制剂研发，动态水分吸附在晶型研究中的应用
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1.介绍
2.监管要求
3.动态吸湿仪的应用(DVS)
3.1仪器简介
3.2应用1-吸湿性评估
3.3由2-蒸汽引起的相变的研究
3.4应用3-检测非晶含量
4.预防措施
5.结论
1导言
动态蒸汽吸附(DVS)可以通过微量天平准确称量样品吸附和解吸水分前后的重量变化，并研究暴露在可控温度和湿度下水分对样品的影响。它具有检测速度快、灵敏度高、样品用量少和自动化等优点，可用于研究吸湿/放湿特性。
空气中的水分一直存在，不容忽视。与水分有关的问题贯穿于药物研究的全过程，涉及生产、储存和使用的各个环节。因此，研究水的吸附/脱附现象，对于更好地了解样品的物理化学性质、开发制备技术和确定合适的储存条件具有重要意义。
2法规要求
概述国内外药品检验机构对晶型研究的相关指导原则，中国药典9103和FDA和As对药物吸湿性的考察有明确要求。
《9103药物吸湿试验指导原则》
药物的吸湿性是指物质在一定的温度和湿度条件下吸收水分的能力或程度的特性。样品为符合药品质量标准的固体原料药，检测结果可作为选择合适的药品包装和储存条件的参考。
《美国食品和药物管理局和美国国家标准》
药物固体多晶型的化学、生产和控制信息:药物多晶型还可以表现出不同的物理和机械性质，包括吸湿性、颗粒形状、密度、流动性和可压性，这些反过来会影响药物的加工和/或药物产品的生产。
3动态水分吸附器的应用(DVS)
3.1仪器简介
动态水分吸附分析仪结合微量天平、气体流量和蒸汽测量技术，实现对药物中水分的研究。动态水分吸附分析仪的核心部分是具有超高灵敏度和记录能力的微量天平，样品小于万分之一的质量变化都可以用它来测量。
DVS法是将待测样品放置在微量天平上，以设定的流速和温度，使含有一定浓度水蒸气(水蒸汽)的气体(氮气)通过待测样品，读取微量天平上的样品质量，从而可以揭示样品的水分吸附/解吸行为。
动态吸湿结果可为选择优势晶型、确定样品储存条件、研究非晶/水合物的动态稳定湿度范围提供数据支持。尤其是盐类化合物，如盐酸盐、钠盐等。，配体的引入可能使游离成盐后更容易与水分子形成氢键，导致在高湿度条件下明显吸湿增重，给原料药的晶体稳定性和储存带来挑战。DVS的数据将提前揭示这些潜在的问题，并帮助R&D人员提前处理这些问题。
通过DVS测试，晶云可以在研发初期快速评估某一晶型的吸湿性，结合XRPD、TGA、DSC等表征手段了解晶型的稳定范围，发现新晶型，研究水合物结晶水。
3.2应用1-吸湿性评估
根据美国药典，水不被视为杂质，但是，必须尽可能严密地监测和控制药物中的水。水分含量可能影响其结晶度，并影响药物的渗透性、密度和熔点。特别是对于非晶，水可以显著改变其玻璃化转变温度，甚至引起晶体转变。此外，对于某些化合物，水将促进其水解并诱导药物降解。
对于吸湿性的评价，传统的实验方法是用干燥器和充满饱和盐溶液的电子天平来测量。这种静态测量方法需要的样品量大，测试时间长，测试结果受外界环境影响大。然而，DVS很容易操作。将样品放在微量天平上，设置一定的水蒸气吸附/解吸程序，具有样品用量少、操作简单、测试环境稳定等优点。是目前评价药物吸湿性的常用方法。在晶型不变的前提下，参考药典中吸湿性的定义标准为:
2
以无晶体I型为例，吸附/脱附(0%RH-95%RH-0%RH)循环后，相对湿度为80%时，重量增加0.59%。根据《药物吸湿性试验指导原则》,晶型I略有吸湿性。
三
以水合物A晶型为例，在10-90%RH范围内没有明显的质量变化，说明A晶型在此范围内具有稳定的动力学，从而结合TGA和NMR可以初步计算出A晶型的结晶水数量。从吸附/脱附等温线来看，湿度从10%开始下降，样品质量明显下降，应该是除去了结晶水造成的。当湿度从20%开始上升时，样品开始吸湿增重，当达到30%RH时，吸水得到晶型a。
四
根据DVS的表征结果，水合物晶型A和脱水无定形之间的热力学关键水活度为10-20%。
3.3由2-蒸汽引起的相变的研究
确定水合物的湿度稳定范围是水合物开发中必不可少的环节，其湿度将直接影响API/制备工艺和储存条件的选择。在多晶型筛选的前期，通常根据悬浮竞争来确定各晶型的转化关系。对于不适合悬浮竞争的晶型，如溶解度高、易形成溶剂化物等，可以用DVS来评价水合物热力学稳定的湿度范围。
同时，结合DVS的表征数据，可以初步知道水合物是否转化为无定形或其他水合物；如果没有晶型，可以初步知道是否转化为水合物。
结合水合物晶型A的DVS图，在水解吸过程中，晶型A在10%RH下脱水，得到无定形晶型B。随着湿度增加到30%RH，晶型B吸收水分并变成水合物晶型C。湿度从60%RH继续增加到90%RH，晶型C吸收水分并变成晶型A..根据晶型转变区间，在低湿度(小于10%RH)下可转变为B晶型，在20%RH-60%RH的湿度下可转变为C晶型。
五
对于湿度敏感的晶型，将样品转移到环境条件下测试XRPD，在此过程中晶型可能发生了变化，因此很难捕捉到潜在的亚稳态晶型。在这种情况下，可以通过润湿XRPD和在不同湿度条件下原位收集XRPD来捕获潜在的晶体形式。结合DVS数据(如图B所示)，当湿度从50%上升到60%和90%上升到95%时，样品的吸湿增重明显，提示有晶体转变的可能。在本项目中，XRPD在各种湿度条件下被收集，通过结合湿XRPD的表征来确定新的晶体形式。
六
无定形结晶是一种获得新晶形的方法。除了用非晶初凝进行筛选实验外，还可以用DVS评价结晶的可能性。以无定形乳糖为例，在DVS试验过程中，随着湿度的增加，质量下降，这是由于水分诱导无定形乳糖结晶。
七
3.4应用3-检测非晶含量
药物中某些成分的无定形化可能是提高药物溶解度所需要的，但也可能是工艺工程中研磨、制粒或其他机械外力造成的。无定形物的含量会影响药物的疗效、加工和储存，因此需要准确测定无定形物的含量。常用的XRPD法LOD~10%，DSC法LOD~5%，DVS法可以达到0.05%，比较适合低无定形物含量的检测。
DVS无定形物含量的测试方法:
1.确定非晶样品在特定温和条件下的质量变化，并与已经包含的非晶样品的校准曲线进行比较；
2.比较蒸汽诱导结晶前后的曲线。
文献报道了Mackin等的方法，用溶剂诱导非晶相的结晶，测量结晶前后的溶剂吸附量，从而确定非晶含量。
以丙酸氟替卡松为例，结晶溶剂为乙醇。下图显示，当化合物暴露于90% P/Po乙醇时，与结晶相关的质量下降。
八
在实验中，制备了4种丙酸氟替卡松标准品(2%、5%、10%和全结晶)，绘制了它们的标准曲线。下图显示了待测样品、全结晶标准品和2%无定形标准品的DVS结果。待测样品和2%标准的质量在90% P/Po时下降，而整个晶体标准显示几乎没有质量变化。使用DVS分析试剂盒测定待测样品中的无定形物含量。
九
4预防措施
结合京云12年来的药物固态研究经验，将DVS检测中的注意事项总结分享如下。
吸附/解吸程序的选择
在晶型评价阶段，吸附/脱附程序的选择需要结合待测样品的性质。如果没有晶型，建议选择0%RH作为初始方案，对于水合物，建议选择室内湿度或已知晶型稳定性的湿度作为初始方案。
残留溶剂因子
虽然对DVS表征的要求相对较低，但不建议使用有明显溶出残留物的样品。如果在预平衡阶段无法去除残留溶剂，DVS测试过程中的干湿氮气控制样品室的湿度，测试过程中可能会去除溶剂，测得的质量变化会包含这部分，导致数据与实际情况存在差异。
即使是同一种晶型，样品的表面积、粒度、晶体习性等因素也会造成DVS光谱的差异。研究人员表明，两种方法制备的同一种无定形形式分别具有粗糙和光滑的表面，吸水后转变为相同的水合物，但吸附过程中的DVS不同，这反映了吸水动力学的差异。如果需要根据DVS选择样品存放的湿度条件，就要注意样品晶体习性的影响。
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a:表面粗糙，B:表面光滑，吸水成水合物的DVS曲线不同。
同步数据采集
在药物前研究阶段，如果对晶体稳定性的研究不充分，建议收集DVS表征前后的XRPD，以便结合DVS数据分析晶体稳定区间等信息。
5结论
药物多晶型的研究贯穿于原料药研究和制剂研究的各个阶段。DVS是晶体研究中不可缺少的表征手段。晶云配备了多台DVS仪器，期待为合作伙伴提供快速准确的DVS表征，助力晶体药物的研发。
