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对于药物配方、开发、制造和储存的稳定性,注射药物中颗粒物的类型、大小和数量影响着药物的疗效。在某些情况下,这种不溶性颗粒也可能存在某种潜在的安全风险。了解这些颗粒的性质,对于确保药物具有预期的药效、并不会造成不良事件至关重要。

“到目前为止,即使是最先进的技术也无法检测和计算小于10μm的颗粒数目,”美国Fluid Imaging Technologies公司首席执行官Kent Peterson说,“由于缺乏此类操作的技术能力,因此就更容易理解为什么许多药剂学家提出关注10μm或更大颗粒的检测线。”

 

1使用高折射率浸镜油替换物镜和流通池之间的环境空气,实现了可检测、计数和表征300nm10μm颗粒物的新仪器。

 

但是现在,Fluid Imaging Technologies公司的一种专有新成像技术,使检测、计数和表征小于10μm的颗粒物成为可能。这种称为纳米流动成像(Nano-Flow Imaging)的技术已应用于该公司的新型FlowCam Nano仪器中(见图1)。使用这种新型仪器,首次看到了300nm10μm的流体中的成千上万个单个纳米粒子和微粒,例如在治疗性蛋白产品中的纳米粒子和微粒。

 

无论是不透明颗粒、透明颗粒还是半透明颗粒,这款高级显微镜均能自动对检测到的每个颗粒成像,并同时计算颗粒的数量和浓度,提供基于40种以上不同参数的测量数据,从尺寸和颜色到形态特征,如圆度、伸长率和纤维卷曲(见图2)。高品质的高分辨率图像产生了高度准确的数据,并且可以使用公司的专有模式识别软件来帮助确定颗粒的类型,例如,通过辨别无定形蛋白质聚集体中玻璃状碎片中的圆形硅油滴,来确定颗粒的类型。

 

最初的FlowCam系统包含三项核心技术:光学系统、电子系统和流体系统。流体系统使用一个超高精度计算机控制的注射泵,将流体样品拉过流通池。光学系统与显微镜类似,在流体通过流通池时,实时捕获流体中颗粒的图像。当成像颗粒在2μm~5mm范围时,这种配置可以生成高质量图像;但对于更小的颗粒,获得具有相同高分辨率的图像变得更具挑战性,因为可用于创建图像的像素更少。

2:软件模型实时自动测量40多种不同参数,从尺寸、数量和浓度到颜色、灰度和形态特征(如圆度、伸长率和纤维卷曲)。

 

“在大多数粒子成像系统中,采用低到中等数值孔径(NA)的光学元件进行光学分析,通常使用一个空气物镜(干物镜) ,主要是为了便于使用,”Kent解释说,“位于流通池和物镜之间的环境空气会导致折射,从而降低图像质量,特别是在瞄准小于2μm的颗粒时。”

 

相比之下,FlowCam Nano采用了一种获得专利的新型配置,可以用奥林巴斯公司的一种高折射率浸镜油(IMMOIL-F30CC)替换物镜和流通池之间的环境空气。来自Cree公司的蓝光LED MTG7-001I-XBD00-BL-0Z01,通过奥林巴斯的一个U-AAC聚光器流通池,然后通过物镜聚焦到索尼的ICX445 CCD图像传感器上,该传感器位于一台Basler scA1300-32gc GigE相机内,其能以130万像素的分辨率获得32fps的帧率。

油浸式配置增强了通过物镜的光线的聚焦和收集。这种组合将来自Thorlabs公司的ACL25416U-A球面聚光透镜的数值孔径增大了40%,从而将图像分辨率提高了40%。

“由于分辨率增加,从而可以检测到纳米粒子并对其成像,并显示亚微米颗粒中的细小形态细节,而这些细节以前是观察不到的,”Kent说,“该系统在高通量筛选中,利用20微升离散样品就产生了具有统计意义的显著结果,而传统分析仪则需要25毫升以上的样品量。”

专注于生物制药研究与开发的科学家们,已经开始将FlowCam Nano整合到他们的分析仪器中。最初的应用包括用USP <788>测试注射用药物依从性。通过检测和表征更广泛的例子尺寸,FlowCam Nano帮助跟踪药物依从性测试失败的根本原因。