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摘要

國(guó)家藥典委近期發(fā)布了《關(guān)于化學(xué)成像指導(dǎo)原則標(biāo)準(zhǔn)草案的公示》的通知，主要適用于基于振動(dòng)光譜（例如，近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和拉曼光譜）的化學(xué)成像系統(tǒng)。

化學(xué)成像技術(shù)通過(guò)結(jié)合具有空間分辨能力的譜學(xué)信息和位置信息，能夠詳細(xì)表征樣品的物理和化學(xué)屬性。這項(xiàng)技術(shù)涉及多種成像方法，包括光譜成像、質(zhì)譜成像和核磁共振成像等。光譜成像特別適用于分析樣品的表面化學(xué)和物理特性，它通過(guò)照射不同波長(zhǎng)的光并收集反饋信號(hào)來(lái)構(gòu)建圖像，從而揭示樣品的成分、濃度、晶型、空間分布、顆粒形狀和尺寸等信息。

在藥品分析和檢測(cè)領(lǐng)域，化學(xué)成像已成為一種重要的平臺(tái)技術(shù)，尤其在藥品生產(chǎn)和質(zhì)量控制過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它能夠分析固體、半固體和液體樣品，包括活性藥物成分和輔料的鑒別、成分比例、多晶態(tài)和顆粒形態(tài)?；瘜W(xué)成像不僅用于定性和定量分析原輔料、固體和半固體制劑、生物樣品、包裝材料和設(shè)備中的活性成分，還有助于檢查樣品的均勻性，檢測(cè)物理缺陷如裂紋，以及識(shí)別外來(lái)顆?；蛭廴疚?。此外，它還能幫助理解生產(chǎn)過(guò)程和確定工藝問(wèn)題的原因。

本工作通過(guò)利用島津極具特色的AIRsight紅外拉曼顯微鏡（圖1），在定制化藥片修塊切片前處理設(shè)備的輔助制樣下，通過(guò)借助其帶有的紅外光譜與拉曼光譜成像功能，同時(shí)結(jié)合自主開(kāi)發(fā)的程序化圖像處理與計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鹽酸二甲雙胍緩釋藥物的化藥片劑的原料藥（API）以及兩種晶型藥物有效晶型進(jìn)行化學(xué)成像分析，并借助自主開(kāi)發(fā)的圖像處理和計(jì)算程序工具對(duì)含量進(jìn)行計(jì)算，為化藥片劑的可視化表征與研究提供全新的方法和思路。

圖1   AIRsight紅外拉曼顯微鏡

鹽酸二甲雙胍片劑拉曼光譜化學(xué)成像與占比計(jì)算

圖2 鹽酸二甲雙胍特征拉曼光譜，化學(xué)成像及二值化處理

使用AIRsight紅外拉曼顯微鏡的拉曼光譜模式對(duì)鹽酸二甲雙胍緩釋片劑進(jìn)行分析。片劑經(jīng)修塊后，首先采用單點(diǎn)拉曼模式對(duì)鹽酸二甲雙胍片劑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)光譜采集，并針對(duì)其光譜進(jìn)行特征峰歸屬分析，其中737.21 cm-1處為鹽酸二甲雙胍分子中N-H鍵搖擺振動(dòng)特征吸收峰，可作為鹽酸二甲雙胍片劑的特征峰進(jìn)行化學(xué)成像圖像提取。

以737.21 cm-1（N-H鍵搖擺振動(dòng)）為鹽酸二甲雙胍拉曼特征峰峰強(qiáng)度進(jìn)行化學(xué)成像圖像提取，用以表征鹽酸二甲雙胍片劑內(nèi)部的分布情況。所得結(jié)果如圖2所示：圖中色帶藍(lán)色區(qū)域?yàn)闊o(wú)信號(hào)背景，色帶紅色區(qū)域?yàn)橛行PI化學(xué)成像信號(hào)。由化學(xué)成像結(jié)果可見(jiàn)，該鹽酸二甲雙胍片劑中API分布整體呈現(xiàn)非連片的分疇特點(diǎn)，分布均勻度一般。進(jìn)而通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的圖像處理工具，對(duì)化學(xué)成像圖進(jìn)行二值化處理，所得結(jié)果如圖2所示，其中白像素為API有效信號(hào)，而黑像素為無(wú)API背景信號(hào)。

經(jīng)前期計(jì)算，該藥品整體密度與API密度相近，根據(jù)該藥物說(shuō)明書(shū)提供的成分：每片含API 0.5g，整片稱重質(zhì)量為0.68g，API質(zhì)量占比73.5%，通過(guò)借助程序處理進(jìn)行像素計(jì)算，得到在所成像的區(qū)域內(nèi)，API占比約為73.16%。該結(jié)果與真實(shí)含量十分接近，說(shuō)明該方法對(duì)于藥片API含量測(cè)定具有較高的準(zhǔn)確性。

尼莫地平A晶（有效晶型）拉曼光譜化學(xué)成像與占比計(jì)算

圖3 尼莫地平片劑拉曼光譜化學(xué)成像及二值化

通過(guò)化學(xué)成像采集發(fā)現(xiàn)，該片劑中的尼莫地平分子以較為均勻的形式分布在藥片內(nèi)部，所以用A晶特征峰481cm-1與尼莫地平分子特征峰641.3cm-1的比率進(jìn)行圖像提取【1】，用以表征A晶在藥片內(nèi)的具體分布情況。所得化學(xué)成像圖如圖3所示：圖中色帶偏藍(lán)處為無(wú)信號(hào)背景，信號(hào)偏黃紅處為有效的A晶成像信號(hào)，其中顏色越紅代表信號(hào)越強(qiáng)，即A晶含量越高。由化學(xué)成像結(jié)果可見(jiàn)，該尼莫地平片劑中A晶的分布呈現(xiàn)分疇特點(diǎn)，分布均勻度一般。

進(jìn)而通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的圖像處理工具，對(duì)化學(xué)成像圖進(jìn)行二值化處理，所得結(jié)果如圖3所示，其中白像素為A晶有效信號(hào)，而黑像素為背景信號(hào)。通過(guò)借助程序處理進(jìn)行像素計(jì)算，得到在所成像的區(qū)域內(nèi)，A晶占整體尼莫地平分子的66.15%。針對(duì)該方法的驗(yàn)證工作正在通過(guò)QC樣本進(jìn)行中。

西米替丁A晶（有效晶型）紅外光譜化學(xué)成像與占比計(jì)算

圖4 西咪替丁片劑紅外光譜化學(xué)成像及二值化

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，西咪替丁A晶的生物有效性最佳，但B晶型藥品也很多，也有A和B混合晶型【2】。本實(shí)驗(yàn)以西咪替丁A晶為有效目標(biāo)晶型進(jìn)行研究，使用AIRsight紅外拉曼顯微鏡的紅外光譜模式對(duì)西咪替丁片劑進(jìn)行分析。片劑經(jīng)修塊后，首先采用單點(diǎn)紅外模式對(duì)西咪替丁片劑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)光譜與特征光譜采集，并針對(duì)其光譜進(jìn)行特征峰歸屬分析，結(jié)果如圖4所示。

以1203cm-1為西咪替丁A晶紅外特征峰峰強(qiáng)度進(jìn)行化學(xué)成像圖像提取，用以表征A晶在西咪替丁片劑內(nèi)部的分布情況。所得結(jié)果如圖4所示：圖中色帶偏藍(lán)處為無(wú)信號(hào)背景，信號(hào)偏黃紅處為有效的A晶成像信號(hào)，其中顏色越紅代表信號(hào)越強(qiáng)，即A晶含量越高。由化學(xué)成像結(jié)果可見(jiàn)，該西米替丁片劑中A晶的分布呈現(xiàn)連片特點(diǎn)，分布均勻度較好。進(jìn)而通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的圖像處理工具，對(duì)化學(xué)成像圖進(jìn)行二值化處理，所得結(jié)果如圖4所示，其中白像素為A晶有效信號(hào)，而黑像素為背景信號(hào)。通過(guò)借助程序處理進(jìn)行像素計(jì)算，得到在所成像的區(qū)域內(nèi)，A晶占比約為86.95%。針對(duì)該方法的驗(yàn)證工作正在通過(guò)QC樣本進(jìn)行中。

結(jié)論

通過(guò)利用島津特色的AIRsight紅外拉曼顯微鏡，在定制化藥片修塊切片前處理設(shè)備的輔助制樣下，借助其自帶的紅外光譜成像和拉曼光譜成像功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)緩釋藥物的化藥片劑的原料藥以及兩種晶型藥物有效晶型進(jìn)行化學(xué)成像分析，并借助自主開(kāi)發(fā)的圖像二值化處理和計(jì)算工具實(shí)現(xiàn)了含量占比進(jìn)行量化計(jì)算。該方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物片劑分布、含量等信息進(jìn)行直觀有效的分析，可為化藥片劑API、輔料分布及晶型表征與研究提供全新的方法和思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 尼莫地平兩種晶型的拉曼光譜分析和溶出度實(shí)驗(yàn)[J]. 醫(yī)藥導(dǎo)報(bào),2017,36(10):5.DOI:10.3870/j.issn.1004-0781.2017.10.021.

[2] 衰減全反射傅里葉變換紅外光譜法定量分析西咪替丁A晶型的含量[J]. 中國(guó)藥學(xué)雜志,2005.DOI:CNKI:SUN:ZGYX.0.2005-20-024.