無定形藥物固相表征技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用*

王亞男，李 芳，程 錦，王 詠，徐 嘉，辛俊勃，施 秦

江蘇醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院 藥學(xué)院，鹽城224005

近年來，伴隨著計(jì)算化學(xué)和高通量新藥篩選技術(shù)的快速發(fā)展，候選藥物分子的結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜、水溶性越發(fā)差，如何有效改善候選藥物的溶解度愈發(fā)成為成藥性研究中需要重視的關(guān)鍵問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在市售制劑中，約有40%的藥物為難溶性藥物，而處于研發(fā)管線中的候選藥物分子中難溶性藥物的比例甚至要超過70%[1]。此外，許多療效顯著的候選藥物分子由于其低水溶性的問題而被迫中止于臨床前研究階段，嚴(yán)重限制了相關(guān)新藥的開發(fā)和應(yīng)用。

無定形藥物，即無定形態(tài)藥物，是指通過無定形化技術(shù)將藥物分子從有序排列的晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚L程無序排列的高能無定形態(tài)的固體形態(tài)的藥物。這種晶態(tài)到無定形態(tài)的藥物固態(tài)形式的改變，可有效提高難溶性藥物的溶解度和溶出速率，從而顯著改善難溶性藥物的口服生物利用度。如用于哮喘長期治療的Accolate?中的扎魯司特與第二代頭孢菌素類抗生素制劑Ceftin?中的頭孢呋辛酯，均使用的是無定形。近年來，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）也陸續(xù)批準(zhǔn)了一些由無定形藥物和高分子組成的藥物制劑，如2009 年批準(zhǔn)的用于治療由充血性心衰、肝硬化以及抗利尿激素分泌不當(dāng)綜合征（SIADH 綜合征）導(dǎo)致的低鈉血癥的Samsca?。該制劑采用的即是噴霧干燥技術(shù)制備的托伐普坦和羥丙基纖維素的固體分散體。2014 年FDA 批準(zhǔn)美國吉利德公司研發(fā)可用于治愈丙型肝炎的新藥Sovaldi?，該制劑中使用的同樣是無定形的復(fù)方雷迪帕韋/索非布韋。由此可見，對難溶性藥物而言，無定形態(tài)藥物制劑具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。

藥物從晶態(tài)向無定形轉(zhuǎn)變需要有足夠的能量來破壞晶格能，制備方法和輔料等選擇均可能影響該轉(zhuǎn)變的整個(gè)程度。此外，與晶態(tài)藥物相比，無定形藥物處在高能量的亞穩(wěn)態(tài)，易在其儲存和溶出過程中向其晶態(tài)形式轉(zhuǎn)變。因此，在無定形態(tài)藥物制劑的制備、儲存和使用過程中，采用有效的技術(shù)手段對其進(jìn)行表征，對解決無定形態(tài)藥物制劑的物理穩(wěn)定性問題極為重要。藥物從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形態(tài)，其物理結(jié)構(gòu)、能量狀態(tài)、熱力學(xué)性質(zhì)均發(fā)生顯著改變[2]。根據(jù)無定形藥物的結(jié)構(gòu)和能量狀態(tài)特性，有多種技術(shù)手段可對無定形藥物進(jìn)行鑒定分析，包括偏光顯微技術(shù)、表面光柵衰減技術(shù)、X 射線衍射技術(shù)、熱分析技術(shù)、振動光譜學(xué)技術(shù)、固態(tài)核磁共振技術(shù)、熒光分析技術(shù)、X射線光電子能譜（XPS）等。現(xiàn)對多種無定形態(tài)藥物制劑研究中用到的表征技術(shù)的最新進(jìn)展進(jìn)行綜述，并探討其各自獨(dú)特的應(yīng)用，旨在為無定形態(tài)藥物制劑的研究和開發(fā)提供借鑒。

1 偏光顯微鏡-控溫?zé)崤_聯(lián)用技術(shù)

偏光顯微鏡技術(shù)是研究晶態(tài)和無定形態(tài)藥物最常用的技術(shù)手段之一。與普通光學(xué)顯微鏡相比，偏光顯微鏡可將普通光轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆?，從而?shí)現(xiàn)鑒別某一物質(zhì)是各向同性（單折射性）還是各向異性（雙折射性）。晶態(tài)藥物結(jié)構(gòu)上各向異性，具有雙折射的特性。在偏光顯微鏡的起偏鏡和檢偏鏡的正交作用下，可清楚地分辨晶體藥物和無定形態(tài)藥物。該技術(shù)可用于無定形態(tài)藥物表征、物理穩(wěn)定性的初步考察以及簡單的處方篩選。在實(shí)際研究應(yīng)用中，偏光顯微鏡通常與控溫?zé)崤_聯(lián)合使用，用于定性和定量研究在不同溫度下可能發(fā)生的無定形向晶態(tài)的轉(zhuǎn)變過程。Shi Q 等以抗真菌藥物灰黃霉素為模型藥物，采用熔融冷卻法制備其無定形樣品?；尹S霉素的晶體在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)雙折射現(xiàn)象，而無定形態(tài)灰黃霉素?zé)o雙折射現(xiàn)象，呈現(xiàn)背景顏色。通過偏光顯微鏡和控溫?zé)崤_的聯(lián)用，可清楚發(fā)現(xiàn)灰黃霉素結(jié)晶生長形貌具有明顯的溫度依賴性（如圖1 所示）[3]。在玻璃態(tài)中（＜Tg），灰黃霉素呈現(xiàn)的是塊狀結(jié)晶，接近Tg時(shí)，在灰黃霉素的結(jié)晶前沿可以看到明顯的纖維狀結(jié)晶，隨著溫度升高，灰黃霉素的晶體重新恢復(fù)塊狀結(jié)晶。當(dāng)溫度接近于藥物熔點(diǎn)（Tm）時(shí)，灰黃霉素以單晶形式生長[3]。研究表明，這些不同的生長形貌與無定形態(tài)灰黃霉素不同溫度下結(jié)晶控制機(jī)理具有差異顯著相關(guān)[3]。

圖1 灰黃霉素在不同溫度下的結(jié)晶形貌

由于控溫?zé)崤_可實(shí)現(xiàn)精確控溫，控溫?zé)崤_與偏光顯微鏡的聯(lián)合使用，可被用于定量測定無定形態(tài)藥物的結(jié)晶生長速率，借助該聯(lián)用技術(shù)，多種反常的快速結(jié)晶生長行為被發(fā)現(xiàn)和報(bào)道，如玻璃態(tài)快速結(jié)晶生長，表面結(jié)晶生長以及界面誘導(dǎo)結(jié)晶生長[3，4]。Shi Q 等在前期研究中，通過偏光顯微鏡-控溫?zé)崤_聯(lián)用技術(shù)，首次發(fā)現(xiàn)和報(bào)道了在過冷液體態(tài)存在的特殊的氣泡、誘導(dǎo)快速結(jié)晶現(xiàn)象，并證實(shí)其結(jié)晶生長速率與此時(shí)表面結(jié)晶生長速率幾乎完全一致（如圖2 所示）[3，4]。近年來，偏光顯微鏡-控溫?zé)崤_聯(lián)用技術(shù)還可被用于研究無定形態(tài)藥物的成核[5，6]。選擇通過控溫?zé)崤_在特定的溫度放置成核，然后升溫讓晶核生長至偏光顯微鏡可見的尺寸大小，通過統(tǒng)計(jì)單位體積內(nèi)藥物的成核數(shù)量，該聯(lián)用技術(shù)可定量研究藥物在不同溫度下成核速率及外界因素的影響與干擾[5，6]。

圖2 （A）灰黃霉素130 ℃的表面結(jié)晶生長；（B）灰黃霉素130 ℃氣泡誘導(dǎo)結(jié)晶生長；（C）結(jié)晶生長距離與時(shí)間的關(guān)系圖

此外，偏光顯微鏡-控溫?zé)崤_聯(lián)用技術(shù)還可為無定形態(tài)藥物的制備工藝提供參考，通過分析無定形態(tài)樣品在不同溫度條件下的微觀結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，可為藥物制劑的下游生產(chǎn)工藝如熱熔融擠出技術(shù)來制備無定形態(tài)藥物制劑的實(shí)驗(yàn)溫度范圍提供依據(jù)[7]。但是，目前市售的偏光顯微鏡的分辨率通常僅能達(dá)到微米級別，限制了其對無定形態(tài)藥物及其結(jié)晶微觀結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步分析。此外，控溫?zé)崤_的升降溫速率有待進(jìn)一步提高，目前該聯(lián)用技術(shù)對于捕捉瞬間的相變（如快速轉(zhuǎn)晶等）依然存在一定的困難。

2 表面光柵衰減技術(shù)

近年來研究發(fā)現(xiàn)，無定形態(tài)藥物在其暴露的表面可發(fā)生快速的表面結(jié)晶生長。通過偏光顯微鏡-控溫?zé)崤_技術(shù)的聯(lián)用發(fā)現(xiàn)，表面結(jié)晶速率與體相結(jié)晶速率有著數(shù)量級的巨大差異[8]。Yu L、Huang C 等[9，10]推測，該現(xiàn)象極有可能與無定形藥物表面快速運(yùn)動的分子有關(guān)，建立了通過表面光柵衰減獲取無定形態(tài)藥物分子運(yùn)動性的新的一種技術(shù)手段。如圖3 所示，該技術(shù)首先利用控溫?zé)崤_將晶體藥物或者物理混合物熔融并快速降溫至體系Tg以下，制備成為無定形態(tài)，將溫度升高至Tg以上軟化無定形表面，隨后將光柵壓入無定形樣品表面，該過程中盡量避免結(jié)晶，并降溫至玻璃態(tài)移除光柵，此時(shí)無定形表面呈現(xiàn)規(guī)律的鋸齒狀結(jié)構(gòu)。隨后在不同溫度下結(jié)合原子力顯微鏡或激光衍射法，表征表面鋸齒狀結(jié)構(gòu)的高度變化的時(shí)間依賴性，并通過Mullins 方程來獲取所需要的無定形藥物分子表面擴(kuò)散系數(shù)Ds[10]。

圖3 表面光柵衰減技術(shù)示意圖[13]

其中，K 為表面衰減常數(shù)，該常數(shù)分別與黏性流（F）、蒸發(fā)冷凝（A）、體相擴(kuò)散（D）以及表面擴(kuò)散（B）密切相關(guān)。方程中Ds為表面擴(kuò)散系數(shù)，γ 為表面自由能，Ω 為分子體積，v 為分子數(shù)目，k 為玻爾茲曼常數(shù)。在玻璃態(tài)中，表面擴(kuò)散是最重要的影響因素，而另外幾個(gè)因素（Fq、Aq2和Dq3）的貢獻(xiàn)可忽略不計(jì)。

通過表面光柵衰減技術(shù)，Yu L 等[9]成功獲得了多個(gè)藥物的表面擴(kuò)散系數(shù)，證實(shí)無定形態(tài)藥物表面發(fā)生的快速結(jié)晶現(xiàn)象與其表面快速運(yùn)動的分子直接相關(guān)。此外，表面分子擴(kuò)散速率也被證實(shí)是與分子本身的尺寸、分子間相互作用密切相關(guān)，分子尺寸越大、分子間相互作用越強(qiáng)，無定形態(tài)藥物表面分子擴(kuò)散越慢[11，12]。該技術(shù)的發(fā)展，使得人們可以從機(jī)理層面上探索無定形藥物的表面結(jié)晶現(xiàn)象，彌補(bǔ)了無定形態(tài)藥物在表面性質(zhì)研究領(lǐng)域的不足。在最新的研究中，Bannow J 等[13]采用該技術(shù)研究吲哚美辛-Soloplus 固體分散體的表面分子擴(kuò)散速率，隨著高分子添加量的變化，證實(shí)伴隨著Soloplus量增大，表面分子擴(kuò)散速率逐漸變慢，此時(shí)對應(yīng)體系的物理穩(wěn)定性不斷提高。需要注意的是，使用該技術(shù)手段獲得成功的關(guān)鍵在于測試過程中無定形藥物要避免結(jié)晶發(fā)生；但考慮到光柵衰減過程相對較為漫長，不利于維持藥物的無定形態(tài)，因此，某種程度上也限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。此外，在多元體系中，表面光柵技術(shù)獲取的是表面整體分子運(yùn)動的信息；但對于如何剝離體系中不同組分材料各自的運(yùn)動行為和分布則無能為力。

3 X 射線粉末衍射-同步輻射光源技術(shù)聯(lián)用

X 射線衍射技術(shù)是目前國際公認(rèn)的晶態(tài)物質(zhì)定性與定量，以及確定無定形態(tài)最常用的分析技術(shù)。晶態(tài)藥物在粉末X-射線衍射圖譜中呈現(xiàn)為尖銳的衍射峰，而無定形態(tài)藥物在粉末X 射線衍射結(jié)果則無明顯的晶體衍射峰，形態(tài)上類似“饅頭峰”。在無定形態(tài)藥物的表征和物理穩(wěn)定性測試中，常以無明顯晶體衍射峰作為指標(biāo)，確認(rèn)無定形態(tài)藥物體系制備或者貯存過程中是否發(fā)生結(jié)晶[14]。該技術(shù)同樣可用于表征無定形態(tài)藥物體系可能存在的微觀相分離現(xiàn)象[15]。Newman A 等[15]以海藻糖和右旋糖酐1∶1 組成的固體分散體為對象，盡管差示量熱掃描儀顯示體系只有一個(gè)Tg，但通過X-射線粉末衍射技術(shù)結(jié)合分布函數(shù)耦合計(jì)算，發(fā)現(xiàn)體系中存在有微觀的相分離行為（＜30 nm）。

但需要注意的是，X-射線粉末衍射對于表征無定形態(tài)藥物制劑體系中含量相對較少的結(jié)晶存在困難。近年來，伴隨著同步輻射光源技術(shù)的發(fā)展，X-射線粉末衍射技術(shù)同樣可以用于檢測無定形態(tài)藥物制劑中可能存在的痕量晶體[16-18]。Nunes C 等[16]通過同步輻射X-射線粉末衍射技術(shù)研究了無定形態(tài)蔗糖中殘余的痕量晶體蔗糖，研究發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)檢測的含量下限可達(dá)到0.2%，遠(yuǎn)高于常規(guī)的X-射線粉末衍射技術(shù)。該聯(lián)用技術(shù)高分辨率的優(yōu)勢主要源于同步輻射所產(chǎn)生的X-射線強(qiáng)度遠(yuǎn)高于常規(guī)的X-射線，且其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性均具有顯著優(yōu)勢。同步輻射X-射線粉末衍射技術(shù)在早期的快速物理穩(wěn)定性評估中具有非常重要的價(jià)值和意義。Mehta M等[17，18]結(jié)合同步輻射X-射線粉末衍射技術(shù)與寬頻介電譜技術(shù)，成功構(gòu)建了以水為塑化劑的無定形態(tài)藥物，加速物理穩(wěn)定性預(yù)測模型。雖然，同步輻射X-射線粉末衍射技術(shù)具有很好地應(yīng)用前景，但同步輻射本身的光源獲取需要依賴于國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室等科研機(jī)構(gòu)，因此一定程度上也會限制該技術(shù)的使用。

4 熱分析技術(shù)

差示掃描量熱分析（DSC）是熱分析技術(shù)中最為常用的分析手段，可用于表征物質(zhì)的結(jié)晶、熔融、玻璃化轉(zhuǎn)變、晶型轉(zhuǎn)變等相變過程，通過分析DSC 曲線來鑒別藥物是否處于無定形態(tài)，還可用于定量檢測和計(jì)算殘余的晶體藥物量。DSC 同樣廣泛用于研究無定形態(tài)藥物制劑制備過程的參數(shù)控制，尤其在研究藥物與高分子材料互溶性中發(fā)揮極為重要的作用[19，20]。Sun Y 等[19]以吲哚美辛和硝苯地平為模型藥物，以聚醋酸乙烯酯（PVAc）、聚維酮（PVP）與聚乙烯基吡咯烷酮／醋酸乙烯共聚物PVP-VA 作為高分子載體材料，研究冷凍研磨制備的、含有不同高分子體系完全“溶解”在高分子材料所對應(yīng)的溫度，即結(jié)晶峰消失的臨界溫度，并通過公示（1）計(jì)算獲得藥物的“活度”a[19]。

在公式（1）中，△Hm和τm分別代表著藥物的熔化焓和熔化溫度；τ代表的是藥物的“溶解”溫度。根據(jù)Flory-Huggins理論，藥物的活度與藥物-高分子相互作用參數(shù)χ 又可建立如下關(guān)系[19]：

在公式（2）中，vdrug和vpolymer分別代表藥物和高分子聚合物的體積分?jǐn)?shù)；x 代表的則是高分子聚合物和藥物的分子重量比。χ 為Flory-Huggins 相互作用參數(shù)，該參數(shù)通?？梢苑从乘幬锖透叻肿泳酆衔锏幕ト苄院拖嗷プ饔肹21，22]。通常該參數(shù)為負(fù)值時(shí)，意味著藥物和高分子體系是熱力學(xué)互溶體系[19-22]，該參數(shù)可為無定形態(tài)藥物制劑的處方設(shè)計(jì)、制備工藝提供參考。此外，DSC 除為常規(guī)熱信號，如熔化、玻璃化轉(zhuǎn)變、結(jié)晶外，最新研究表明，在無定形態(tài)藥物的研究中，同樣需要關(guān)注特殊的熱信號[23，24]。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，在低溫時(shí)會出現(xiàn)無定形態(tài)樣品脆裂的放熱峰，該現(xiàn)象被證實(shí)與藥物低溫成核現(xiàn)象有直接聯(lián)系，低溫出現(xiàn)脆裂現(xiàn)象的樣品被證實(shí)有極高概率發(fā)生成核，進(jìn)一步支持界面誘導(dǎo)無定形態(tài)藥物成核理論[24]。

傳統(tǒng)的DSC 分析在測定無定形態(tài)藥物Tg時(shí)，會遇到熱焓、熱容變化很小或多種熱信號重疊的情況，此時(shí)通常會采用調(diào)制DSC 技術(shù)（MDSC）。MDSC 可有效消除動力學(xué)過程（焓弛豫和水分揮發(fā)）對無定形態(tài)藥物測試的干擾和影響，更容易獲得清晰和可靠的體系Tg。MDSC 對于水分和殘留有機(jī)溶劑的分析能力也遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)DSC，特別是對噴霧干燥技術(shù)制備無定形態(tài)藥物制劑的分析[25]。此外，近年來研究者也嘗試DSC 技術(shù)與多種技術(shù)聯(lián)合使用，如熱分析-原子力顯微鏡聯(lián)用技術(shù)（Nano-TA），就是將熱分析技術(shù)和原子力顯微鏡（AFM）進(jìn)行聯(lián)合使用，可以反映樣品局部微觀尺度下發(fā)生的熱變化，無需破壞樣品即可快速獲得藥物的晶態(tài)或者無定形態(tài)的組成以及分布等信息[26]。Qi S 等[26]采用Nano-TA 表征非洛地平與聚維酮(PVP)形成的固體分散體薄膜中的結(jié)晶和相分離行為，Nano-TA 可明顯分辨出水分導(dǎo)致的非洛地平-聚維酮（PVP）固體分散體的微觀結(jié)構(gòu)變化。Nano-TA 在表征微米以下尺寸的微觀結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢，但是目前該儀器造價(jià)較為昂貴，普及率并不高。

5 寬頻介電弛豫譜技術(shù)

寬頻介電弛豫譜技術(shù)（簡稱介電譜）是目前研究最廣、最有可能獲取無定形藥物制劑中不同形式分子運(yùn)動行為的弛豫時(shí)間的技術(shù)，可用于研究無定形藥物制劑的整體分子運(yùn)動和局部分子運(yùn)動[27]。通過對樣品外加交變電場，極性分子會隨電場作交變的取向運(yùn)動，當(dāng)取消外電場時(shí)，介質(zhì)分子將恢復(fù)到平均偶極矩為零的紊亂取向狀態(tài)，該過程稱為介電弛豫過程。如圖4 所示，可通過介電譜獲得不同溫度條件下的弛豫譜，結(jié)合Havrililak-Negami（HN）方程獲得體系的τHN[27]：

圖4 灰黃霉素的介電弛豫溫度依賴性圖譜

隨后進(jìn)而通過下式計(jì)算獲得反映分子運(yùn)動的弛豫時(shí)間τ[27]：

在實(shí)際無定形態(tài)藥物的介電譜的研究中，通?？梢酝瑫r(shí)獲得反映分子整體運(yùn)動初級弛豫時(shí)間（τα）的和局部分子運(yùn)動的次級弛豫時(shí)間（τβ、τγ等），兩者溫度依賴性分別符合Vogel-Fulcher-Tammann（VFT，熔體粘度與溫度的關(guān)系式）及Arrhenius 方程(由瑞典科學(xué)家阿倫尼烏斯所創(chuàng)立的化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)，隨溫度變化關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式)[27]：

通過對這一弛豫過程的研究和分析，可獲得分子運(yùn)動性等信息，可與無定形藥物制劑的結(jié)晶過程建立一定聯(lián)系，有助于更好地預(yù)測無定形藥物制劑的物理穩(wěn)定性[27]。

Kothari K 等[28]在研究無定形灰黃霉素、硝苯地平以及硝苯地平-聚維酮固體分散體分子運(yùn)動性時(shí)發(fā)現(xiàn)，介電譜獲取的α-弛豫時(shí)間，可以與這些無定形態(tài)藥物體系在過冷液體狀態(tài)達(dá)到10%結(jié)晶度所需要的時(shí)間建立很好的相關(guān)性，該研究同時(shí)證實(shí)，該結(jié)論可以外推至其玻璃態(tài)中。此外，也有研究表明，藥物和高分子聚合物形成較強(qiáng)的氫鍵相互作用時(shí)，會延長體系的α-弛豫時(shí)間（降低整體分子的運(yùn)動性），此時(shí)可以更有效地抑制藥物的結(jié)晶[29]。Mistry P 等[30]研究了聚維酮（PVP）、聚甲基丙烯酸羥乙酯（PHEMA）以及聚丙烯酸（PAA）3 種高分子聚合物，對無定形酮康唑分子運(yùn)動性和結(jié)晶行為的影響。無定形酮康唑與3 種高分子材料分別形成弱的偶極相互作用、氫鍵相互作用以及離子鍵相互作用。其中，酮康唑與PAA 形成的離子鍵相互作用對其α-弛豫時(shí)間的影響最為明顯，顯著減低其分子運(yùn)動性[30]。

Shi Q 等在國內(nèi)率先探究介電譜、建立分子運(yùn)動與結(jié)晶生長的相關(guān)性，在前期的研究中，以灰黃霉素和吲哚美辛為模型藥物，聚環(huán)氧乙烷為模型高分子，通過介電譜研究高分子聚合物對無定形藥物分子運(yùn)動性的影響。對灰黃霉素研究發(fā)現(xiàn)，3%（w/w）聚環(huán)氧乙烷的摻雜可以使玻璃態(tài)或過冷液體態(tài)灰黃霉素結(jié)晶生長加速，達(dá)到兩個(gè)數(shù)量級。此時(shí)，不同濃度聚環(huán)氧乙烷摻雜的無定形灰黃霉素的α-弛豫時(shí)間的改變與體系Tg改變密切相關(guān)，證實(shí)其對分子運(yùn)動性的影響主要是“塑化作用”。但該塑化作用無法合理地解釋無定形灰黃霉素的結(jié)晶加速生長行為。在隨后的研究中，也證實(shí)聚環(huán)氧乙烷的摻雜會顯著改變吲哚美辛部分晶型結(jié)晶動力學(xué)與流體性質(zhì)的相關(guān)性，推測聚環(huán)氧乙烷的選擇性加速作用與聚環(huán)氧乙烷的不同晶型表面吸附作用的強(qiáng)弱密切相關(guān)。因此，在通過介電譜研究無定形藥物制劑分子運(yùn)動與結(jié)晶動力學(xué)研究時(shí)，除需考慮整體分子運(yùn)動外，還需關(guān)注高分子本身的鏈段動能和高分子在結(jié)晶前沿富集的現(xiàn)象[21，22]。此外，近年來寬頻介電譜技術(shù)也在無定形藥物受限態(tài)研究中取得一定進(jìn)展，Zhang C 等[31]將小分子藥物熔融負(fù)載入多孔陽極氧化鋁材料，通過介電譜表征無定形藥物受限分子運(yùn)動，發(fā)現(xiàn)孔道尺寸和界面結(jié)構(gòu)均會對無定形小分子藥物的納米結(jié)構(gòu)和分子運(yùn)動產(chǎn)生顯著影響。

6 納米紅外光譜分析及拉曼光譜成像

無定形態(tài)藥物與晶態(tài)藥物分子的振動能量之間有一定差別，可通過紅外光譜中峰型變化、峰位偏移以及峰強(qiáng)改變來表征。此外，紅外光譜可有效表征出無定形態(tài)藥物和高分子材料在固體分散體中的分子間相互作用，為無定形態(tài)藥物制劑中高分子的合理篩選提供依據(jù)。近年來，納米紅外分析技術(shù)（Nano-IR）逐漸發(fā)展起來、用于表征微觀尺寸下物質(zhì)分布及相互作用[32]。Purohit HS 等[32]通過原子力顯微鏡技術(shù)（AFM）結(jié)合Nano-IR 以及Nano-TA 可檢測到伊曲康唑-羥丙甲纖維素（HPMC）固體分散體中微觀的相分離現(xiàn)象，而通過DSC 分析此時(shí)體系只有一個(gè)Tg。此外，有研究表明，傅里葉變換衰減全反射紅外光譜技術(shù)（ATR-FTIR）對于無定形態(tài)藥物制劑表面物質(zhì)分布具有獨(dú)特的優(yōu)勢[33]。

拉曼技術(shù)也是用于表征藥物多晶型的重要手段之一[34，35]，在無定形態(tài)藥物制劑領(lǐng)域也得到了很好地應(yīng)用[36，37]。拉曼散射產(chǎn)生的光譜圖的譜帶數(shù)目、位移、強(qiáng)度和形狀，直接與分子的振動和轉(zhuǎn)動信息相關(guān)聯(lián)。目前，拉曼掃描成像技術(shù)成為相分離研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。Tian Y 等[38]通過拉曼成像和偏光顯微鏡技術(shù)研究了非洛地平在醋酸羥丙基甲基纖維素琥珀酸酯（HPMCAS-HF）、聚乙烯己內(nèi)酰胺-聚醋酸乙烯酯-聚乙二醇共聚物（Soluplus）和聚維酮K15（PVPK15）固體分散體中的物理穩(wěn)定性和相分離行為，通過拉曼掃描成像技術(shù)，可以清楚地發(fā)現(xiàn)在較高載藥量時(shí)，無定形態(tài)藥物易于發(fā)生結(jié)晶和相分離，且相分離行為被證實(shí)與Flory-Huggins 理論預(yù)測的一致。本課題組結(jié)合偏光顯微鏡和拉曼掃描成像技術(shù)，證實(shí)聚環(huán)氧乙烷在灰黃霉素的結(jié)晶生長前沿出現(xiàn)富集現(xiàn)象，并通過拉曼光譜技術(shù)測定了前沿富集的高分子的含量，證實(shí)晶體-無定形態(tài)的界面高分子富集是影響無定形態(tài)二元體系結(jié)晶生長的重要因素[36]。如圖5 所示，拉曼掃描成像技術(shù)同樣發(fā)現(xiàn)吲哚美辛晶型生長過程中聚環(huán)氧乙烷具有不同的富集特征，很好地解釋了聚環(huán)氧乙烷對吲哚美辛藥物不同晶型的選擇性及加速結(jié)晶作用[37]。此外，相比于中頻和高頻拉曼，低頻拉曼光譜在表征分子內(nèi)部振動模式更為敏感，可用于表征無定形態(tài)的形成過程。Walker G 等[39]采用低頻拉曼技術(shù)清楚地展示了吲哚美辛和色氨酸在研磨過程中由晶態(tài)向無定形態(tài)轉(zhuǎn)變的過程，與X-射線粉末表征技術(shù)的結(jié)果一致。需要注意的是，紅外光譜和拉曼分析技術(shù)通常很少單獨(dú)用于無定形藥物制劑的表征，更多的是作為輔助手段和其他技術(shù)結(jié)合并相互驗(yàn)證。但紅外光譜和拉曼技術(shù)在分析無定形藥物和輔料之間相互作用時(shí)有其自己獨(dú)到的優(yōu)勢，相關(guān)研究對于理解無定形態(tài)藥物制劑物理穩(wěn)定性具有非常重要的意義。圖5 為吲哚美辛（LMC）不同晶型結(jié)晶生長過程、高分子聚環(huán)氧乙烷（PEO）富集現(xiàn)象的拉曼掃描成像[37]。

圖5 吲哚美辛不同晶型結(jié)晶生長過程高分子聚環(huán)氧乙烷富集現(xiàn)象的拉曼掃描成像[37]

7 固態(tài)核磁共振技術(shù)

近年來，伴隨著高功率偶極去偶、魔角旋轉(zhuǎn)以及交叉極化等技術(shù)的發(fā)展，固態(tài)核磁共振圖譜的分辨率得到顯著提高，開始在無定形藥物制劑研究領(lǐng)域嶄露頭角[40-44]。有研究表明,固態(tài)核磁共振技術(shù)可通過T1和T1ρ弛豫時(shí)間計(jì)算出相分離的尺寸，并據(jù)此評估無定形態(tài)藥物固體分散體內(nèi)藥物和高分子的互溶程度[41，42]。固態(tài)核磁共振技術(shù)同樣可用于表征和定量體系中不同的氫鍵組成[40]。Yuan X 等[40]通過13C 固態(tài)核磁共振技術(shù)研究了無定形態(tài)藥物吲哚美辛的氫鍵組成，其中59%的氫鍵主要為二聚體環(huán)狀結(jié)構(gòu)，15%為鏈狀結(jié)構(gòu)，19%形成的是羧酸-酰胺氫鍵。研究指出，高分子的加入對原有氫鍵體系的影響同樣可通過13C 固態(tài)核磁共振技術(shù)進(jìn)行表征[40]。近年來，魔角自旋固體核磁共振技術(shù)被逐漸引入，應(yīng)用于研究無定形藥物分子間的相互作用[43]。Lu X 等[43]采用多維13C和19F 魔角自旋核磁共振技術(shù)，研究了抗真菌藥物泊沙康唑從晶體轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形態(tài)的分子機(jī)制。通過該技術(shù)，發(fā)現(xiàn)泊沙康唑晶體分子間“頭-頭”的分子間相互作用會在其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形后消失，但相鄰藥物分子間的“頭-尾”相互作用則會得到保留[43]。固態(tài)核磁共振技術(shù)在無定形態(tài)藥物制劑的研究中有很好的應(yīng)用前景，但其普及率不高，主要受限于設(shè)備成本較高、測試時(shí)間較長、數(shù)據(jù)解析存在一定難度等諸多原因。

8 熒光分析技術(shù)

熒光分析技術(shù)是利用特殊物質(zhì)在紫外光照射下產(chǎn)生熒光的特性及其強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)定性和定量的分析方法。通過添加熒光染料或者自身具有熒光特性的藥物分子，用于表征固體分散體中藥物的分布、相分離以及結(jié)晶行為等[44，45]。Tian B等[44]應(yīng)用吲哚美辛藥物分子自身的熒光特性，結(jié)合熒光光譜分析技術(shù)，定量研究了藥物分子在多個(gè)高分子基質(zhì)中的相分離行為，并建立了體系互溶性與物理穩(wěn)定性之間較好的相關(guān)性。Purohit HS 等[45]以伊曲康唑和羥丙甲纖維素（HPMC）作為研究對象，采用熒光成像方式研究相分離行為，采用旋轉(zhuǎn)真空干燥、涂膜以及噴霧干燥3 種方法制備固體分散體，以羅丹明及氟硅酸鈉為熒光劑，研究發(fā)現(xiàn)羅丹明主要富集在羥丙甲纖維素（HPMC）中，而氟硅酸鈉主要富集在伊曲康唑中，通過熒光激發(fā)和發(fā)射光譜的差異，揭示不同制備方法下固體分散體藥物和高分子材料的分布差異，為指導(dǎo)無定形態(tài)藥物制劑的制備工藝提供依據(jù)[45]。由此可見，熒光光譜分析技術(shù)在表征固體分散體中可能存在的微觀尺寸的相分離行為有很好的應(yīng)用價(jià)值。近年來，熒光壽命顯微鏡技術(shù)也被逐步用于研究無定形藥物的結(jié)晶，該技術(shù)根據(jù)藥物無定形態(tài)及不同晶型的熒光衰減曲線，從而剝離出結(jié)晶信號，實(shí)現(xiàn)定量研究無定形態(tài)藥物結(jié)晶動力學(xué)的目的[46]。但這一技術(shù)本身需要藥物有熒光的性質(zhì)，因此可使用的范圍也相對有限。

9 X 射線光電子能譜（XPS）

XPS 通過X 射線輻射樣品，激發(fā)原子或分子的內(nèi)層電子或價(jià)電子，被光子激發(fā)出來的電子稱為光電子。通過測量光電子的能量并做出光電子能譜圖，從而獲得樣品有關(guān)信息。它能準(zhǔn)確地測量原子的內(nèi)層電子束縛能及化學(xué)位移，不但能提供分子結(jié)構(gòu)和原子價(jià)態(tài)方面的信息，還能為電子材料研究提供各種化合物的元素組成和含量、化學(xué)狀態(tài)、分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵方面的信息。XPS 分析元素的組成和含量被用于分析固體分散體中無定形態(tài)藥物的分布。Chen Z 等[47]使用XPS 技術(shù)成功地表征了噴霧干燥技術(shù)制備的固體分散體顆粒表面的藥物和高分子材料分布，并以此技術(shù)為基礎(chǔ)，深入闡明在噴霧干燥技術(shù)中影響藥物和高分子表面分布的主要影響參數(shù)；該研究指出，在樣品干燥的過程中，藥物和高分子材料本身在溶劑中的表面張力差異、溶劑揮發(fā)擴(kuò)散速率差異以及藥物-高分子之間的相互作用，均會顯著影響藥物和高分子材料的表面分布[47]。近年研究發(fā)現(xiàn)，XPS 技術(shù)可與飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜（ToF-SIMS）聯(lián)合使用，這兩種技術(shù)的聯(lián)用可獲得更高的表面分析靈敏度和空間分辨率[48]。

10 小結(jié)與展望

無定形態(tài)藥物在提高難溶性藥物溶解度、增加溶出以及提高生物利用度方面，具有極為重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。在無定形態(tài)藥物制劑的處方開發(fā)及工業(yè)化生產(chǎn)中，如何通過簡單有效的方法，表征無定形態(tài)藥物依然是制劑領(lǐng)域需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容和重要的研究方向。此外，輔料和制備方法的選擇不僅會影響制備過程中晶體向無定形態(tài)的轉(zhuǎn)變，同樣會影響貯存過程中無定形態(tài)藥物制劑的物理穩(wěn)定性。因此，如何通過有效的表征手段區(qū)分無定形態(tài)以及晶態(tài)、監(jiān)測甚至是預(yù)測無定形態(tài)藥物的穩(wěn)定性依然是制藥領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。不同技術(shù)的靈敏度和分辨率各有差異，往往需要聯(lián)合使用，而新技術(shù)的應(yīng)用也將有利于加深對無定形態(tài)藥物的理論認(rèn)識和實(shí)踐指導(dǎo)。相信伴隨著新的檢測理論和技術(shù)的發(fā)展，無定形態(tài)藥物制劑表征技術(shù)的精密度和準(zhǔn)確度均會逐步提高，并最終為無定形態(tài)藥物制劑的質(zhì)量控制提供更好的支撐。