崔向龍+徐冰++張毅+張娜+史新元+喬延江

[摘要]該文以銀杏葉片濕法制粒工藝中顆粒中間體為研究對象，采用粉體學評價方法表征顆粒的堆積性、均一性、流動性、可壓性和穩(wěn)定性。建立了由松裝密度、振實密度、顆粒分布寬度、粒徑范圍、相對均齊度指數、縱橫比、豪斯納比、休止角、流動時間、顆粒間孔隙率、卡爾指數、比表面積、孔體積、孔徑分布、干燥失重和吸濕性16個指標構成的顆粒物理指紋譜。通過可壓性參數（參數指數、參數輪廓指數和良好可壓性指數）分析顆粒壓縮特性。運用主成分分析從不同批次顆粒物理指紋譜信息中提取出2個主成分：第一主成分代表顆粒尺寸參數，第二主成代表顆粒形態(tài)參數。中藥顆粒物理指紋譜可幫助評價不同批次顆粒質量一致性，分析顆粒質量屬性對產品質量的潛在影響，為中藥顆?？刂坪凸に囇邪l(fā)提供指導。

[關鍵詞]銀杏葉片； 物理指紋譜； 顆粒工程； 質量源于設計； 多變量分析Application of

[Abstract]In this paper， the granules intermediate prepared from the wet granulation process of ginkgo leaf tablet were taken as the research object， and then the stackability， homogeneity， flowability， compressibility and stability of granules were characterized by using micromeritics evaluation method The physical fingerprint of granules were constructed by 16 indexes including bulk density， tapped density， span， width， relative homogeneity index， aspect ratio， Hausner ratio， angle of repose， granule flow time， interparticle porosity， Carr index， specific surface area， pore volume， pore size distribution， loss on drying and hygroscopicity Furthermore， compressibility parameters （ie index of parameter， index of parametric profile and index of good compression） were employed to analyze the compressibility characteristics of the granules Two principal components （first principal component representing dimension parameter and second principal component representing morphology parameter）， could be extracted from the physical fingerprint by the principal component analysis （PCA） The granules′ physical fingerprint is of great importance to evaluate the batchtobatch quality consistency of Ginkgo biloba granules and analyze the potential impacts of granules′ quality attributes on product quality， which can provide guidance for the granules′ quality control and process development

[Key words]ginkgo leaf tablet； physical fingerprint； particle engineering； quality by design； multivariate analysis

“安全有效、穩(wěn)定可控”是藥品研發(fā)和生產首要遵循原則。人用藥品注冊技術標準國際協(xié)調會（ICH）在2009 年發(fā)布的ICH Q8（R2）中提出藥品質量源于設計（quality by design，QbD）[1]，強調對原料質量屬性、生產工藝和產品質量屬性之間關系的透徹理解，以科學可靠的方法和過程風險管理為支撐，將藥品質量控制從終端產品檢驗前移至藥物設計、藥品開發(fā)、工程設計和生產運營，從設計層次保證藥品質量。目前質量源于設計方法廣泛應用于化學/生物類新藥和仿制藥開發(fā)，以及藥品生產過程質量控制[26]。

鑒于質量源于設計在中藥領域的系統(tǒng)應用案例較少，作者以銀杏葉片濕法制粒工藝為研究對象，探索質量源于設計在中藥片劑成型工藝中的應用模式，包括3項研究內容：①銀杏葉片顆粒中間體質量屬性的綜合評價，應用多種物理量測方法定量客觀化表征顆粒粉體學性質；②銀杏葉片顆粒中間體關鍵質量屬性辨識，從顆粒粉體學質量屬性中篩選制粒工藝控制目標和范圍；③制粒工藝設計空間建立，研究銀杏葉片關鍵工藝參數和關鍵質量屬性關系模型，建立關鍵質量屬性控制策略。

中藥顆粒性質眾多，包括粒度、孔隙率和表面形態(tài)等微觀特性，以及由這些微觀特征所決定的流動性、吸濕性和可壓性等宏觀特性。具備良好質量屬性的中藥顆粒不僅能使生產順利，保證藥品質量，增加藥品穩(wěn)定性，而且對藥品成型性及其生物藥劑學特性（如溶出、崩解等）具有影響，甚至影響藥品療效的發(fā)揮[79]。本文采用中藥物理指紋圖譜評價方法[10]，對銀杏葉顆粒堆積性、均一性、流動性、可壓性和穩(wěn)定性進行綜合表征，運用多變量數據分析對不同批次顆粒的質量屬性進行評價和比較。

1材料

銀杏葉提取物（南京植百萃生物科技有限公司，批號ZC151103009），微晶纖維素pH101（上海昌為醫(yī)藥輔料技術有限公司，批號P0101F1510），低取代羥丙基纖維素（日本信越化學工業(yè)株氏會社，批號4081309），羧甲基淀粉鈉（臺灣永日化學工業(yè)股份有限公司，批號SSG0014065），氫氧化鋁（石家莊五岳制藥廠，批號15120101），硬脂酸鎂（國藥集團化學試劑有限公司，批號20121010），無水乙醇（北京化工廠，批號20160302）。

高速剪切濕法制粒機（SHK4A，西安潤天制藥機械有限公司），振蕩篩（ZNS300，北京興時利和科技發(fā)展有限公司），振實密度儀（HY100，丹東市皓宇科技有限公司），干法圖像粒度粒形分析儀（BT2900，丹東百特儀器有限公司），粉末流動性測定儀（BEP2，英國Copley公司），快速水分測定儀（MA35，德國Sartorius公司），比表面及孔徑分析儀（3H2000PS1，北京貝士德儀器科技有限公司），離子濺射儀（SC7620，英國Quorum公司），掃描電子顯微鏡（Quanta 250，捷克FEI公司）。

2高速剪切濕法制粒過程描述

銀杏葉片制劑處方見表1。以規(guī)定比例的主藥和內加輔料共186 g置于制粒鍋內，開啟攪拌槳進行干混，保持干混時攪拌槳轉速不變，通過噴霧裝置將40%乙醇以霧滴形式加入制粒鍋內。黏合劑加入后，調節(jié)攪拌槳和切割刀的轉速，進行濕混與制粒。改變制粒工藝參數共制得29批顆粒[11]，將制得的濕顆粒以60 ℃鼓風干燥3 h備用。干燥后的粗顆粒置于振蕩篩中整粒。

3顆粒質量屬性表征

31相對均齊度指數（Iθ）以目數為10，20，24，25，30，50，65，80，100，120，150，200的藥篩振蕩5 min，記錄每個篩網上截留的粗顆粒質量。所取平均孔徑分別為180，250，355，600，710，850 μm的藥篩截留的顆粒，計算相對均齊度指數，公式如下。

其中，Fm為顆粒粒徑在多數范圍的質量百分比，Fm-1為多數粒徑范圍下一層篩子截留顆粒的質量百分比，Fm+1為多數粒徑范圍上一層篩子截留顆粒的質量百分比，dm為多數粒徑范圍的顆粒平均粒徑，dm-1為多數粒徑范圍下一層篩子截留顆粒平均粒徑，dm+1為多數粒徑范圍上一層篩子截留顆粒平均粒徑，n為所確定的粒徑范圍個數。

崔向龍等：質量源于設計在銀杏葉片制粒工藝中的應用（Ⅰ）：顆粒粉體學性質綜合評價

311干燥失重（%HR）使用快速水分測定儀，將約200 g的待測顆粒平鋪于樣品盤中，于105 ℃下加熱10 min，根據儀器顯示的終讀數即得。

312比表面積（SSA）、孔體積（PV）及中值孔徑（P50）稱取適量待測顆粒于100 ℃流通氮氣脫氣干燥150 min，用全自動比表面及孔徑分析儀測試樣品，采用BET公式求算顆粒的比表面積，通過BJH模型求算顆粒的累積孔體積及孔徑分布。

313粒形及顆?？v橫比經離子濺射儀處理135 s后顆粒表面吸附金粉，在掃描電子顯微鏡下觀察顆粒的粒形和表面微結構，再由系統(tǒng)軟件（xT microscopeServer）擬合顆粒縱橫比（aspect ratio，AR）表征顆粒的圓整度。

4結果與討論

41物理指紋譜評價根據顆粒物理性質，將其粉體學質量屬性分為5個方面，即堆積性、均一性、流動性、可壓性和穩(wěn)定性，作為顆粒物理指紋譜的一級指標。其中堆積性用松裝密度（Da）和振實密度（Dc）2個粉體學性質表征顆粒堆積能力。均一性用顆粒粒度分布寬度Span和范圍Width，相對均齊度指數（Iθ）和縱橫比（AR）表征，它們表示顆粒粒徑和形態(tài)的均勻程度，影響顆粒的潤滑性及所制成制劑的劑量。流動性以豪斯納比（IH）、休止角（α）和顆粒流動時間（t″）表征。可壓性以顆粒間孔隙率（Ie）、卡爾指數（IC）、比表面積（SSA）、孔體積（PV）和孔徑分布（P50）4個指標表征。穩(wěn)定性以干燥失重（%HR）和吸濕性（%H）表征，它們影響顆粒的潤滑性能和所制成制劑的穩(wěn)定性。

由Da，Dc，Span，Width，Iθ，AR，IH，α，t″，Ie，IC，SSA，PV，P50，%HR和%H共16個物理質量指標構成顆粒物理指紋譜的二級指標。將上述16個二級物理質量指標實際測定值轉化至0～10，其中均一性和可壓性的部分指標轉化方法見表2，數值范圍由歷史數據和經驗確定，其他指標轉換方法參考文獻[10]。

分別測定29批銀杏葉顆粒的16個物理指標值，將各二級指標統(tǒng)一轉化后用線段值連接起來形成不規(guī)則十六邊形，以雷達圖的方式定量直觀呈現顆粒物理指紋譜，見圖1。顆粒物理指紋譜的陰影區(qū)域面積越大表明該批顆粒越適合被壓縮為片劑。以第7批顆粒為例，基于各二級物理質量指標的半徑值，可求算一級物理質量指標的平均半徑值，見表3。第7批顆粒具有良好的均一性和穩(wěn)定性，以及合適可壓性（屬性均值>5）；具有較差的堆積性（屬性均值<5）；流動性屬性均值雖大于5，但顆粒的休止角和流動時間均較小，在壓片前需要外加潤滑劑。

基于顆粒物理指紋譜，運用夾角余弦方法比較不同批次顆粒物理質量指標與第7批顆粒性質的相似度。相似度值越接近1表示顆粒的粉體學性質越相近。本研究制備的29批顆粒物理指紋譜相似度在862%～998%。各批次顆粒粉體學性質存在差異，如第7，8批的相似度達到997%，與第1批

相似度為958%，與第27批相似度僅866%。

42主成分分析主成分分析（PCA）將眾多具有相關性的變量重新組合成一組新的互相無關的潛變量，同時盡可能多地反映原變量所包含的信息。采

用Matlab（version 2009a，美國Math Works公司）軟件對29批顆粒的粉體學性質標準化后進行主成分分析，提取第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2），其方差貢獻率分別為654%，128%。29批顆粒樣本得分圖見圖3，載荷圖見圖4。由PC1載荷圖可知，顆粒粒徑、密度等尺寸參數對PC1貢獻較大。

由主成分圖可看出，沿PC1的方向，不同批次顆?？纱笾路譃?類，一類顆粒其D50分布在1708～3899 μm，另一類顆粒其D50分布在4445～1 115 μm。由PC2載荷圖可知，粒度分布寬度Span和

A第一主成分分析；B第二主成分分析。

43顆?？蓧嚎s性分析基于物理指紋譜16個二級物理質量指標的半徑值，可求算參數指數（index of parameter，IP）、參數輪廓指數（index of parametric profile，IPP）和良好可壓性指數（index of good compression，IGC）等指標判斷顆粒是否適合壓片并推測其片劑成型性。參數指數的計算公式如下。

物理指紋譜的指標數越多，由其構成的正多邊形面積越大，則可靠性因子越大，本研究共采用16個物理質量指標，f=0974。

根據顆粒的二級指標半徑值計算可壓性評價參數。若IP>05，IPP和IGC均≥5表明顆粒具有較好的壓縮性，并可以用于直壓。各批次間顆粒存在可壓縮性差異，其參數指數分布在0375～075，參數輪廓指數和良好可壓性指數分別在455～611，443～595。以第7，27批顆粒為例，第7批顆粒的IP=075，IPP=587，IGC=572，顆?？蓧盒栽u價參數均在可接受范圍內，而第27批顆粒IP=0375，IPP=455，IGC=443，各指數均小于5，該批顆粒存在均一性、流動性和可壓性方面的缺陷，無法滿足直壓的要求?？蓧盒栽u價參數結合主成分分析綜合分析結果可知，隨著顆粒粒度增加其IPP和IGC參數減小，提示粒度對壓片過程有影響，為制備符合要求的銀杏葉片，避免返工，需要對顆粒粒徑加以控制。

5結論

本研究采用物理指紋譜綜合表征銀杏葉顆粒的粉體學性質，幫助理解物理質量屬性對制劑成型性的影響，并提供了顆粒質量評價的新手段。由16個物理指標構成的中藥顆粒物理指紋譜，首先可用以評價制劑處方和制粒工藝一致性；其次可輔助判斷顆?？蓧盒?。在可壓性無法滿足壓片要求時，可進一步分析顆粒在哪些性質方面存在缺陷，如尺寸、流動性等是否符合要求；制劑處方中外加輔料是否可校正顆粒缺陷性質等。

對不同批次物理指紋譜的主成分分析，從不同批次銀杏葉顆粒物理指紋譜中提取出2個主成分：第一主成分代表綜合參數，第二主成分代表形態(tài)參數。結合主成分載荷圖和各批次顆?？蓧盒栽u價參數，初步確認以粒度為代表的顆粒尺寸參數與顆粒壓縮性能關聯度較強。質量源于設計強調對原料、工藝和產品質量的詳細研究和理解，本研究所建顆粒物理指紋譜是理解銀杏葉片制粒工藝的基礎，粉體學性質綜合評價體系的建立也為其他中藥固體制劑開發(fā)和工藝優(yōu)化控制提供了新思路。

[參考文獻]

[1]International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use （ICH） Pharmaceutical development Q8（R2） [EB/OL] [20161228] http：//wwwichorg/fileadmin/Public_Web_Site/ICH_Products/Guidelines/Quality/Q8_R1/Step4/Q8_R2_Guidelinepdf

[2]Badawy S I F， Narang A S， Lamarche K R， et alIntegrated application of qualitybydesign principles to drug product development： a case study of brivanibalaninatefilmcoated tablets [J] J Pharm Sci， 2016， 105（1）： 168

[3]Chavez P F， Lebrun P， Sacré P Y， et alOptimization of a pharmaceutical tablet formulation based on a design space approach and using vibrational spectroscopy as PAT tool [J] Int J Pharm， 2015， 486（1）： 13

[4]Haas J， Franklin A， Houser M， et al Implementation of QbD for the development of a vaccine candidate [J] Vaccine， 2014， 32（24）： 2927

[5]Raw A S， Lionberger R， Yu L X Pharmaceutical equivalence by design for generic drugs： modifiedrelease products [J] Pharm Res， 2011， 28（7）： 1445

[6]徐冰，史新元，吳志生， 等論中藥質量源于設計[J]中國中藥雜志， 2017， 42（6）：1015

[7]丁冬梅， 張振海， 蔣艷榮， 等 丹參酮ⅡA噴霧干燥粉體藥劑學性質的研究[J] 中草藥， 2014， 45（10）： 1398

[8]張定堃， 林俊芝， 秦春鳳， 等 微粉化對穿心蓮內酯粉體學性質和溶出度的影響[J] 中國醫(yī)藥工業(yè)雜志， 2014， 45（4）： 325

[9]梁生林， 褚洪標， 張燕軍， 等 厚樸超微粉體和普通粉體的粉體學性質及藥效比較[J] 中成藥， 2015， 37（11）： 2459

[10]張毅， 徐冰， 孫飛， 等 中藥提取物粉末物理指紋譜研究及應用[J] 中國中藥雜志， 2016， 41（12）： 2221

[11]崔向龍， 徐冰， 孫飛， 等質量源于設計在銀杏葉片制粒工藝中的應用（Ⅲ）：基于設計空間的過程控制策略[J] 中國中藥雜志，2017，42（6）：1048

[12]中國藥典 四部[S] 2015： 378[責任編輯孔晶晶]