前  言

物質在結晶時由于受各種因素影響，使分子內或分子間鍵合方式發生改變，致使分子或原子在晶格空間排列不同，形成不同的晶體結構。同一物質具有兩種或兩種以上的空間排列和晶胞參數，形成多種晶型的現象稱為多晶現象(polymorphism)。

許多結晶藥物都存在多晶型現象，同一藥物的不同晶型在外觀、溶解度、熔點、溶出度、生物有效性等方面可能會有顯著不同，從而影響藥物的穩定性、生物利用度及療 效，此現象在口服固體制劑方面表現得尤為明顯。藥物多晶型現象是影響藥品質量與臨床療 效的重要因素之一。因此，對存在多晶型的藥物進行研發以及審評時，應對其晶型分析予以特別關注。

多晶型藥物中的不同晶型的熱力學穩定性不同，不穩定晶型的熔融溫度可能顯著低于熱力學穩定的晶型；而一種晶型熔融后可能結晶形成另一種更穩定的晶型。對于很多藥物材料來說，多晶型現象的存在是非常重要的，因為在服用藥物后，它們對血液循環中有效成分的攝取，以及藥物保質期等方面會產生重大影響。同一藥物的某種晶型可能比其它晶型更易溶解或攝取，其釋放時間也會有所不同，并可以通過一定類型和水平的特定多晶型來進行控制。另外，某些晶型的儲存期可能更長；隨著時間的變化，易于溶解的晶型可能轉變為不易溶解的晶型，從而導致藥物活性的改變。

中國藥典通則《9015藥品晶型研究及晶型質量控制指導原則》中明確說明，當固體藥物存在多晶型現象，且不同晶型狀態對藥品的有效性、安全性或對質量可產生影響時，應對原料藥物、固體制劑、半固體制劑、混懸劑等中的藥物晶型物質狀態進行定性或定量控制。在“藥品晶型質量控制方法”一節中，明確晶型種類相對鑒別方法為粉末X射線衍生 (PXRD)、紅外光譜 (IR)、拉曼光譜 (Raman)、差式掃描量熱 (DSC)、熱重 (TG)、毛細管熔點 (MP)、光學顯微 (LM)、偏光顯微 (LM) 和固體核共振 (ssNMR) 等9種方法。其中，TG方法中新增的熱重與質譜聯用 (TG-MS) 可以實現不同晶型藥品在持續加熱過程中的失重量和失重成分以及結晶溶劑和其它可揮發性成分的定性、定量分析。

中國藥典通則《0981結晶性檢查法》規定固態藥物的結晶性檢查可采用偏光顯微鏡法、粉末X射線衍射法和差示掃描量熱法 (DSC)。其中新增的DSC法可實現對晶態物質的尖銳狀吸熱峰或非晶態物質的彌散狀 (或無吸熱峰) 特征進行結晶性檢查。當相同化合物的不同晶型固體物質狀態吸熱峰位置存在差異時，亦可采用DSC法進行晶型種類鑒別。DSC 測量的是加熱、冷卻或等溫條件下樣品吸收和釋放的熱流信號。

《化學仿制藥晶型研究技術指導原則》（試行）結合我國仿制藥晶型研究的現狀并參考國外監管機構相關指導原則起草制定，闡明仿制藥晶型研究過程中的關注點，涉及的晶型包括無水物、水合物、溶劑合物和無定型等。指導原則明確了可使用熱分析法 (如DSC和TG) 和光譜法 (如IR和Raman) 作為藥物晶型表征方法和晶型確證方法；晶型控制參照《中國藥典》相關通則 (《9015藥品晶型研究及晶型質量控制指導原則》和《0981結晶性檢查法》) 對晶型進行定性和/或定量分析。

珀金埃爾默DSC 8500采用獨 一無二的功率補償型設計，測量真實的熱流信號。相互獨立的輕質雙爐體設計，使得 DSC 8500既可以提供藥物多晶型測定所需要的極高靈敏度，又可以提供非常卓 越的信號分辨率。同時，由于功率補償型DSC的小爐體設計，提供了快速升降溫的可能，從而可以在測試中通過快速升溫，抑 制低溫晶型熔融后的重結晶，進而得到真實的各晶型比例。

珀金埃爾默DSC產品，除了在藥物晶型研究上的優勢，在藥物分析與研究方面，還具有如下優勢：

1、靈敏度高，可靈敏檢測蛋白變性的微量放熱；

2、量熱準確度高，特別適合藥品純度檢測；

3、專 利的調制技術，可研究晶型的可逆和不可逆轉變；

4、鉑金爐體，特別適用于藥物的易分解特性；

DSC 8500差式掃描量熱儀

極高的靈敏度，可以檢測很弱的晶型轉變過程或者含量很低的晶型成分

卓 越的分辨率，可以更好地分離多種晶型的熔融峰

最快的加熱和冷卻速率 (最 高可達750°C/min)

使用鉑面電阻測溫技術 (PRT) 測量樣品溫度，準確性和重現性優于熱電偶

非常穩定的基線性能

具備StepScan DSC技術，可以直接分離可逆與不可逆的熱過程或熱轉變

最 大程度遵從21 CFR Part 11法規

實驗1

某藥物材料DSC測試

測試條件

升溫速率：3℃·min-1/10℃·min-1；

樣品質量：~3mg；

樣品盤：標準卷邊鋁盤；

吹掃氣；高純氮氣；

溫度范圍：90℃~170℃

圖1. 每分鐘10℃加熱速率下藥物材料的DSC測試結果

圖2. 熔融峰放大后在111℃顯示出肩峰

圖1所示為每分鐘10°C常規加熱速率下藥物材料的DSC測試結果。樣品顯示出單一的熔融吸熱峰，起始熔融溫度為107.4°C，沒有顯示出明顯的多晶現象。對熔融峰進一步觀察，可以在高溫側發現一個很小的肩峰。對這一熔融轉變進行放大，如圖2所示，該藥物樣品在111°C附近確實存在肩峰，這是存在多晶型現象的有力標志。利用晶型轉變的時間特性，能夠對可能存在的多晶型現象進行檢驗；改變DSC加熱速率 (含時間依賴性或速率)，可以識別可能存在的多晶型。

圖3. 每分鐘3℃加熱速率下藥物材料的DSC測試結果

以每分鐘3℃的低加熱速率對該特定樣品進行分析，DSC測試結果如圖3所示，該藥物樣品明確顯示出多晶型現象。樣品在107.2℃發生熔融后隨即進行結晶，如109℃ 的放熱峰所示。要對緊隨多晶熔融轉變的結晶峰進行檢測和分辨，確實需要如珀金埃爾默DSC 8500這樣的具有很高分辨率的功率補償型DSC儀器。

作為對比，本實驗也采用了高性能的熱流型DSC儀器對該藥物多晶型樣品進行分析，即便在低加熱速率下也無法檢測到這三個轉變過程 (不穩定晶型熔融、結晶、穩定晶型熔融) 的存在。主要原因是熱流型DSC的爐體質量較大 (150g)，響應速率遠低于功率補償型DSC。如本研究結果所示，對于很多藥物材料來說，具有極高分辨率的DSC儀器是成功且完整地檢測到多晶型現象的必要條件。

實驗2

卡馬西平多晶型DSC測試

測試條件

升溫速率：10/50/100/150/200/250℃·min-1；

樣品質量：~5mg；

樣品盤：標準卷邊鋁盤；

吹掃氣；高純氮氣；

溫度范圍：100℃~240℃

在檢測到多晶型存在的情況下，需要對各晶型成分進行定量。使用DSC方法對晶型進行定量的邏輯是：通過將測量得到的晶型熔融峰面積與100%純凈的晶型熔融焓值比較，計算對應晶型在樣品中的百分比。實際測試中，由于低溫晶型熔融后可能存在重結晶現象，易對高溫的熔融峰歸屬判定產生誤導。同時，由于結晶峰與熔融峰相近，會干擾熔融峰面積的計算，難以確定真實的熔融焓值。

卡馬西平(Carbamazepine)是治 療癲癇病和神經性疼痛的藥物，存在多個晶型。某卡馬西平樣品在常規測試條件(10℃/min)下，其DSC曲線如圖4所示。可以看出，低溫晶型(晶型III)在熔融后(紅色虛框內吸熱峰)，出現了放熱峰(藍色虛框)，該峰對應于熔融部分的重結晶。在更高的溫度區間，可觀察到晶型I的熔融峰(綠色虛框)。在高溫區間檢測到的晶型I熔融峰可能來源于原始樣品，也可能來源于晶型III熔融后重結晶，亦或是兩者都有。因此，在當前的常規測試條件下，難以進行歸屬。另外，由于晶型III的熔融和重結晶峰部分重疊，也無法準確計算晶型III的熔融焓值。

圖4 每分鐘10℃加熱速率下卡馬西平的DSC測試結果

按照結晶的理論，重結晶是一個動力學控制的過程，重結晶程度與結晶時間關系很大。因此，如果能夠通過改變測試條件，縮短熔點不同的兩個晶型間的時間跨度，就可以抑 制低溫晶型熔融后的重結晶。功率補償型DSC的小爐體設計，使得快速地升降溫成為可能，從而為這類體系的分析提供了技術保證。在本例中，使用不同的快速升溫速率進行同一種類樣品的考察，結果如圖5所示。可以看到，隨著升溫速率的提高，DSC曲線中晶型I的熔融峰面積逐漸減小；在250℃/min的升溫速率下，晶型I熔融峰完全消失，這意味著：

1、在前述慢速升溫下得到的DSC曲線中，晶型I完全來自于低溫晶型III熔融后的重結晶，原始樣品中并沒有晶型I的存在；

2、晶型I的熔融峰消失，表明在當前測試條件下，晶型III沒有重結晶，此時量測到的熔融峰完全不受晶型III重結晶放熱的干擾，從而可以準確計算純凈的晶型III熔融焓值(109.5J/g)。

圖5 不同升溫速率下卡馬西平DSC測試結果

基于以上測試結果，繼續在快速升溫抑 制重結晶的條件下測試真實的混合晶型樣品，就可以通過前面得到的晶型III熔融焓值，準確計算晶型III和晶型I的比例，如圖6所示。

圖6 卡馬西平混合晶型樣品在每分鐘250℃加熱速率下DSC測試結果

總結

珀金埃爾默功率補償型DSC 8500既可以提供許多藥物材料的多晶型檢測所需要的極高靈敏度，又可以提供非常卓 越的分辨率。對于新藥研發行業來說，多晶型檢測非常重要，因為多晶型現象對于藥物有效成分進入血液循環的速率有很大的影響，也會影響到藥物的儲存期。功率補償型DSC的小爐體設計具有很快的響應時間，從而確保對熱轉變過程進行很好地檢測和分辨。在上述研究中，功率補償型DSC可以揭示特定藥物的多晶型性質，而高性能的熱流型DSC儀器則無法檢測到該樣品的多晶型現象 (結晶過程)。另外，通過功率補償型DSC實現的快速升溫測試，可以抑 制藥物分子低溫晶型重結晶，從而更可靠地判斷樣品的晶型情況，進而準確計算各晶型相對含量。