粒徑分析

吸入製劑是指有效成分分散或溶解於適宜介質當中，通過特殊給葯裝置，以氣溶膠或蒸汽形式傳遞至肺部發揮作用的液體及固體製劑，是目前治療慢性阻塞性肺疾病（chronic obstruc－tive pulmonary disease，COPD）、哮喘等常規呼吸道疾病的首選劑型，尤其適用於嬰幼兒和老年人的呼吸疾病治療。

人體肺部吸收表面積大，氣血屏障小，血流供應豐富，肺部給葯充分利用了以上優勢，是一種有效、非入侵性、可避免肝臟首過效應的給藥方式。按給葯裝置的不同，吸入製劑被分為定量吸入氣霧劑（me－tered dose inhaler，MDI）、乾粉吸入劑（dry powder inhaler，DPI）和霧化吸入劑（nebulizer）。和MDI相比，霧化吸入劑不要求患者在使用時的協同作用，可不經訓練，直接使用；和DPI相比，霧化吸入劑療效受吸氣流速影響小，且可避免藥物微粒解聚和吸潮，對使用時的操作要求很低，是近年來發展迅速的一種新興的劑型。對於經肺部給葯的霧化吸入劑而言，體外質量控制是製劑進入體內發揮良好療效的最大保障。粒徑分析是最重要的質量控制指標。

對於球形微粒，其直徑即為粒徑；對於非球形微粒，一般使用等效球形直徑對其粒徑進行表徵。主要的表徵方法包括空氣動力學直徑表徵法、等效體積直徑表徵法、篩分直徑表徵法、投影直徑表徵法等。最為廣泛使用的是空氣動力學直徑表徵法和等效體積直徑表徵法。空氣動力學直徑表徵法指，使用與待測微粒具有相同空氣動力學行為的單位密度（1g/cm）的球形微粒的直徑，作為待測微粒的空氣動力學粒徑。等效體積直徑表徵法指，使用與待測微粒具有相同體積的球形微粒的直徑，作為待測微粒的等效體積粒徑。

霧化吸入劑經口吸入，由呼吸道傳送，最後到達肺部發揮作用。霧化的氣溶膠微粒在肺部沉積的機制包括撞擊、擴散、攔截、重力沉降和靜電效應。在此過程中，微粒性質、呼吸道幾何結構及呼吸模式都會對藥物的沉積產生一定影響。其中，微粒粒徑大小及粒徑分佈很大程度上決定了在呼吸系統中的沉積部位和沉積量，從而影響藥物療效。

目前，針對霧化吸入劑的體外粒徑分析方法主要包括慣性撞擊器法（cascade impactor，CI）和激光衍射法（laser diffractome－try，LD）。

1、慣性撞擊器法（cascade impactor，CI）

CI的測定原理是在氣流中，藥物微粒由於不同的大小和慣性，會被不同級數的收集盤收集，使用合適的收集液對各收集盤中的活性成分進行提取，再利用合適的檢測手段對其含量進行檢測，從而得到各級數對應的藥物含量及粒徑分佈等數據。使用CI法測定時，得到的為空氣動力學粒徑。主要評價參數為微細粒子分數（Fine particle fraction，FPF）、空氣動力學質量中位徑（mass median aerodvnamic diameter，MMAD）及幾何標準偏差（geometric standard deviation，GSD）。

其中，FPF為空氣動力學粒徑小於5μm的累積沉積含量與輸出總含量的百分比，反映了藥物在肺部的有效沉積率；MMAD為累計沉積百分數為50%時的空氣動力學粒徑值，反映了微粒整體粒徑水平；GSD為累積藥物量百分率分別為84.1%和15.9%時空氣動力學粒徑之比的平方根；反映了粒徑分佈的寬窄，GSD越接近1，則分佈越窄。撞擊器法除了能計算得到空氣動力學粒徑，還能對不同粒徑範圍的有效成分進行定量，是各國藥典推薦的測定方法。撞擊器主要包括雙級玻璃撞擊器（twin stage impactor，TSI）、安德森多級撞擊器（Andersen cascade impaction，ACI）、多級液體採樣器（multi-stage liquid impinger，MSLI）及新一代藥用撞擊器（nextgeneration pharmaceutical impactor，NGI）。

其中，用於測定霧化吸入劑粒徑分佈的撞擊器包括雙級玻璃撞擊器（TSI）和新一代藥用撞擊器（NGI）。

（1）雙級玻璃撞擊器（TSI）：TSI主要由人工喉、一級分佈瓶、連接管及二級分佈瓶組成。相對於多級撞擊器，具有儀器簡單，操作方便的特點。但由於級數較少，只能得到空氣動力學直徑小於6.4μm的活性成分含量及占收集總量的比例，無法得到氣溶膠微粒的粒徑分佈情況。

（2）新一代藥用撞擊器（NGI）：NGI由人工喉、預分離器和撞擊器主體組成；撞擊器主體包括可拆卸的收集杯、放置收集杯的底部支架、帶噴嘴的密封體及嵌有極間氣道的蓋子；共有7級，及一個位於末端的微孔收集器（micro-orifice collector，MOC）。MOC是一塊有4032個小孔的撞擊板，大部分被stage7遺漏的微粒將被MOC收集。和TSI相比，NGI可得到各粒徑範圍內活性成分含量，從而得到粒徑分佈情況，是2015年版《中國藥典》新收錄的方法。NGI可測定MDI、DPI和霧化吸入劑三種不同吸入製劑的粒徑分佈。測定霧化吸入劑時，和其他吸入製劑相比，有以下幾點差異：

1）氣體流速。NGI初始流速範圍為30~100L/min。歐洲標準化委員會（Committee European Normalization，CEN）於2001年頒布標準，規定其測定霧化吸入劑時氣體流速為15L/min。隨後，Virgil A Marple等人使用單分散油酸研究得出了NGI在15L/min流速下的收集效率曲線及幾何標準偏差（GeometricStandard Deviation，GSD）等數據，表明NGI在15L/min流速下能夠有效地分離不同粒徑的微粒。

2）預分離器。由於重力作用，預分離器的收集效率會對stage1的收集效率造成干擾，影響結果準確性，故使用NGI測試霧化吸入劑的粒徑分佈時，不需使用預分離器。

3）MOC及濾紙。由於氣體流速減小至15L/min，MOC收集效率為80%對應的粒徑會變大，無法有效收集細粒子，故需使用濾紙，用於收集MOC級遺漏的細粒子。

4）塗層。在收集杯表面進行塗層（硅油、甘油等），可確保有效收集顆粒。對於DPI來說，塗層是很有必要的。有研究表明，對於霧化吸入劑來說，塗層與否對NGI測得的MMAD和GSD沒有明顯影響。故測得霧化吸入劑時，不需塗層。

5）預冷過程。氣溶膠微粒從霧化器噴射出時，與大氣混合后，會產生蒸發現象。導致微粒溫度降低。與處於室溫的撞擊器產生溫度差，從而產生又一次蒸發現象，大微粒變小，導致粒徑分佈整體減小，測定值比實際值偏低。為避免微粒蒸發導致的結果不準，使用NGI測定霧化吸入劑的粒徑分佈時，需將NGI置於5℃下進行預冷。

2、激光衍射法（laser diffractometry，LD）

激光衍射粒度儀主要由光源、顆粒分散器、聚焦透鏡、探測器、計算機組成。測量時，光源發出激光束，經過處理成為平行光，照射到待測顆粒，發生散射；顆粒的大小決定了散射光的角度，其分佈則決定了散射光強度；散射光經過透鏡，被探測器檢測，並由光信號轉化為電信號；電信號經過放大、轉換，進入計算機，使用衍射模型，通過數學反演，最後得到顆粒的粒徑分佈。使用LD法檢測時，得到的為光學粒徑，一般為等效體積直徑。主要評價參數為體積平均粒徑D。

目前衍射模型主要基於夫琅和費（Fraunhofer）理論和米氏（Mia）理論。Fraunhofer理論較簡單，測定時無需知道待測顆粒的光學參數，但僅適用於微米級的樣品顆粒測定；Mia理論考慮到了光與物質的相互作用，引入了樣品顆粒折射率、樣品顆粒對光的吸收率、分散介質的折射率三個光學參數，可在較寬的粒徑範圍內準確測定樣品顆粒。

作為近年來快速發展的新興劑型之一，霧化吸入劑具有處方簡單、用藥簡便等優點。在其質量評價指標中，粒徑及粒徑分佈和製劑療效緊密相關，是最重要的質量參數。目前常用的粒徑表徵方法包括空氣動力學直徑表徵法和等效體積直徑表徵法。霧化吸入劑的體外粒徑分析方法主要包括CI法和LD法。CI法中又包括TSI法和NGI法。三種分析方法中，TSI法操作簡便，但級數過少，無法得到樣品粒徑分佈情況。NGI法可對API定量測定，得到樣品在各層級的粒徑分佈結果，但耗時較長，測定較煩瑣。LD法快速易操作、自動化程度高；但無法識別組分中的有效成分，不能對API進行定量，且得到的是非空氣動力學粒徑，不能體現氣溶膠微粒的運動特性。

在對霧化吸入劑進行體外粒徑分析時，可優選NGI法。