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摘要

國家藥典委近期發(fā)布了《關于化學成像指導原則標準草案的公示》的通知，主要適用于基于振動光譜（例如，近紅外、中紅外、遠紅外和拉曼光譜）的化學成像系統(tǒng)。

化學成像技術通過結合具有空間分辨能力的譜學信息和位置信息，能夠詳細表征樣品的物理和化學屬性。這項技術涉及多種成像方法，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和物理特性，它通過照射不同波長的光并收集反饋信號來構建圖像，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。

在藥品分析和檢測領域，化學成像已成為一種重要的平臺技術，尤其在藥品生產(chǎn)和質(zhì)量控制過程中發(fā)揮著關鍵作用。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)。化學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、包裝材料和設備中的活性成分，還有助于檢查樣品的均勻性，檢測物理缺陷如裂紋，以及識別外來顆?；蛭廴疚?。此外，它還能幫助理解生產(chǎn)過程和確定工藝問題的原因。

本工作通過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備的輔助制樣下，通過借助其帶有的紅外光譜與拉曼光譜成像功能，同時結合自主開發(fā)的程序化圖像處理與計算方法，實現(xiàn)了對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行化學成像分析，并借助自主開發(fā)的圖像處理和計算程序工具對含量進行計算，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成像與占比計算

圖2 鹽酸二甲雙胍特征拉曼光譜，化學成像及二值化處理

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

以737.21 cm-1（N-H鍵搖擺振動）為鹽酸二甲雙胍拉曼特征峰峰強度進行化學成像圖像提取，用以表征鹽酸二甲雙胍片劑內(nèi)部的分布情況。所得結果如圖2所示：圖中色帶藍色區(qū)域為無信號背景，色帶紅色區(qū)域為有效API化學成像信號。由化學成像結果可見，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，分布均勻度一般。進而通過自主開發(fā)的圖像處理工具，對化學成像圖進行二值化處理，所得結果如圖2所示，其中白像素為API有效信號，而黑像素為無API背景信號。

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

尼莫地平A晶（有效晶型）拉曼光譜化學成像與占比計算

圖3 尼莫地平片劑拉曼光譜化學成像及二值化

通過化學成像采集發(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。所得化學成像圖如圖3所示：圖中色帶偏藍處為無信號背景，信號偏黃紅處為有效的A晶成像信號，其中顏色越紅代表信號越強，即A晶含量越高。由化學成像結果可見，該尼莫地平片劑中A晶的分布呈現(xiàn)分疇特點，分布均勻度一般。

進而通過自主開發(fā)的圖像處理工具，對化學成像圖進行二值化處理，所得結果如圖3所示，其中白像素為A晶有效信號，而黑像素為背景信號。通過借助程序處理進行像素計算，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%。針對該方法的驗證工作正在通過QC樣本進行中。

西米替丁A晶（有效晶型）紅外光譜化學成像與占比計算

圖4 西咪替丁片劑紅外光譜化學成像及二值化

根據(jù)文獻報道，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】。本實驗以西咪替丁A晶為有效目標晶型進行研究，使用AIRsight紅外拉曼顯微鏡的紅外光譜模式對西咪替丁片劑進行分析。片劑經(jīng)修塊后，首先采用單點紅外模式對西咪替丁片劑進行標準光譜與特征光譜采集，并針對其光譜進行特征峰歸屬分析，結果如圖4所示。

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

結論

通過利用島津特色的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，實現(xiàn)了對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行化學成像分析，并借助自主開發(fā)的圖像二值化處理和計算工具實現(xiàn)了含量占比進行量化計算。該方法可實現(xiàn)對藥物片劑分布、含量等信息進行直觀有效的分析，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：

[1] 尼莫地平兩種晶型的拉曼光譜分析和溶出度實驗[J]. 醫(yī)藥導報,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]. 中國藥學雜志,2005.DOI:CNKI:SUN:ZGYX.0.2005-20-024.