技術［13-14］，基于物相分析方法，其衍射圖譜依賴于樣品的物質組成與各個成分含量的疊加關系;選擇尼莫地平、羅紅霉素2個藥物品種，建立適用于固體制劑中晶型原料藥的晶型有效鑒別分析方法，突破人們對固體制劑中原料藥的晶型狀態鑒別的技術難題，為晶型藥物的質量控制提供關鍵技術支撐。

1 儀器與試藥

1.1 儀器及條件 D/max-2550型粉末X射線衍射儀(日本理學Rigaku);實驗條件設置:CuKα輻射，石墨單色器，管壓 40 kV，管流 150 mA，2 θ掃描范圍 3 ～80°，掃描速度 8°·min－1，步長 0.02°，發散狹縫 DS=1°，防散射狹縫 SS=1°，接收狹縫 RS=0.15mm。XS-105型十萬分之一電子天平［瑞士梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司］;感量0.01 mg。

1.2 試藥 研究用樣品均為國家藥典委員會與山東省藥品檢驗所協助征集，包括5個生產廠家的尼莫地平、6個生產廠家的羅紅霉素不同批號固體制劑及相應空白輔料樣品。尼莫地平與羅紅霉素試驗樣品信息見表1～2。

2 方法與結果

2.1 物相分析原理 任何一種物質在特定波長X射線照射下，都會給出特有的衍射指紋圖譜，圖譜衍射峰強度與物質成分質量成正比，根據粉末X射線衍射原理，對于單相物質，其衍射強度可以以公式(1)表示。

式中I0為入射X射線的強度，λ為入射X射線的波長，R為試樣到觀測點之間的距離，V為被照射晶體的體積，Vc為單位晶胞體積，P為多重性因子，F為結構因子，μ為線性吸收系數，φ(θ)為角因子，e-2M為溫度因子。

粉末X射線衍射屬物相分析方法，對于多組分物質，其衍射強度與各組分的衍射強度及其質量分數相關，多組分物質的衍射圖譜是由所含各單組分物質衍射圖譜的物理疊加而成［14-15］。

2.2 制劑樣品的晶型分析 藥物固體制劑是由藥物原料與空白輔料按照處方比例混合而成的多相物質，屬復雜成分體系。根據粉末X射線衍射物相分析原理，固體制劑樣品在某個特定的2 θ或d值位置的衍射峰強度值是原料藥與多種輔料的貢獻之和，即I固體制劑=I原料藥+I空白輔料。

表1 尼莫地平實驗樣品信息Tab.1 Information of nimodipine samples

因此，若要獲得原料藥晶型的單相物質存在狀態，需消除空白輔料等多相物質的干擾。筆者依據上述原理，建立了粉末X射線衍射固體制劑晶型分析的定性鑒別方法，通過定量檢測和空白輔料物相扣除技術，從而獲得固體制劑中的原料藥晶型物質狀態圖譜數據，并與晶型標準圖譜比對。

建立實驗方法的具體步驟:

步驟1:實驗樣品質量計算。晶型原料量、空白輔料量及固體制劑量分別以a、b、c表示，則以固體制劑按照50 mg進樣量，根據處方制劑配比計算實驗用晶型原料量(a)與空白輔料量(b):空白輔料量(b)=固體制劑量(c)－晶型原料量(a)(2)。其中，晶型原料量(a)=固體制劑量(c)×制劑規格/制劑質量。

步驟2:實驗樣品制備與稱量。實驗樣品均經研磨過100目篩［篩孔內徑(150±6.6)μm］待用，其中固體制劑應首先去除包衣或膠囊殼后再進行研磨過篩。

表2 羅紅霉素實驗樣品信息Tab.2 Information of roxithromycin samples

本文定量稱取:①晶型原料對照品50 mg，②固體制劑樣品50 mg，③ 按步驟1中的式(2)定量稱取空白輔料量，作為待測樣品。樣品實際稱重量見表1，2。

步驟3:衍射實驗。分別攝取各待測樣品的粉末X射線衍射圖譜。

步驟4:制劑中原料的晶型圖譜計算。采用Origin軟件，用固體制劑衍射圖譜數據扣除空白輔料衍射圖譜數據后計算獲得制劑中原料藥晶型的粉末X射線衍射圖譜。羅紅霉素樣品晶型定性分析過程實例見圖1。

步驟5:將步驟4獲得制劑中原料藥晶型的衍射圖譜與原料藥晶型對照圖譜進行比對實現定性鑒別目的。

2.3 制劑晶型分析結果 ①尼莫地平:對5個廠家生產的15批尼莫地平固體制劑樣品進行研究，分析其固體制劑中原料藥的晶型物質存在狀態，圖2所示為尼莫地平晶型標準圖譜與15批尼莫地平固體制劑中原料藥的晶型狀態圖譜。尼莫地平不同批次固體制劑樣品的晶型分析結果見表3。

結果表明，國產15批尼莫地平固體制劑樣品中原料藥分別以晶A型與晶B型兩種狀態存在，其中3個企業(SDLK-091104、SDYM-1003004、SDJK-0912008)生產的尼莫地平藥品中原料藥主成分為晶A型;兩個企業(SDLK-091103和SDYM-1002003)生產的尼莫地平藥品中原料藥呈晶A型與晶B型混晶狀態;其余批次尼莫地平樣品，其原料藥主成分為晶B型。

(2)羅紅霉素:對6個廠家生產的12批羅紅霉素固體制劑樣品進行研究，分析其固體制劑中原料藥的晶型物質存在狀態，圖3所示為羅紅霉素晶型標準圖譜與不同批次羅紅霉素固體制劑中原料藥的晶型狀態圖譜。羅紅霉素不同批次固體制劑樣品的晶型分析結果見表4。

結果表明，被測的12批羅紅霉素固體制劑樣品中的原料藥亦存在兩種晶型狀態，其中一個生產企業(CCCQ-20091101)羅紅霉素藥品中原料藥為晶B型，其他制劑樣品中原料藥晶型物質狀態均為晶A型。

2.4 晶型對生物學影響 采用大鼠固體給藥方式，評價尼莫地平和羅紅霉素各2種晶型樣品在大鼠體內的吸收特征，以闡明不同晶型狀態對藥物生物學的影響。圖4為大鼠經固體分別給予尼莫地平和羅紅霉素不同晶型成分后的體內血藥濃度曲線。

圖1 羅紅霉素SDQD-1003008批樣品的晶型定性分析過程Fig.1 Qualitative analysis process of polymorphs in roxithromycin of batch of SDQD-1003008

圖2 不同批次尼莫地平固體制劑中原料藥的晶型狀態圖譜Fig.2 Powder X Ray Diffraction patterns of active pharmaceutical ingredients in different batches of nimodipine as solid preparations

表3 尼莫地平固體制劑樣品的晶型分析結果Tab.3 Analysis results of polymorphs of nimodipine samples as solid preparations

圖3 不同批次羅紅霉素固體制劑中原料藥的晶型狀態圖譜Fig.3 Powder X Ray Diffraction patterns of active pharmaceutical ingredients in different batches of roxithromycin as solid preparations

表4 羅紅霉素固體制劑樣品的晶型分析結果Tab.4 Analysis results of polymorphs of roxithromycin samples as solid preparations

整體動物生物學實驗結果表明，尼莫地平和羅紅霉素2種晶型在體內的生物吸收均存在顯著差異，若使用其不同晶型物質作為藥用晶型成分，則會導致其藥品在臨床應用中的治療作用存在差異。

3 討論

由于固體制劑組成成分復雜，如何實現對制劑中原料的晶型狀態鑒別，一直是困擾國際藥學的技術難題。

筆者在本實驗中采用現代粉末X射線衍射分析技術，使用物相分析方法，以上市藥品作為研究對象，成功實現了藥品制劑中原料晶型狀態的定性鑒別分析目的。

通過對5個廠家生產的15批尼莫地平固體制劑樣品研究發現，制劑中使用的原料藥晶型有三種，即晶A型、晶B型、晶A型+晶B型的混晶。通過對6個廠家生產的12批羅紅霉素固體制劑樣品研究發現，制劑中使用的原料藥晶型有兩種，即晶A型、晶B型。

研究發現，國產同一制藥企業生產的不同批次產品的晶型狀態不同，不同制藥企業生產的同一品種晶型物質狀態亦不同，說明已上市藥品的晶型質量不可控。

整體動物生物學實驗結果表明，尼莫地平和羅紅霉素使用的晶型物質狀態不同，可以導致藥品臨床治療作用差異。

本研究提示，已經上市的藥品若存在多晶型現象，應增加對其晶型質量控制標準和方法，否則藥品的質量和臨床作用將無法控制。

筆者對《中華人民共和國藥典》2010年版收載的化學藥物研究發現，百余個品種存在多晶型現象而無晶型質控要求，藥物的多晶型現象及晶型質量控制已經成為制約我國藥品質量不可忽視的重要科學問題，亟待解決。

圖4 尼莫地平與羅紅霉素不同晶型在大鼠體內的血藥濃度曲線Fig.4 Plasma concentration-time curves of polymorhps of nimodipine and roxithromycin in rats

(志謝:感謝國家藥典委員會張慧燕、韓鵬和山東省食品藥品檢驗研究院謝元超、劉廣禎在樣品征集過程中所做的貢獻!)

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