中藥粉體物理指紋圖譜研究進(jìn)展

張煜皓,王雅雯,宿軍慧,戴勝云,喬延江, 羅 贛*,徐 冰*

(1.北京中醫(yī)藥大學(xué) 中藥信息學(xué)系,北京 102400;2.北京市科委中藥生產(chǎn)過程控制與質(zhì)量評價(jià)北京市重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室,北京 102400;3.教育部中藥制藥與新藥開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)工程研究中心,北京 102400; 4.中國食品藥品檢定研究院,北京 100050)

《中國藥典》(2020年版，一部)共收載中藥(TCM)成方和單味制劑1 607種[1]，其中片劑、顆粒劑、膠囊劑、丸劑等中藥口服固體制劑共約1 345種，占比約84%。涉及的中藥粉體包括中藥散劑、顆粒劑，以及其他中藥口服固體制劑中間體，如中藥飲片細(xì)粉、中藥浸膏粉和制粒過程中所得的顆粒等。因此，中藥粉體是中藥口服固體制劑成型工藝原料、中間體和部分劑型產(chǎn)品的重要形態(tài)之一。

受原料和制備工藝的影響，同品種、不同批次或不同來源的中藥粉體不僅化學(xué)性質(zhì)存在差異，物理性質(zhì)也存在波動(dòng)[2-3]。粉體的物理性質(zhì)與制劑的質(zhì)量屬性和成型工藝密切相關(guān)，直接或間接影響藥品的質(zhì)量[4-5]。2020年9月，國家藥監(jiān)局發(fā)布《中藥新藥質(zhì)量研究技術(shù)指導(dǎo)原則(征求意見稿)》[6]，指出：關(guān)鍵中間體物理性質(zhì)研究是制劑處方設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，對于浸膏粉，在普通粉體研究(包括流動(dòng)性、吸濕性等)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)對浸膏粉的整體特征進(jìn)行研究。為實(shí)現(xiàn)中藥粉體物理質(zhì)量屬性的整體表征，張毅等[7]借鑒中藥化學(xué)指紋圖譜概念和SeDeM專家系統(tǒng)有關(guān)方法，率先提出構(gòu)建中藥提取物粉末物理指紋圖譜的方法，以評價(jià)中藥粉體批間質(zhì)量一致性，快速定位粉體缺陷性質(zhì)，為中藥粉體質(zhì)量控制、口服固體制劑處方和工藝的設(shè)計(jì)與工藝改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

本文系統(tǒng)綜述了近年來中藥粉體物理指紋圖譜的研究進(jìn)展，包括物理指紋圖譜指標(biāo)的體系設(shè)計(jì)、分析測試、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和可視化方法，以及物理指紋圖譜在中藥破壁粉、中藥浸膏粉、中藥顆粒、藥用輔料質(zhì)量一致性評價(jià)和制劑處方設(shè)計(jì)中的應(yīng)用以及未來的研究方向。

1 中藥粉體物理指紋圖譜的構(gòu)建方法

中藥粉體物理指紋圖譜的構(gòu)建應(yīng)遵循規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化流程[8]：明確粉體功能→設(shè)計(jì)粉體評價(jià)的一級和二級物理質(zhì)量指標(biāo)體系→測定或計(jì)算各二級指標(biāo)數(shù)據(jù)→二級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換→繪制雷達(dá)圖→相似度分析或模式識(shí)別→得出結(jié)論(見圖1)。

圖1 中藥粉體物理指紋圖譜的構(gòu)建方法Fig.1 Construction method of the physical fingerprint of TCM powders

1.1 指標(biāo)體系的設(shè)計(jì)

物理指紋圖譜的構(gòu)建以滿足制劑成型或質(zhì)量一致性評價(jià)等功能需求為導(dǎo)向，由若干一級指標(biāo)和二級指標(biāo)構(gòu)成，其中一級指標(biāo)與粉體的性能或功能有關(guān)，如密度、均一性、流動(dòng)性、可壓性和穩(wěn)定性等。二級指標(biāo)是表征一級指標(biāo)的具體參數(shù)，如表征粉體密度的真密度、堆密度和振實(shí)密度；表征粉體均一性的粒徑<50 μm百分比和相對均齊度指數(shù)；表征粉體流動(dòng)性的豪斯納比、休止角、壓縮性指數(shù)和粉末流動(dòng)時(shí)間；表征粉體可壓性的顆粒間孔隙率、壓縮性指數(shù)(即卡爾指數(shù))和內(nèi)聚力指數(shù)；表征粉體穩(wěn)定性的干燥失重和吸濕性等。

針對不同的評價(jià)對象或應(yīng)用場景，應(yīng)遵循中藥質(zhì)量源于設(shè)計(jì)(Quality by design，QbD)的基本原則[9]，設(shè)計(jì)不同的物理質(zhì)量屬性指標(biāo)體系。如評價(jià)直接壓片的粉末，設(shè)計(jì)其物理指紋圖譜包含5個(gè)一級指標(biāo)和12個(gè)二級指標(biāo)[10-11]。若采用直接壓片工藝制備口腔分散片，所需粉末的物理指紋圖譜需在直壓粉體指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，添加分散性一級指標(biāo)及表征分散性的二級指標(biāo)(包括泡騰性、帶擋板崩解時(shí)間和無擋板崩解時(shí)間)[12-13]，如圖2所示。

圖2 中藥粉體物理指紋圖譜的一級指標(biāo)和二級指標(biāo)示意圖Fig.2 Grade I and Ⅱ indexes contained in the physical fingerprint of TCM powders

1.2 指標(biāo)測試或計(jì)算方法

1.2.1 藥典方法中藥粉體物理指紋圖譜二級指標(biāo)的測定，首選法定標(biāo)準(zhǔn)(如藥典)收載方法?！吨袊幍洹?ChP ，2020年版)第四部中收錄了粒度和粒徑分布測定法(通則0982)、比表面積測定法(通則0991)、固體密度(通則0992)、堆密度和振實(shí)密度的測定法(通則0993)、干燥失重測定法(通則0831)、藥物引濕性試驗(yàn)(指導(dǎo)原則9103)，并在堆密度和振實(shí)密度的測定法(通則0993)中介紹了壓縮性指數(shù)和豪斯納比率的計(jì)算公式[14]。

除中國藥典外，還可參考?xì)W洲藥典(EP)、美國藥典(USP)和日本藥局方(JP)中粉體物性測試方法。各國藥典收載的物理指紋圖譜二級指標(biāo)測定方法見表1。如粒度和粒度分布測定法參見JP173.04、EP10.32.9.35或USP43 <786>；比表面積測定法參見JP17 3.02、EP10.32.9.26或USP43<846>；固體密度測定法參見JP173.03、EP10.32.2.42或USP43<699>；堆密度和振實(shí)密度測定法(含豪斯納比公式)參見JP173.01、EP10.32.9.34或USP43<616>。

表1 各國藥典收載的物理指紋圖譜二級指標(biāo)測定方法Table 1 Test methods for the physical fingerprint grade Ⅱ indexes included in the pharmacopoeias of vairions countries

目前中國藥典中尚未收載粉體流動(dòng)性測試方法，可參考EP10.3中2.9.36、USP43<1174>或日本藥局方JP17G2。表征粉體流動(dòng)性的指標(biāo)包括休止角、流速、流動(dòng)函數(shù)值等。休止角是與顆粒間摩擦或運(yùn)動(dòng)阻力有關(guān)的特性，已經(jīng)在科學(xué)的多個(gè)分支中用于表征固體的流動(dòng)特性。此外，壓縮性指數(shù)和豪斯納比率也可作為預(yù)測粉末流動(dòng)特性的指標(biāo)。壓縮性指數(shù)和豪斯納比率通過測量粉末的振實(shí)密度和堆密度確定，其計(jì)算公式分別為：CI=(ρt-ρb)/ρt×100，IH=ρt/ρb，ρt為振實(shí)密度，ρb為堆密度。壓縮性指數(shù)和豪斯納比率越大，粉體的流動(dòng)性越差。歐洲藥典和美國藥典將粉末流動(dòng)性定性為7個(gè)等級，每個(gè)等級與休止角、豪斯納比和壓縮性指數(shù)的關(guān)系見表2。例如，當(dāng)休止角為46°～55°時(shí)，表明粉體的流動(dòng)性較差，需要攪拌或振動(dòng)處理以輔助物料的運(yùn)動(dòng)。

1.2.2 非藥典方法對于藥典中未收載的粉末性質(zhì)測定方法，可參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)文獻(xiàn)，或根據(jù)需要自行建立粉末性質(zhì)的測試方法。下面以顆粒間孔隙率、相對均齊度指數(shù)及內(nèi)聚力指數(shù)為例，介紹非藥典指標(biāo)的測試或計(jì)算方法。

表2 歐洲藥典中休止角、壓縮性指數(shù)和豪斯納比率與流動(dòng)性能的關(guān)系Table 2 Relationship between angle of repose,compressibility index and Hausner ratio with powder flow property in the EP

顆粒間孔隙率(Ie)[15]：單位為cm3·g-1，由堆密度和振實(shí)密度計(jì)算而得，見公式(1)。

(1)

相對均齊度指數(shù)(Iθ)[12]:用于表征粉末粒徑分布均勻程度，影響粉末的潤滑性及所制成制劑的劑量。其測試方法為：以0.355、0.212、0.100、0.050 mm為粒徑分布分割點(diǎn)，采用篩分法或激光粒徑測試法，獲取或計(jì)算每個(gè)粒徑范圍內(nèi)待測粉末所占的百分比，見公式(2)。

(2)

其中，F(xiàn)m為中間粒徑范圍粉末的質(zhì)量百分比，F(xiàn)m-1為中間粒徑范圍下一層粉末的質(zhì)量百分比，F(xiàn)m+1為中間粒徑范圍上一層粉末的質(zhì)量百分比，n為所確定的粒徑范圍個(gè)數(shù)，dm為中間粒徑范圍的粉末平均粒徑，dm-1為中間粒徑范圍下一層的粉末平均粒徑，dm+1為中間粒徑范圍上一層的粉末平均粒徑。

內(nèi)聚力指數(shù)(Icd)[13]：為待測粉末在一定壓強(qiáng)下經(jīng)單軸壓縮后所得片劑的硬度。測定不同粉末物料時(shí)，應(yīng)保證使用相同的壓片模具和相同的壓強(qiáng)。為確保成片，一般選擇較大的壓強(qiáng)值壓片。若某粉末不能被壓縮，可加入由下列成分組成的混合物：滑石粉2.36%、微粉硅膠0.14%和硬脂酸鎂1.00%。

以圖2中直接壓片用粉末的物理指紋圖譜指標(biāo)體系為例，其12個(gè)二級指標(biāo)(ρb，ρt，%Pf，Iθ，IH，α，t″，Ie，CI，Icd，LOD和%H)的測定或計(jì)算方法見表3。

表3 中藥粉末物理指紋譜的構(gòu)成指標(biāo)Table 3 Indexes contained in the physical fingerprint of TCM powders

1.3 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于二級物理質(zhì)量指標(biāo)的量綱不同，為方便圖譜展示，可對各二級指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化或歸一化處理，以便在同一尺度上對不同指標(biāo)進(jìn)行展示，如直接采用Min-max標(biāo)準(zhǔn)化方法將各指標(biāo)數(shù)據(jù)映射在[0,1]區(qū)間[17]。也可根據(jù)所選指標(biāo)的性質(zhì)，參考藥用輔料手冊[18]、相關(guān)文獻(xiàn)或歷史數(shù)據(jù)積累，確定每個(gè)物理質(zhì)量指標(biāo)可能的數(shù)值邊界，包括下限和上限，根據(jù)上下限對指標(biāo)進(jìn)行預(yù)處理，如表4所示，分別采用不同的轉(zhuǎn)換公式將12個(gè)物理指標(biāo)值映射至0～10之間[7]。

表4 物理質(zhì)量指標(biāo)可接受數(shù)值范圍及尺度化轉(zhuǎn)換方法Table 4 Limit values accepted for the physical quality indexes and standardized conversion method

*means that the index is dimensionless(表示該指標(biāo)無量綱)

1.4 圖譜可視化方法

對二級物理指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，可用線段將各指標(biāo)值連接起來形成多邊形，以雷達(dá)圖的方式定量直觀展示[19]，即可視化的中藥粉體物理指紋譜。以三七總皂苷(PNS)提取物粉末物理指紋圖譜的可視化為例，如圖3所示，以12點(diǎn)鐘方向?yàn)槠鹗键c(diǎn)，五個(gè)一級指標(biāo):均一性、流動(dòng)性、可壓性、穩(wěn)定性及其下屬的12個(gè)二級指標(biāo)按順時(shí)針方向依次排列，黑色多邊形區(qū)域表示PNS物理指紋圖譜。

圖3 由12個(gè)物理指標(biāo)構(gòu)成的中藥提取物粉末物理指紋譜Fig.3 Physical fingerprint of traditional Chinese medicine extract powders with 12 indexes

1.5 方法驗(yàn)證

作為粉末質(zhì)量的分析和評價(jià)方法，物理指紋圖譜也應(yīng)進(jìn)行分析方法驗(yàn)證，以考察其是否滿足相應(yīng)檢測要求。由于物理指紋圖譜綜合了多種粉末物性測試方法，因此應(yīng)通過分析方法驗(yàn)證確保每個(gè)二級指標(biāo)的測試方法可靠。以粒度測定為例，其分析方法強(qiáng)調(diào)精密度(重復(fù)性和中間精密度)和耐用性，而對于其他驗(yàn)證參數(shù)，如線性與范圍、準(zhǔn)確度、專屬性、檢出限和定量下限等均不作要求。在粒度測定方法的開發(fā)階段，應(yīng)重視方法耐用性評估。Sun等[20]指出，對于篩分法，推薦以下參數(shù)驗(yàn)證耐用性：樣本量、震蕩速率、篩分時(shí)間等；而對于激光衍射法，則推薦下列參數(shù)：進(jìn)料速度、折射率、分散壓力等。此外，還應(yīng)考慮粉末的抽樣、樣品的制備或分散等樣品前處理?xiàng)l件的考察，環(huán)境溫濕度和粉體自身穩(wěn)定性的影響，以及設(shè)備型號(hào)的差異等。

二級指標(biāo)分析方法的可靠性是保證物理指紋圖譜整體準(zhǔn)確性和精密度的基礎(chǔ)。在物理指紋圖譜精密度和重現(xiàn)性考察方面，周蔚昕等[21]采用9個(gè)物理指標(biāo)建立了川芎飲片標(biāo)準(zhǔn)湯劑物理指紋圖譜，在同一實(shí)驗(yàn)室對同一樣品平行測定6次，9個(gè)指標(biāo)的RSD值均小于2.8%，圖譜相似度均大于0.991，表明方法的精密性良好；在3個(gè)不同實(shí)驗(yàn)室由不同操作人員測定樣品物理指紋圖譜，9個(gè)二級指標(biāo)的RSD值均小于1.5%，相似度均大于0.995，表明該方法的重現(xiàn)性良好。

2 中藥粉體物理指紋圖譜的應(yīng)用

粉體物理質(zhì)量屬性對制劑成型性有較大影響，粉體物理指紋譜可用于評價(jià)中藥粉體批間質(zhì)量一致性，快速定位粉體缺陷性質(zhì)，可針對粉體性質(zhì)缺陷進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝，提高中藥粉體生產(chǎn)質(zhì)量控制水平，獲得物理屬性良好的中間體或成品。本節(jié)介紹了粉體物理指紋圖譜在中藥破壁粉、中藥浸膏粉、中藥顆粒、藥用輔料、制劑成型全過程質(zhì)量評價(jià)及制劑處方設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2.1 中藥破壁粉物理指紋圖譜

中藥破壁粉的療效不僅與有效成分的組成和含量直接相關(guān)，而且與這些成分的結(jié)合形式和存在狀態(tài)有關(guān)，在宏觀上表現(xiàn)為破壁粉的外在物理屬性。當(dāng)歸破壁粉屬于微米級粉體，羅錚等[22]采用當(dāng)歸破壁粉(D90<45 μm)為研究對象，以13個(gè)物理指標(biāo)構(gòu)建當(dāng)歸破壁粉的物理指紋圖譜。相似度評價(jià)結(jié)果表明，不同工藝條件下制備的當(dāng)歸破壁粉的粉體學(xué)性質(zhì)差異較大，而采用最優(yōu)工藝制備的 3 批當(dāng)歸破壁粉物理指紋圖譜的相似度在0.994以上，由此可見物理指紋圖譜是評價(jià)當(dāng)歸破壁粉碎工藝是否穩(wěn)定可行的有效手段。羅錚等[23]進(jìn)一步將當(dāng)歸破壁粉HPLC指紋圖譜的15個(gè)共有峰和物理指紋圖譜13個(gè)二級指標(biāo)相結(jié)合，對10批不同產(chǎn)地的當(dāng)歸破壁粉進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，從化學(xué)屬性和物理屬性兩方面分別找出了不同來源當(dāng)歸破壁粉的主要差異性指標(biāo)。張前亮等[24]在建立丹參破壁飲片物理指紋圖譜時(shí)，還嘗試采用比表面積、孔體積、平板角,以及從外觀上反應(yīng)粉體均一性的色度指標(biāo)，如明暗度L*、紅綠色度a*和黃藍(lán)色度b*等進(jìn)行分析。

2.2 中藥浸膏粉物理指紋圖譜

浸膏粉是中藥制劑工藝的關(guān)鍵中間體，具有化學(xué)成分復(fù)雜、有效成分不明確的特點(diǎn)。采用有限的化學(xué)指標(biāo)對浸膏粉進(jìn)行定性定量控制存在一定局限，應(yīng)關(guān)注其整體的理化性質(zhì)研究。在單味中藥浸膏粉評價(jià)中，徐玉玲等[25]借鑒物理指紋圖譜的概念，對川明參提取物的臨界相對濕度、流動(dòng)性、堆密度、水分等進(jìn)行了測定，建立了基于物理化學(xué)特性的川明參提取物質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。此外，物理指紋圖譜也應(yīng)用于桑枝乙醇提取物和丹參醇水提取物粉末的評價(jià)[26-27]。王芬等[28]采用物理指紋圖譜對由5種代表性中藥飲片制備的浸膏粉和半浸膏粉進(jìn)行了評價(jià)，發(fā)現(xiàn)與浸膏粉相比，半浸膏粉的均一性提高且吸濕性降低。

不同干燥工藝的加熱方式和作用原理不同，從而導(dǎo)致了干燥產(chǎn)物理化性質(zhì)的差異。在中藥復(fù)方浸膏粉的評價(jià)中，可將物理指紋圖譜與有效成分含量測定或HPLC指紋圖譜相結(jié)合，以分析不同干燥工藝對浸膏粉物理性質(zhì)和有效成分的影響，優(yōu)選干燥工藝。如孫興等[29]采用物理指紋圖譜和考察有效成分含量的方法，研究了冷凍干燥、真空干燥和噴霧干燥對黃芪桂枝五物湯(HGWD)粉體的影響，發(fā)現(xiàn)干燥工藝主要影響HGWD的粉體學(xué)性質(zhì)，對指標(biāo)性成分含量無顯著性影響；由于噴霧干燥制得粉體的可壓性較好，優(yōu)選噴霧干燥為HGWD的最佳干燥工藝。伍蕊嗣等[30]采用物理指紋圖譜和HPLC指紋圖譜研究了4種干燥方式對澤瀉湯粉體的影響，發(fā)現(xiàn)不同干燥方式不僅對澤瀉湯粉末可壓性影響較大，而且對23-乙酰澤瀉醇B和白術(shù)內(nèi)酯Ⅲ含量有一定的影響，而冷凍干燥對指標(biāo)成分的影響最小，綜合考慮優(yōu)選了冷凍干燥工藝。

2.3 中藥顆粒物理指紋圖譜

顆粒的物理屬性是顆粒質(zhì)量的重要方面。徐玉玲等[31]和李鵬程等[32]采用搖擺式制粒機(jī)分別制備了川明參口含片和黃槐片的濕顆粒中間體，干燥制粒后，以9個(gè)物理指標(biāo)構(gòu)建干燥顆粒的物理指紋圖譜，并對其批間質(zhì)量一致性和可壓縮性進(jìn)行評價(jià)。趙潔等[33]等以乳糖-淀粉(1∶3)為空白處方，以聚乙烯吡咯烷酮為黏合劑，進(jìn)行流化床脈沖噴霧制粒(PSFBG)；建立了由12個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的物理指紋圖譜，對PSFBG制備的顆粒進(jìn)行質(zhì)量一致性評價(jià)，發(fā)現(xiàn)不同制粒工藝制備的顆粒間物理指紋譜相似度較小。王永潔等[34]以顆粒成型率、羥基紅花黃色素A保留率和顆粒物理性質(zhì)為考察指標(biāo)，對花紅顆粒制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，10 批驗(yàn)證批次的紅花顆粒間的物理指紋圖譜相似度均在0.99以上。采用物理指紋圖譜可以更全面地反映顆粒的整體性質(zhì)。

2.4 藥用輔料物理指紋圖譜

藥用輔料質(zhì)量的一致性對藥品研發(fā)和生產(chǎn)具有重要意義。張孝娜等[35-36]收集了來源于5個(gè)廠家的22批羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)樣品，采用11個(gè)物理質(zhì)量指標(biāo)建立粉體物理指紋圖譜，并對不同批次CMC-Na進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)；發(fā)現(xiàn)各廠家CMC-Na粉體學(xué)性質(zhì)存在差異，且同一廠家不同批次CMC-Na樣品的粉體學(xué)性質(zhì)也不穩(wěn)定。上述結(jié)果提示藥品生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格控制輔料批次間的波動(dòng)性，確保終產(chǎn)品質(zhì)量的批間一致性。在《中國藥典》(2020年版，四部)的“藥用輔料功能性相關(guān)指標(biāo)指導(dǎo)原則”中[37]，將對輔料功能性和制劑性能具有重要影響的物理化學(xué)性質(zhì)，定義為藥用輔料的功能性相關(guān)指標(biāo)(Functionality-related characteristics，F(xiàn)RCs)。FRCs可為藥用輔料物理指紋圖譜二級指標(biāo)的確定提供依據(jù)。

2.5 制劑成型全過程質(zhì)量評價(jià)

采用物理指紋圖譜的方法評價(jià)中藥口服固體制劑成型過程中間體質(zhì)量，能夠積累反映中藥生產(chǎn)質(zhì)量傳遞過程規(guī)律的數(shù)據(jù)信息，為制劑過程質(zhì)量傳遞關(guān)系的量化奠定基礎(chǔ)。崔向龍等[38-40]和徐冰等[41]以銀杏葉片成型工藝為研究對象，收集不同批次的銀杏葉提取物并進(jìn)行物理指紋圖譜表征，發(fā)現(xiàn)原料性質(zhì)和過程工藝波動(dòng)造成了濕法制粒過程中顆粒成核和成長微環(huán)境的差異，進(jìn)而影響顆粒中間體和片劑質(zhì)量的一致性。夏春燕等[42]收集了49批天舒片素片工業(yè)生產(chǎn)過程中原料細(xì)粉、濕顆粒、干燥顆粒、整粒顆粒和總混顆粒5種中間體，分別采用物理指紋圖譜方法進(jìn)行中間體物性綜合表征；以原料和中間體72個(gè)物性參數(shù)為自變量，建立了預(yù)測素片崩解時(shí)間(DT)的偏最小二乘(PLS)模型，最終確定濕顆粒ρt和干燥顆粒%H為關(guān)鍵物料屬性(CMAs)。王晴等[43]收集了90批次桂枝茯苓膠囊工業(yè)生產(chǎn)過程原料、中間體粉末和膠囊成品，對原料細(xì)粉和4種中間體粉末進(jìn)行了物理指紋圖譜測定，采用變量篩選方法從54個(gè)物性參數(shù)中辨識(shí)出濕法制粒所得的濕顆粒的振實(shí)密度和原料細(xì)粉的休止角為影響桂枝茯苓膠囊內(nèi)容物吸濕性的關(guān)鍵物料屬性。

2.6 制劑處方設(shè)計(jì)

實(shí)際應(yīng)用中，戴勝云等[44-45]測定了135批物料(包括藥用輔料、中藥浸膏粉和化藥)的物理指紋圖譜數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在iTCM數(shù)據(jù)庫，根據(jù)性質(zhì)計(jì)算粉體五大類指標(biāo)(密度、均一性、流動(dòng)性、可壓縮性、穩(wěn)定性)，計(jì)算綜合評價(jià)指標(biāo)，并提出建立中藥口服固體制劑常用物料的物理性質(zhì)周期表以將其用于處方設(shè)計(jì)，通過篩選最佳輔料并確定其用量，彌補(bǔ)粉體較差的物理性質(zhì)，調(diào)整其綜合性質(zhì)。劉濤等[46]基于QbD理念研究桑枝泡騰片成型工藝，以桑枝提取物為研究對象，酸堿濕法分開制粒，進(jìn)行處方篩選，并構(gòu)建以9個(gè)二級指標(biāo)組成的物理指紋圖譜，對按照最優(yōu)處方制備的5批桑枝泡騰片中間體進(jìn)行分析，將結(jié)果反饋給片劑處方設(shè)計(jì)并進(jìn)行處方修正，以期控制桑枝泡騰片的物理屬性，進(jìn)而保證桑枝泡騰片的中間體質(zhì)量。

3 物理指紋圖譜的討論

3.1 物理指紋圖譜模式識(shí)別

“譜”即多變量的數(shù)據(jù)[47]，數(shù)據(jù)中包含研究對象的定性、定量和結(jié)構(gòu)信息。色譜指紋圖譜的分析對象為溶液體系，其信息主要對應(yīng)成分的組成、含量和比例等。粉體是由大量固體顆粒組成的體系，作為對中藥粉體進(jìn)行整體評價(jià)的物理指紋圖譜，其信息主要對應(yīng)顆粒體系自身的微觀和宏觀特征，以及顆粒體系在外界環(huán)境或作用力下的宏觀行為。與色譜指紋圖譜一樣，物理指紋圖譜也是一種綜合的、可量化的質(zhì)量評價(jià)手段，具有“整體性”和“模糊性”的基本屬性[48-49]。

為充分挖掘、利用物理指紋圖譜信息，相似度評價(jià)、主成分分析和偏最小二乘等化學(xué)計(jì)量學(xué)方法已被應(yīng)用于中藥粉體物理指紋圖譜模式識(shí)別和質(zhì)量控制。但目前的研究中，用于計(jì)算物理指紋圖譜二級指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)尚未得到利用，如粒度測試得到的粒徑分布曲線，質(zhì)構(gòu)測試過程獲得的壓力位移曲線，以及熱分析過程中的DSC曲線等。部分基于圖像法的物性測定過程中獲得的圖片，也包含了大量物性信息。這些可以結(jié)合模式識(shí)別和人工智能的方法進(jìn)行解析。

3.2 物性參數(shù)邊界的界定

物性參數(shù)邊界決定粉體物性空間的大小，即對于粉體物性理解的知識(shí)空間的大小?？偨Y(jié)不同物性參數(shù)的邊界值，有利于加深對粉體物性變化規(guī)律的理解，或?yàn)椤?.3”中物性參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化提供依據(jù)。目前中藥粉體物理指紋圖譜類研究文章中報(bào)道的物性參數(shù)邊界大致相同，但也存在一定差異。如在相對均齊度指數(shù)(0～0.02)、堆密度(0～1 g·mL-1)、振實(shí)密度(0～1 g·mL-1)、干燥失重(0～10%)和豪斯納比(3～1)這些參數(shù)邊界的處理上，不同作者選擇的范圍完全相同。而在壓縮性指數(shù)、顆粒間空隙率、吸濕性、休止角等指標(biāo)參數(shù)邊界的處理上則略有不同。此外，粒徑<50 μm百分比、粉末流動(dòng)時(shí)間、內(nèi)聚力指數(shù)這三個(gè)指標(biāo)的應(yīng)用較少。以中藥破壁粉、中藥顆粒和中藥浸膏粉三種粉體的部分二級指標(biāo)為例，從不同文獻(xiàn)中統(tǒng)計(jì)的其物性邊界見表5，表中括號(hào)內(nèi)的邊界范圍表示較少使用。

表5 破壁粉、浸膏粉、顆粒三種不同粉體的二級指標(biāo)邊界Table 5 Secondary indexes’ boundary of three different powders:wall-broken powders,extract powders and granules

3.3 物性測試多元化

物理指紋圖譜以滿足制劑成型或質(zhì)量一致性評價(jià)等功能需求為導(dǎo)向，因此不同的評價(jià)環(huán)節(jié)和分析對象所對應(yīng)的一級和二級指標(biāo)也不同。對于具體的需求和應(yīng)用場景，可選擇專屬性的物性測試方法。除本文圖2示例中列舉的15個(gè)二級指標(biāo)外，近年來文獻(xiàn)報(bào)道了一些可供選擇的其他物性指標(biāo)和測試方法，如表征均一性的不均勻系數(shù)(Cu)[23]，其測試方法為：按EP通則2.9.12測定D60、D10，其計(jì)算公式為:Cu=D60/D10。表征成型性的抗張強(qiáng)度(TS)[50]和快速彈性松弛(E)[51]，其測試方法分別為：將粉末在一定壓力條件下壓制成片，置干燥器中24 h，彈性復(fù)原后測定片劑的厚度、直徑與片劑的徑向破碎力(F)，抗張強(qiáng)度計(jì)算公式為TS=2F/πhD，其中h為片厚度，D為片直徑。測定粉體在壓縮過程中上沖位移(或壓片壓力)最大時(shí)片子邊緣厚度(H1)和彈性復(fù)原后邊緣厚度(H2)，快速彈性松弛計(jì)算公式為:E=(H2-H1)/H1×100%。表征流動(dòng)性的平板角[52]和黏性[27]，其中平板角的測試方法為：將一不銹鋼平板埋入測試樣品中，升起平板，分別于平板的前、中、后三點(diǎn)(間距20 mm)用量角器測量樣品斜面與平板的夾角，取其平均值(記作θ1)；用測試儀配置的重錘沖擊平板，再用測角器檢測上述3點(diǎn)處樣品斜面與平板的夾角，取其平均值(記作θ2)；平板角=(θ1+θ2)/2。采用新型粉體物性測試設(shè)備(FT-4 多功能粉末流動(dòng)性測試儀測試)可獲取多種物性參數(shù)[53]，如基本流動(dòng)能、特別流動(dòng)能、充氣比率、預(yù)處理松密度、氣體壓降、內(nèi)聚強(qiáng)度、無約束屈服強(qiáng)度和流動(dòng)函數(shù)，這些參數(shù)可表征粉體的整體性質(zhì)、黏聚性和流動(dòng)能。

4 總結(jié)與展望

本文系統(tǒng)梳理了中藥粉體物理指紋圖譜的規(guī)范化構(gòu)建流程，包括指標(biāo)體系的設(shè)計(jì)、二級指標(biāo)測試和分析方法驗(yàn)證，以及二級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理和圖譜展示?？偨Y(jié)了物理指紋圖譜在中藥破壁粉、中藥浸膏粉、中藥顆粒、藥用輔料、制劑成型工藝全過程質(zhì)量評價(jià)和制劑處方設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。采用物理指紋圖譜從物理狀態(tài)層面評價(jià)中藥粉體質(zhì)量，并結(jié)合中藥含量測定和HPLC指紋圖譜，從物理屬性和化學(xué)屬性兩方面對粉體的質(zhì)量屬性進(jìn)行綜合表征，為中藥粉體全面質(zhì)量控制提供了新思路。中藥粉體物理指紋圖譜未來研究和應(yīng)用方向包括：(1)綜合考慮需求、實(shí)驗(yàn)條件和操作的簡便性，設(shè)計(jì)核心的、高相關(guān)性的指標(biāo)；(2)研究物理指紋圖譜二級指標(biāo)分析方法的驗(yàn)證方法，確保物理指紋圖譜底層數(shù)據(jù)的可靠性；(3)基于物理指紋圖譜數(shù)據(jù)，建立中藥粉體和藥用輔料物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，支持中藥制劑處方和工藝的設(shè)計(jì)與持續(xù)改進(jìn)；(4)研究中藥粉體物理指紋圖譜模式識(shí)別方法，拓展物理指紋圖譜應(yīng)用場景。