背景
自2020年新冠疫情的持续蔓延与新冠疫苗接种，生物制药行业在近两年实现了巨大发展。全 球有128家专注于治 疗性产品的生物制药公司在全 球接连上市。其中，傅里叶变换红外/近红外/拉曼光谱技术在药物研发与制药安全过程中有着重要的作用。赛默飞世尔科技作为傅里叶变换红外/近红外/拉曼光谱技术的领 导者接受了PharmTech的系列采访。下面是相关的采访过程与实用案例分享。
系列采访2
生物制药中的外来颗粒识别
采访对象：
Bruno Beccard
赛默飞EMEA高级应用负责人，FTIR和
采访摘要：
在PharmTech的采访中，Bruno Beccard讨论了药物和医疗设备中的微粒，识别它们的技术，傅里叶变换红外(FTIR)和拉曼光谱的优势，等等。
为什么微粒在制药和医疗设备中如此重要?
微粒是一种外来物质。由于微粒的机械性能、大小和化学成分，没有人希望微粒进入人体。它们可能是有毒物质或携带有毒化合物，也可以是机械性；例如，它们会阻塞血管，导致中风。因此，控制可能存在于药物、注射剂等中的小颗粒非常重要。
对药品和医疗器械中的微粒是否有规定？
基于尺寸等级的粒子数量有相关的规定，通常是通过使用不同的光学显微镜进行视觉检查来确定。这些法规已经实施了10到12年，FDA和其他监管机构一直在降低颗粒的大小和总数。
为什么对于进一步发展很重要?
人们越来越关注更小的颗粒，其中有两种颗粒确实值得关注：一种是3微米以下的颗粒，因为它们可以穿过肠道屏障进入血液，并造成伤害；另一种是大颗粒，它们可以进入血液并造成伤害，因为它们携带大量的有毒化合物，会阻塞较大的血管。这些对于注射、输液和透析来说更值得关注。
有什么技术可以用来识别这些粒子?
许多技术已经被厂商使用。包括能量色散光谱仪(EDS)或波长色散光谱仪(WDS)的电子显微镜。这些技术对矿物质和元素组成非常有效，但如果你有一种活性药物成分(API)，一种辅料药物，或一种需要鉴定的聚合物，它们就不起作用了。
有人基于光学显微镜之上提出了两种显微镜技术：红外显微镜和拉曼显微镜。我不喜欢红外显微镜这个术语，这意味着你从红外中得到图像，这不是红外或拉曼的工作方式。你实际上得到的是光谱，这是关于化学组成的信息。从这些光谱中，你可以知道一个物质存在或不存在，或者它的浓度，然后据此建立一个图像。
在Thermo，我们可以提供扫描电子显微镜(SEM)以及拉曼显微镜和红外显微镜。对于非常小的颗粒，一种技术是燃烧这些颗粒，然后分析气体。例如，气相色谱-质谱(GC-MS)。
傅里叶变换红外光谱与拉曼光谱各有什么特殊的优势吗？
拉曼光谱的优势在于它使用更短的波长，这意味着拉曼可以获得更好的空间分辨率，与FTIR相比，拉曼可以分析更小的粒子。但拉曼有两个缺点：首先，拉曼需要很大的能量，这对于易损的样品可能是一个问题，他们可能会被破坏；第二，荧光对拉曼有很大的干扰，拉曼光谱会被荧光遮蔽，所以识别可能存在问题。
另一方面，FTIR的速度更快、灵敏度更高，但FTIR使用的波长更长，在空间分辨率方面受到限制。FTIR只能分析较大的颗粒，而拉曼光谱可以分析0.5微米以下的颗粒，具有很好的识别性。FTIR能分析的颗粒尺寸通常不会小于7微米，但比拉曼光谱快。例如，在分析含有大量颗粒的过滤器时，许多人更喜欢FTIR，因为它们可以在相同的时间内分析更多的颗粒。
识别化学性质是否有其他好处?
是的，因为如果你能确定颗粒的高分子材料性质，那么你可以追溯到这些颗粒被异常引入药物、注射剂的地方。一些颗粒可能来自于生产过程中的泵或盛装药物的容器。它也可能来自活性药物成分(API)或辅料药物的团聚，在这种情况下，要用不同的方法来解决问题。所以，获得鉴别是很重要的。另外，在某些情况下，知道聚合物是什么可能会表明该产品可能是某种重金属与特定类型的聚合物相关。
你有应用案例吗?
是的，我有很多例子。例如，在药片溶解时，我们发现聚合物颗粒可以追溯到含有用于配制药片的原料包装袋。我们也有几个关于血液输送或血浆分离过程发现颗粒被释放的案例。其中有一个案例中，我们发现这些颗粒是由泵送设备释放的聚合物。事实上，由于这些发现，欧洲有几百台机器被停止使用。
我们也看到了很多对注射剂的关注，如COVID-19疫苗。这些疫苗在同一个小瓶里有多人份的剂量，所以每次穿过瓶盖时，都会担心是否有橡胶被注射到人身上。
另一个例子是一家公司正在研发用于混合癌症治 疗的床边设备。该公司要求检查混合过程，确保没有任何颗粒，因为它们是由聚对苯二甲酸乙二醇酯和其他各种聚合物制成。在我们进行的测试中，没有看到任何大于空间分辨率限制的颗粒。
实用案例分享
使用Nicolet iN10显微红外光谱仪
进行生物制药的异物分析
实验结果
01一类异物滤膜表面表现出不同的形态，如下图，最 大的一片大约为132*99um；一类异物滤膜表面表现出不同的形态，如下图，最 大的一片大约为132*99 um；
分别测试异物的显微红外反射谱图如下：
谱库检索第 一类异物的主要成分是脂肪酸芥酸酰胺；1#异物显微反射谱图与标准谱图的吸收峰位置几乎完全相同，没有明显的多峰少峰。芥酸酰胺常用于食品等各种聚乙烯，聚丙烯薄膜包装的开口剂，各种塑料制品润滑剂，脱模剂及PP生产的稳定剂。(PP为常见食品级塑料)
第 一种异物三张谱图相似度比较，其中1#和8#异物显微反射谱图的相似度达到 0.94以上(下左图)。1#和4#异物显微反射谱图的相似度约为0.80。主要原因是4#异物显微红外谱图受到制剂蛋白质基体的影响(下右图黄色阴影区域)及丝状纤维素(下右图绿色阴影区域)影响。
02 第二类异物在滤膜膜表面也表现出不同形态，如下形状，最 大的一片大约为771um呈丝状；
第二类异物显微红外反射谱图谱图如下：
谱库检索第二类异物的主要成分是纤维素；可能来源于棉质衣物，实验室脱脂棉，纸张碎屑等由植物纤维加工而成的物质
03 第三类异物在滤膜表面表现出更加多的形状，如下图大小，形状，厚薄各不相同
谱库检索第三类异物的主要成分是类似于短杆菌肽(蛋白质)；可能来源于液体制剂本身，过滤的时候没有冲洗干净造成的蛋白固体残留。
同一刻度显示第三类异物谱图在下图蓝色影响区域存在差异，结合异物显微可见图像的差异推测蓝色阴影区域谱图的不同，可能来源于不同类型的蛋白质；需进一步结合扫描电镜的测试给出准确的判定。
总结：
以上实验结果初步对生物制剂中异物来源做出判定，第 一类异物可能来源于生产中某个环节的引入，第二类异物来源于环境中空气的引入，第三类异物来源于实验过程中滤膜清洗引入或者制剂存放过程中产生的细菌，其他特殊原因需进一步实验确认。综上所述，Nicolet™ iN10显微红外光谱及一系列的配套解决方案，能够帮助制剂行业及饮用水行业更加准确，更加科学的实现异物有效分析，提高产品质量控制。