電子顯微鏡助力藥品檢測

藥品作為具有預(yù)防、治 療、診斷人的疾病，有目的地調(diào)節(jié)人的生理機能并規(guī)定有適應(yīng)癥或者功能主治、用法和用量的物質(zhì)，區(qū)別于其他商品，具有一定的特殊性。一方面，良藥能治 療疾病、減輕人們的痛苦甚至拯救人類的生命；另一方面，藥物質(zhì)量控制不好時，使用粗制濫造的不良產(chǎn)品或“假藥“，可能會帶來不可預(yù)知的其他疾病，不得不承受其副作用的傷害，甚至對人的生命安全造成一定威脅。

電子顯微鏡作為一種常規(guī)的微觀形貌分析工具，在制藥行業(yè)發(fā)揮了重要作用，對于藥物及其周邊產(chǎn)品生產(chǎn)過程的品質(zhì)控制、質(zhì)量監(jiān)督、問題追溯都能起到立竿見影的效果，涵蓋了原料藥、輔料、藥物制劑（片劑、丸劑、懸濁液）、保健品、藥包材和醫(yī)療器械等產(chǎn)品。

2021年7月2日，由國家藥品監(jiān)督管理局藥品評審中心組織制訂的《化學(xué)藥品吸入液體制劑藥學(xué)研究技術(shù)要求（征求意見稿）》（以下簡稱“意見稿”）正式向社會公布并征求意見。其中提到，吸入液體制劑的生產(chǎn)工藝“應(yīng)關(guān)注微粉化后原料藥的相關(guān)屬性，如粒度和粒度分布、晶型/無定型含量、外源性粒子等”。

 “對于用于吸入混懸液的原料藥，一般還應(yīng)對其晶型/粒子形態(tài)、粒度和粒度分布等加以研究及控制”?！皩τ谖牖鞈乙?，還應(yīng)在效期末進行藥物粒子的晶型、粒度和粒度分布檢查，并且建議采用顯微鏡等分析手段觀察藥物粒子的形態(tài)變化、團聚等情況。如果制劑處 方中含有抗氧劑等輔料，應(yīng)考察這些輔料在穩(wěn)定性研究過程中的含量變化“。傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡由于分辨率和景深的限制因素，對于5微米以下的更小粉體，難以觀察到清晰形貌，需要借助于電子顯微鏡。

原料藥和輔料的晶型、粒度調(diào)控

原料藥和輔料本身都存在多晶型現(xiàn)象，而且他們在制劑工藝和存儲過程中可能會發(fā)生晶型變化。例如，甘露醇常見的是α、β、δ無水晶型，乳糖為一水合物晶型和無水晶型，蔗糖有16種晶型，二氧化鈦有銳鈦礦、金紅石和板鈦礦三種晶型，羥甲基淀粉鈉吸濕后晶型發(fā)生變化，硬脂酸鎂在高溫下不穩(wěn)定、壓力條件下會發(fā)生晶型改變。

晶型一旦發(fā)生改變，原料藥會影響藥物療 效，輔料會影響制劑內(nèi)部微粒的結(jié)合狀態(tài)，最 終也會造成不可控因素增加，影響藥物的一致性評價。

三種不同晶型、粒度的原料藥

藥物晶型的定性定量分析一般主要通過XRD（X射線粉末衍射）來進行。SEM（掃描電子顯微鏡）作為一種補充分析手段，能夠?qū)⒕秃托蚊步Y(jié)合起來，同時能夠表征粉體粒度、摻雜、團聚情況等XRD難以直觀反映的信息，從而受到廣大研究人員的青睞。圖1就是典型的三種原料藥SEM圖。肉眼看來，同為白色粉末，在電鏡下的晶型差別一目了然，粒度大小也能通過測量功能精 準(zhǔn)測量。

藥物輔料：甘露醇、硬脂酸鎂、低取代羥丙纖維素

圖中顯示了常見輔料甘露醇、硬脂酸鎂和低取代羥丙纖維素的SEM圖。甘露醇在醫(yī)藥上是良好的利尿劑，降低顱內(nèi)壓、眼內(nèi)壓及治 療腎藥、脫水劑、食糖代用品、也用作藥片的賦形劑及固體、液體的稀釋劑。硬脂酸鎂主要用作潤滑劑、抗粘劑、助流劑，低取代羥丙纖維素（L-HPC）主要作片劑崩解劑和粘合劑。

原料藥粒度越小，流動性越差，物料黏著性增加，混料時原料藥不易混勻，從而影響到制劑外觀及含量均勻度。另外，需結(jié)合藥物自身特性，如刺激性藥物，粒徑越小，刺激性越大；穩(wěn)定性差的藥物，粒子越小，分解速度越快。

原料藥粒徑減小，粒子比表面積增大，溶解性增強，藥物能較好地分散溶解在腸道內(nèi)，易于吸收，生物利用度高，但也并不是原料的粒徑越小越好，過度微粉化可能會導(dǎo)致過細的粉末形成靜電堆積，在顆粒周圍形成一層氣泡囊，阻礙水分進入顆粒，從而阻礙藥物的溶出。因此，粒度、粒度分布柱狀圖、D10、D50、D90等數(shù)據(jù)對于仿制藥體外研究具有重大價值。

掃描電鏡圖像法統(tǒng)計顆粒尺寸和粒徑分布

相較于傳統(tǒng)的激光散射法測試粒度，掃描電鏡圖像法在粒徑統(tǒng)計方面具有其獨特的優(yōu)勢。例如，很多原料藥和輔料很容易吸濕團聚或者分解，當(dāng)粒度足夠小時，單一粉粒表面能變大，分子間作用力急劇加強，導(dǎo)致團聚嚴重，而且一般的分散方法很難將其分散開來。

這樣一來，激光散射法給出的結(jié)果往往是團聚后二次顆粒的尺寸，并不一定能反映真實的一次顆粒尺寸信息。如圖所示的掃描電子顯微鏡圖像法則可以通過對拍得的SEM圖像進行分析，得到最直觀、真實的顆粒尺寸和粒徑分布統(tǒng)計信息。即便有一些重疊或團聚顆粒，也可以通過現(xiàn)有的APP小程序?qū)崿F(xiàn)特定形狀顆粒的AI智能圖像識別。

 藥物載體載藥狀態(tài)

藥物載體是指能改變藥物的存在形式，控制藥物的釋放速度并使藥物更準(zhǔn)確地到達靶向器官，同時各種藥物在載體的協(xié)助下，能夠減少藥物降解和流失，降低毒副作用，提高作用效力。

藥物主要是以治 療、預(yù)防和診斷為目的，一般藥物被口服或注射后， 進入血液系統(tǒng)作用于全身，同時也會被機體迅速代謝后排泄出體外，此過程機體對藥物的利用率低并且產(chǎn)生的毒副作用大，而藥物載體能夠提高藥物的作用效率，降低藥物的毒副作用，以較小的劑量達到治 療疾病的目的，所以藥物載體受到了廣泛關(guān)注。藥物載體的種類包括多肽、凝膠、納米微粒、多孔微粉等多種類型。

 藥物載體——MOF

MOF（金屬有機框架材料）是近十年來發(fā)展迅速的一種配位聚合物，具有三維的孔結(jié)構(gòu)，一般以金屬離子為連接點，有機配位體支撐構(gòu)成空間3D延伸，是沸石和碳納米管之外的又一類重要的新型多孔材料，在催化、儲能和分離中都有廣泛應(yīng)用。

圖中顯示了作為藥物載體的MOF顆粒，在載藥后表面形貌發(fā)生了變化，空白載體平滑的顆粒表面上負載了藥物之后變得粗糙了，充滿顆粒感，說明藥物負載比較成功。

透明質(zhì)酸水凝膠的SEM圖片

水凝膠是具有三維網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)的聚合物，它含水量高，生物相容性好，是最 具應(yīng)用前景的可注射生物材料之一，近年來廣泛應(yīng)用于藥物釋放和組織工程領(lǐng)域。它作為藥物載體，能夠改變藥物的送藥 方式，減少送藥次數(shù)，降低藥物不良反應(yīng)，提高藥物的生物利用度。

水凝膠大量吸水之后與機體組織極其相似，柔軟濕潤的表面以及與組織的親和性大大減少了刺激性，而且與疏水聚合物相比，在低PH環(huán)境里，水凝膠可以保護蛋白質(zhì)不受損害，延長水凝膠中生物分子活性時間。上圖是借助冷凍樣品臺，在低溫低真空條件下日立電鏡拍攝的水凝膠樣品圖片。

納米藥物載體TEM（透射電子顯微鏡）形貌

納米級藥物載體是一種屬于納米級微觀范疇的亞微粒藥物載體輸送系統(tǒng)。將藥物包封于亞微粒中，可以調(diào)節(jié)釋藥的速度，增加生物膜的透過性、改變在體內(nèi)的分布、提高生物利用度等。

它具有廣泛的應(yīng)用前景，例如可以解決易水解藥物的給藥途徑，口服胰島素、抗生素，而無需注射；延長藥物的體內(nèi)半衰期，無需多次給藥；可實現(xiàn)更精 準(zhǔn)的靶向定位給藥，減少藥物的不良反應(yīng)；消除生物屏障對藥物作用的限制，直達治 療部位。如圖所示，一般此類納米藥物載體尺寸在10~100nm之間，需要用TEM才能達到如此高的分辨率，圖中的單個納米膠囊的尺寸在20~50nm左右。