崔向龍+徐冰++張毅+張娜+史新元+喬延江

[摘要]該文以銀杏葉片濕法制粒工藝中顆粒中間體為研究對(duì)象，采用粉體學(xué)評(píng)價(jià)方法表征顆粒的堆積性、均一性、流動(dòng)性、可壓性和穩(wěn)定性。建立了由松裝密度、振實(shí)密度、顆粒分布寬度、粒徑范圍、相對(duì)均齊度指數(shù)、縱橫比、豪斯納比、休止角、流動(dòng)時(shí)間、顆粒間孔隙率、卡爾指數(shù)、比表面積、孔體積、孔徑分布、干燥失重和吸濕性16個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的顆粒物理指紋譜。通過(guò)可壓性參數(shù)（參數(shù)指數(shù)、參數(shù)輪廓指數(shù)和良好可壓性指數(shù)）分析顆粒壓縮特性。運(yùn)用主成分分析從不同批次顆粒物理指紋譜信息中提取出2個(gè)主成分：第一主成分代表顆粒尺寸參數(shù)，第二主成代表顆粒形態(tài)參數(shù)。中藥顆粒物理指紋譜可幫助評(píng)價(jià)不同批次顆粒質(zhì)量一致性，分析顆粒質(zhì)量屬性對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的潛在影響，為中藥顆粒控制和工藝研發(fā)提供指導(dǎo)。

[關(guān)鍵詞]銀杏葉片； 物理指紋譜； 顆粒工程； 質(zhì)量源于設(shè)計(jì)； 多變量分析Application of

[Abstract]In this paper， the granules intermediate prepared from the wet granulation process of ginkgo leaf tablet were taken as the research object， and then the stackability， homogeneity， flowability， compressibility and stability of granules were characterized by using micromeritics evaluation method The physical fingerprint of granules were constructed by 16 indexes including bulk density， tapped density， span， width， relative homogeneity index， aspect ratio， Hausner ratio， angle of repose， granule flow time， interparticle porosity， Carr index， specific surface area， pore volume， pore size distribution， loss on drying and hygroscopicity Furthermore， compressibility parameters （ie index of parameter， index of parametric profile and index of good compression） were employed to analyze the compressibility characteristics of the granules Two principal components （first principal component representing dimension parameter and second principal component representing morphology parameter）， could be extracted from the physical fingerprint by the principal component analysis （PCA） The granules′ physical fingerprint is of great importance to evaluate the batchtobatch quality consistency of Ginkgo biloba granules and analyze the potential impacts of granules′ quality attributes on product quality， which can provide guidance for the granules′ quality control and process development

[Key words]ginkgo leaf tablet； physical fingerprint； particle engineering； quality by design； multivariate analysis

“安全有效、穩(wěn)定可控”是藥品研發(fā)和生產(chǎn)首要遵循原則。人用藥品注冊(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際協(xié)調(diào)會(huì)（ICH）在2009 年發(fā)布的ICH Q8（R2）中提出藥品質(zhì)量源于設(shè)計(jì)（quality by design，QbD）[1]，強(qiáng)調(diào)對(duì)原料質(zhì)量屬性、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量屬性之間關(guān)系的透徹理解，以科學(xué)可靠的方法和過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)管理為支撐，將藥品質(zhì)量控制從終端產(chǎn)品檢驗(yàn)前移至藥物設(shè)計(jì)、藥品開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，從設(shè)計(jì)層次保證藥品質(zhì)量。目前質(zhì)量源于設(shè)計(jì)方法廣泛應(yīng)用于化學(xué)/生物類新藥和仿制藥開(kāi)發(fā)，以及藥品生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制[26]。

鑒于質(zhì)量源于設(shè)計(jì)在中藥領(lǐng)域的系統(tǒng)應(yīng)用案例較少，作者以銀杏葉片濕法制粒工藝為研究對(duì)象，探索質(zhì)量源于設(shè)計(jì)在中藥片劑成型工藝中的應(yīng)用模式，包括3項(xiàng)研究?jī)?nèi)容：①銀杏葉片顆粒中間體質(zhì)量屬性的綜合評(píng)價(jià)，應(yīng)用多種物理量測(cè)方法定量客觀化表征顆粒粉體學(xué)性質(zhì)；②銀杏葉片顆粒中間體關(guān)鍵質(zhì)量屬性辨識(shí)，從顆粒粉體學(xué)質(zhì)量屬性中篩選制粒工藝控制目標(biāo)和范圍；③制粒工藝設(shè)計(jì)空間建立，研究銀杏葉片關(guān)鍵工藝參數(shù)和關(guān)鍵質(zhì)量屬性關(guān)系模型，建立關(guān)鍵質(zhì)量屬性控制策略。

中藥顆粒性質(zhì)眾多，包括粒度、孔隙率和表面形態(tài)等微觀特性，以及由這些微觀特征所決定的流動(dòng)性、吸濕性和可壓性等宏觀特性。具備良好質(zhì)量屬性的中藥顆粒不僅能使生產(chǎn)順利，保證藥品質(zhì)量，增加藥品穩(wěn)定性，而且對(duì)藥品成型性及其生物藥劑學(xué)特性（如溶出、崩解等）具有影響，甚至影響藥品療效的發(fā)揮[79]。本文采用中藥物理指紋圖譜評(píng)價(jià)方法[10]，對(duì)銀杏葉顆粒堆積性、均一性、流動(dòng)性、可壓性和穩(wěn)定性進(jìn)行綜合表征，運(yùn)用多變量數(shù)據(jù)分析對(duì)不同批次顆粒的質(zhì)量屬性進(jìn)行評(píng)價(jià)和比較。

1材料

銀杏葉提取物（南京植百萃生物科技有限公司，批號(hào)ZC151103009），微晶纖維素pH101（上海昌為醫(yī)藥輔料技術(shù)有限公司，批號(hào)P0101F1510），低取代羥丙基纖維素（日本信越化學(xué)工業(yè)株氏會(huì)社，批號(hào)4081309），羧甲基淀粉鈉（臺(tái)灣永日化學(xué)工業(yè)股份有限公司，批號(hào)SSG0014065），氫氧化鋁（石家莊五岳制藥廠，批號(hào)15120101），硬脂酸鎂（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，批號(hào)20121010），無(wú)水乙醇（北京化工廠，批號(hào)20160302）。

高速剪切濕法制粒機(jī)（SHK4A，西安潤(rùn)天制藥機(jī)械有限公司），振蕩篩（ZNS300，北京興時(shí)利和科技發(fā)展有限公司），振實(shí)密度儀（HY100，丹東市皓宇科技有限公司），干法圖像粒度粒形分析儀（BT2900，丹東百特儀器有限公司），粉末流動(dòng)性測(cè)定儀（BEP2，英國(guó)Copley公司），快速水分測(cè)定儀（MA35，德國(guó)Sartorius公司），比表面及孔徑分析儀（3H2000PS1，北京貝士德儀器科技有限公司），離子濺射儀（SC7620，英國(guó)Quorum公司），掃描電子顯微鏡（Quanta 250，捷克FEI公司）。

2高速剪切濕法制粒過(guò)程描述

銀杏葉片制劑處方見(jiàn)表1。以規(guī)定比例的主藥和內(nèi)加輔料共186 g置于制粒鍋內(nèi)，開(kāi)啟攪拌槳進(jìn)行干混，保持干混時(shí)攪拌槳轉(zhuǎn)速不變，通過(guò)噴霧裝置將40%乙醇以霧滴形式加入制粒鍋內(nèi)。黏合劑加入后，調(diào)節(jié)攪拌槳和切割刀的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行濕混與制粒。改變制粒工藝參數(shù)共制得29批顆粒[11]，將制得的濕顆粒以60 ℃鼓風(fēng)干燥3 h備用。干燥后的粗顆粒置于振蕩篩中整粒。

3顆粒質(zhì)量屬性表征

31相對(duì)均齊度指數(shù)（Iθ）以目數(shù)為10，20，24，25，30，50，65，80，100，120，150，200的藥篩振蕩5 min，記錄每個(gè)篩網(wǎng)上截留的粗顆粒質(zhì)量。所取平均孔徑分別為180，250，355，600，710，850 μm的藥篩截留的顆粒，計(jì)算相對(duì)均齊度指數(shù)，公式如下。

其中，F(xiàn)m為顆粒粒徑在多數(shù)范圍的質(zhì)量百分比，F(xiàn)m-1為多數(shù)粒徑范圍下一層篩子截留顆粒的質(zhì)量百分比，F(xiàn)m+1為多數(shù)粒徑范圍上一層篩子截留顆粒的質(zhì)量百分比，dm為多數(shù)粒徑范圍的顆粒平均粒徑，dm-1為多數(shù)粒徑范圍下一層篩子截留顆粒平均粒徑，dm+1為多數(shù)粒徑范圍上一層篩子截留顆粒平均粒徑，n為所確定的粒徑范圍個(gè)數(shù)。

崔向龍等：質(zhì)量源于設(shè)計(jì)在銀杏葉片制粒工藝中的應(yīng)用（Ⅰ）：顆粒粉體學(xué)性質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

311干燥失重（%HR）使用快速水分測(cè)定儀，將約200 g的待測(cè)顆粒平鋪于樣品盤中，于105 ℃下加熱10 min，根據(jù)儀器顯示的終讀數(shù)即得。

312比表面積（SSA）、孔體積（PV）及中值孔徑（P50）稱取適量待測(cè)顆粒于100 ℃流通氮?dú)饷摎飧稍?50 min，用全自動(dòng)比表面及孔徑分析儀測(cè)試樣品，采用BET公式求算顆粒的比表面積，通過(guò)BJH模型求算顆粒的累積孔體積及孔徑分布。

313粒形及顆?？v橫比經(jīng)離子濺射儀處理135 s后顆粒表面吸附金粉，在掃描電子顯微鏡下觀察顆粒的粒形和表面微結(jié)構(gòu)，再由系統(tǒng)軟件（xT microscopeServer）擬合顆?？v橫比（aspect ratio，AR）表征顆粒的圓整度。

4結(jié)果與討論

41物理指紋譜評(píng)價(jià)根據(jù)顆粒物理性質(zhì)，將其粉體學(xué)質(zhì)量屬性分為5個(gè)方面，即堆積性、均一性、流動(dòng)性、可壓性和穩(wěn)定性，作為顆粒物理指紋譜的一級(jí)指標(biāo)。其中堆積性用松裝密度（Da）和振實(shí)密度（Dc）2個(gè)粉體學(xué)性質(zhì)表征顆粒堆積能力。均一性用顆粒粒度分布寬度Span和范圍Width，相對(duì)均齊度指數(shù)（Iθ）和縱橫比（AR）表征，它們表示顆粒粒徑和形態(tài)的均勻程度，影響顆粒的潤(rùn)滑性及所制成制劑的劑量。流動(dòng)性以豪斯納比（IH）、休止角（α）和顆粒流動(dòng)時(shí)間（t″）表征?？蓧盒砸灶w粒間孔隙率（Ie）、卡爾指數(shù)（IC）、比表面積（SSA）、孔體積（PV）和孔徑分布（P50）4個(gè)指標(biāo)表征。穩(wěn)定性以干燥失重（%HR）和吸濕性（%H）表征，它們影響顆粒的潤(rùn)滑性能和所制成制劑的穩(wěn)定性。

由Da，Dc，Span，Width，Iθ，AR，IH，α，t″，Ie，IC，SSA，PV，P50，%HR和%H共16個(gè)物理質(zhì)量指標(biāo)構(gòu)成顆粒物理指紋譜的二級(jí)指標(biāo)。將上述16個(gè)二級(jí)物理質(zhì)量指標(biāo)實(shí)際測(cè)定值轉(zhuǎn)化至0～10，其中均一性和可壓性的部分指標(biāo)轉(zhuǎn)化方法見(jiàn)表2，數(shù)值范圍由歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)確定，其他指標(biāo)轉(zhuǎn)換方法參考文獻(xiàn)[10]。

分別測(cè)定29批銀杏葉顆粒的16個(gè)物理指標(biāo)值，將各二級(jí)指標(biāo)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化后用線段值連接起來(lái)形成不規(guī)則十六邊形，以雷達(dá)圖的方式定量直觀呈現(xiàn)顆粒物理指紋譜，見(jiàn)圖1。顆粒物理指紋譜的陰影區(qū)域面積越大表明該批顆粒越適合被壓縮為片劑。以第7批顆粒為例，基于各二級(jí)物理質(zhì)量指標(biāo)的半徑值，可求算一級(jí)物理質(zhì)量指標(biāo)的平均半徑值，見(jiàn)表3。第7批顆粒具有良好的均一性和穩(wěn)定性，以及合適可壓性（屬性均值>5）；具有較差的堆積性（屬性均值<5）；流動(dòng)性屬性均值雖大于5，但顆粒的休止角和流動(dòng)時(shí)間均較小，在壓片前需要外加潤(rùn)滑劑。

基于顆粒物理指紋譜，運(yùn)用夾角余弦方法比較不同批次顆粒物理質(zhì)量指標(biāo)與第7批顆粒性質(zhì)的相似度。相似度值越接近1表示顆粒的粉體學(xué)性質(zhì)越相近。本研究制備的29批顆粒物理指紋譜相似度在862%～998%。各批次顆粒粉體學(xué)性質(zhì)存在差異，如第7，8批的相似度達(dá)到997%，與第1批

相似度為958%，與第27批相似度僅866%。

42主成分分析主成分分析（PCA）將眾多具有相關(guān)性的變量重新組合成一組新的互相無(wú)關(guān)的潛變量，同時(shí)盡可能多地反映原變量所包含的信息。采

用Matlab（version 2009a，美國(guó)Math Works公司）軟件對(duì)29批顆粒的粉體學(xué)性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行主成分分析，提取第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2），其方差貢獻(xiàn)率分別為654%，128%。29批顆粒樣本得分圖見(jiàn)圖3，載荷圖見(jiàn)圖4。由PC1載荷圖可知，顆粒粒徑、密度等尺寸參數(shù)對(duì)PC1貢獻(xiàn)較大。

由主成分圖可看出，沿PC1的方向，不同批次顆?？纱笾路譃?類，一類顆粒其D50分布在1708～3899 μm，另一類顆粒其D50分布在4445～1 115 μm。由PC2載荷圖可知，粒度分布寬度Span和

A第一主成分分析；B第二主成分分析。

43顆?？蓧嚎s性分析基于物理指紋譜16個(gè)二級(jí)物理質(zhì)量指標(biāo)的半徑值，可求算參數(shù)指數(shù)（index of parameter，IP）、參數(shù)輪廓指數(shù)（index of parametric profile，IPP）和良好可壓性指數(shù)（index of good compression，IGC）等指標(biāo)判斷顆粒是否適合壓片并推測(cè)其片劑成型性。參數(shù)指數(shù)的計(jì)算公式如下。

物理指紋譜的指標(biāo)數(shù)越多，由其構(gòu)成的正多邊形面積越大，則可靠性因子越大，本研究共采用16個(gè)物理質(zhì)量指標(biāo)，f=0974。

根據(jù)顆粒的二級(jí)指標(biāo)半徑值計(jì)算可壓性評(píng)價(jià)參數(shù)。若IP>05，IPP和IGC均≥5表明顆粒具有較好的壓縮性，并可以用于直壓。各批次間顆粒存在可壓縮性差異，其參數(shù)指數(shù)分布在0375～075，參數(shù)輪廓指數(shù)和良好可壓性指數(shù)分別在455～611，443～595。以第7，27批顆粒為例，第7批顆粒的IP=075，IPP=587，IGC=572，顆?？蓧盒栽u(píng)價(jià)參數(shù)均在可接受范圍內(nèi)，而第27批顆粒IP=0375，IPP=455，IGC=443，各指數(shù)均小于5，該批顆粒存在均一性、流動(dòng)性和可壓性方面的缺陷，無(wú)法滿足直壓的要求?？蓧盒栽u(píng)價(jià)參數(shù)結(jié)合主成分分析綜合分析結(jié)果可知，隨著顆粒粒度增加其IPP和IGC參數(shù)減小，提示粒度對(duì)壓片過(guò)程有影響，為制備符合要求的銀杏葉片，避免返工，需要對(duì)顆粒粒徑加以控制。

5結(jié)論

本研究采用物理指紋譜綜合表征銀杏葉顆粒的粉體學(xué)性質(zhì)，幫助理解物理質(zhì)量屬性對(duì)制劑成型性的影響，并提供了顆粒質(zhì)量評(píng)價(jià)的新手段。由16個(gè)物理指標(biāo)構(gòu)成的中藥顆粒物理指紋譜，首先可用以評(píng)價(jià)制劑處方和制粒工藝一致性；其次可輔助判斷顆?？蓧盒?。在可壓性無(wú)法滿足壓片要求時(shí)，可進(jìn)一步分析顆粒在哪些性質(zhì)方面存在缺陷，如尺寸、流動(dòng)性等是否符合要求；制劑處方中外加輔料是否可校正顆粒缺陷性質(zhì)等。

對(duì)不同批次物理指紋譜的主成分分析，從不同批次銀杏葉顆粒物理指紋譜中提取出2個(gè)主成分：第一主成分代表綜合參數(shù)，第二主成分代表形態(tài)參數(shù)。結(jié)合主成分載荷圖和各批次顆?？蓧盒栽u(píng)價(jià)參數(shù)，初步確認(rèn)以粒度為代表的顆粒尺寸參數(shù)與顆粒壓縮性能關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)。質(zhì)量源于設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)對(duì)原料、工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的詳細(xì)研究和理解，本研究所建顆粒物理指紋譜是理解銀杏葉片制粒工藝的基礎(chǔ)，粉體學(xué)性質(zhì)綜合評(píng)價(jià)體系的建立也為其他中藥固體制劑開(kāi)發(fā)和工藝優(yōu)化控制提供了新思路。

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