CN112461784A - 一种基于近红外光谱的药物共晶检测方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于近红外光谱的药物共晶检测方法及其应用，属于检测分析和药物质量控制技术领域。所述检测方法包括采集硝苯地平共晶的近红外光谱，对近红外光谱进行处理并构建定量模型。本发明构建了硝苯地平共晶药物，并通过近红外光谱技术对其纯度和含量进行测定，结果表明本发明成功构建了针对上述硝苯地平共晶药物的检测方法，从而为其质量控制奠定基础，因此具有良好的实际应用之价值。

Description

一种基于近红外光谱的药物共晶检测方法及其应用

技术领域

本发明属于检测分析和药物质量控制技术领域，具体涉及一种基于近红外光谱的药物共晶检测方法及其应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近红外光谱技术(Near infrared spectroscopy,NIRS)的光谱范围为10000-4000cm^-1，是人类历史上发现最早的非可见光区域。NIRS的光谱模式包括透射和漫反射等，透射式主要是用于液体样品的测量，漫反射式主要用于固体等样品的测量；物质在近红外区域的吸收主要是分子的振动和转动产生能级跃迁，主要包括以下基团基频振动的合频和倍频振动吸收C-H,N-H,O-H,S-H,C＝O,C＝C。NIRS技术实现对物质的定性和定量分析是将近红外光谱与化学计量学方法相结合，运用计算机软件辅助完成物质的定性或定量分析。

硝苯地平(nifedipine，NFD)化学名为1,4-二氢-2,6-二甲基-4-(2-硝基苯基)-3,5-吡啶二羧酸二甲酯(1,4-dihydro-2,6-dimethyl-4-(2-nitrophenyl)-3,5–pyridinedicarboxylic acid dimethyl ester)，分子量为346.34，淡黄色的结晶性粉末，具有极高的光敏性。是一种二氢吡啶类的钙离子阻滞剂抗高血压药物。其化学结构式如图1所示。

二氢吡啶类化合物在光照下很不稳定，分子结构中的二氢吡啶环容易在光照条件下被氧化为吡啶环，而生成杂质。杂质的生成不仅让硝苯地平分子失去生物活性，而且会产生毒副作用，伤害皮肤，如面部毛细管扩张，红斑出疹，疱状皮疹，红斑水肿等。因此，杂质含量成为原料药质量检查的重要指标之一，2020版药典规定杂质A含量不得超过表示量的1％，杂质B含量不得超过表示量的0.5％。传统的硝苯地平杂质测量方法为高效液相色谱法(highperformance liquid chromatography,HPLC)，虽然HPLC监测精度比较高，但对于样品量多、生产环节繁琐的实际情况来说会浪费大量时间，且监测结果具有一定的滞后性。随着连续化生产和智能制造理念的提出，新型的过程分析技术用来实现杂质含量监测成为实际面临的重要问题。

硝苯地平的光稳定机理如图2所示，二氢吡啶类药物的光分解反应主要是分子内氧化还原的过程，包含连续的三步反应：在光激发的条件下，形成双自由基中间体，并且，1,4-二氢吡啶环上的H₄原子转移至硝基的氧原子，从而形成一个两性离子中间体，然后再消除一个水分子形成芳香吡啶环，得到化合物B，化合物B进一步氧化设生成化合物A，如图3所示。

除通过监测手段控制硝苯地平杂质的含量外，还可以通过改变硝苯地平原料药的结构来降低光敏性。因此，一些研究人员提出了运用硝苯地平原料药和异烟酰胺形成共晶的方法。

共晶是由两种或多种不同的分子或离子化合物以一定的化学计量比组成的单一相结晶固体材料，既不是溶剂合物也不是盐。其中药物共晶是指API通过氢键、π-π堆积作用、范德华力和其他非共价键作用与生理上可接受的配体(cocrystal coformer,CCF)如酸、碱、盐、非离子化合物等，以固定化学计量比通过分子间的识别作用形成的超分子化合物，其中API和CCF在室温下均为固体。2016年美国食品药品监管局(FDA)颁布了一项指导原则，将药物共晶归为溶剂合物的范畴，这一指导原则为共晶药物的监管和审批上市提供了制度保障。

为解决硝苯地平的光敏性问题，Qihui Yu等人运用NFD和异烟酰胺(isonicotinamide,INA)合成了共晶，可以有效的提高NFD的光敏性，NFD和INA的氢键结合方式如图4。共晶的形成往往需要仪器手段进行表征，以确定是否形成共晶及形成共晶的量。传统的晶体的表征方法有X-射线衍射(x-ray diffraction,XRD)，差示扫描量热法(differential scanning calorimetry),热重分析(thermogravimetric analysis,TGA)，红外光谱(infrared spectroscopy,IR)，拉曼光谱(Raman)，动态蒸汽吸附法(dynamicvapor adsorption,DVS)等。但是上述方法普遍存在检测时间较长、检测准确性偏低等问题。

发明内容

针对上述现有技术，经长期的技术与实践探索，本发明提供了一种基于近红外光谱的药物共晶检测方法及其应用。本发明构建了硝苯地平·异烟酰胺(NFD·INA)共晶药物，并通过近红外光谱技术对其纯度和含量进行测定，结果表明本发明成功构建了针对上述硝苯地平共晶药物的检测方法，从而为其质量控制奠定基础，因此具有良好的实际应用之价值。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的第一个方面，提供一种基于近红外光谱的药物共晶检测方法，所述检测方法包括采集硝苯地平共晶的近红外光谱，对近红外光谱进行处理并构建定量模型。

本发明的第二个方面，提供上述基于近红外光谱的药物共晶检测方法在如下任意一种或多种中的应用：

1)硝苯地平共晶表征；

2)硝苯地平共晶的纯度检测；

3)硝苯地平共晶的含量检测；

4)硝苯地平的质量监控。

上述一个或多个技术方案的有益技术效果：

上述技术方案基于近红外光谱技术实现对硝苯地平共晶的快速无损表征及纯度和含量测定，通过优化预处理和建模方法，最终获得的模型具有良好准确性和稳定性，实现药物共晶的准确、快速表征，并且对样品不产生损害，无污染，缩短监测时间，节省人力财力物力。同时通过建立定量模型，实现药物共晶的纯度与含量检测。从而可用于对硝苯地平药物制剂的在线控制，对硝苯地平成品药物制剂的质量一致性控制具有重要意义，因此具有良好的实际应用之价值。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为硝苯地平结构式；

图2为硝苯地平光敏反应原理；

图3为硝苯地平杂质A和杂质B的结构式，其中左侧结构式为杂质A，右侧结构式为杂质B；

图4为NFD和INA形成共晶的氢键结合方式；

图5为本发明实施例1中NFD和NFD·INA纯组分的近红外光谱图；

图6为本发明实施例1中NFD、NFD·INA、INA纯组分的中红外原始光谱图；

图7为本发明实施例1中NFD、NFD·INA、INA纯组分的粉末XRD衍射结果图；其中，(a)为NFD和NFD·INA，(b)为INA；

图8为本发明实施例2中NFD·INA百分含量梯度变化的近红外光谱图；

图9为本发明实施例2中四种氢键随NFD·INA共晶含量变化的结果图；

图10为本发明实施例2中全波段最佳建模结果图；

图11为本发明实施例2中基于信号归属的波段选择方法的波段选择范围及建模结果图；其中，(a)为基于信号归属的波段选择方法选择的波段范围，(b)为基于信号归属的波段选择方法的最佳建模结果图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。

结合具体实例对本发明作进一步的说明，以下实例仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。如果实施例中未注明的实验具体条件，通常按照常规条件，或按照试剂公司所推荐的条件；下述实施例中所用的试剂、耗材等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如前所述，目前针对药物共晶表征方法虽然众多，但是普遍存在检测灵敏度低、检测方法繁琐、检测速度较慢等问题。

有鉴于此，本发明的一个典型具体实施方式中，提供一种基于近红外光谱的药物共晶检测方法，所述检测方法包括采集NFD·INA共晶的近红外光谱，对近红外光谱进行处理并构建定量模型。

本发明的又一具体实施方式中，所述NFD·INA共晶，其制备方法如下：将硝苯地平与异烟酰胺溶于有机溶剂中避光超声处理，过滤，滤液静置长晶即得。

本发明的又一具体实施方式中，所述有机溶剂可以是乙腈，有助于各原料的溶解和后续结晶。由于硝苯地平存在光敏性问题，因此在制备过程中需要时刻注意避光处理。

本发明的又一具体实施方式中，所述硝苯地平与异烟酰胺的质量比为3～5：1～3；优选为3.46：1.22。

本发明的又一具体实施方式中，所述硝苯地平与有机溶剂的质量体积比为3～5：80～120(g/ml)；优选为3.46：100(g/ml)。

本发明的又一具体实施方式中，超声处理时间为1～10小时，优选为2小时。

本发明的又一具体实施方式中，所述采集NFD·INA共晶的近红外光谱的具体条件为：光谱波长范围10000-4000cm^-1，分辨率为8cm^-1。

本发明的又一具体实施方式中，所述对近红外光谱进行处理的具体方法为：基于获得的多张近红外光谱求平均光谱，使用SPXY法对近红外光谱进行校正集和验证集的划分，然后进行预处理，基于偏最小二乘法(PLS)，建立PLS定量模型。

本发明的又一具体实施方式中，所述预处理方法包括标准化(Autoscaling)、均值中心化(Mean cetern)、SNV、MSC和SG(17,2,2)中任意一个及其组合。经试验验证，对于全波段建模而言，当采用标准化作为预处理方法时，构建的模型稳定性和预测能力最佳，因此优选使用标准化。

本发明的又一具体实施方式中，所建立模型可以为全谱段的PLS定量模型；或者，为进一步提高模型的准确性和稳定性，可基于波段选择建模，所述波段选择的方法包括CARS、UVE、VIP和基于信号归属的波段选择方法；其中，基于信号归属的波段选择方法具体为选取信号归属过程中共晶吸收的特征波段，所述特征波段为6850-6500cm^-1和5130-5060cm^-1；经试验验证，基于信号归属的波段选择方法选择的波段建模结果最佳。

本发明的又一具体实施方式中，提供上述基于近红外光谱的药物共晶检测方法在如下任意一种或多种中的应用：

1)硝苯地平共晶表征；

2)硝苯地平共晶的纯度检测；

3)硝苯地平共晶的含量检测；

4)硝苯地平的质量监控。

以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1：近红外光谱技术用于药物共晶表征的可行性研究

(1)硝苯地平药物共晶的制备：称取硝苯地平原料药3.46克，异烟酰胺1.22克，放在250ml烧杯中，加100ml乙腈，烧杯用锡纸包裹，用来遮光和防止溶剂挥发，超声2小时。静置降温至室温，过滤，滤液转移至烧杯中，室温放置，静置长晶，过程注意避光。继续静置至溶剂完全挥发，得到NFD·INA共晶。

(2)样品准备：将(1)制备的NFD·INA共晶轻轻压碎，过50目筛，备用。

(3)光谱采集：运用傅里叶变换近红外光谱仪AntarisⅡ采集样品的近红外光谱，光谱波长范围为10000-4000cm^-1，分辨率为8cm^-1，在室温下采集样品光谱，每个样品重复采集3次，采集NFD和NFD·INA纯组分光谱，共6张原始光谱。

(4)数据处理：对所获得的光谱求平均后进行SNV处理(图5)，去除噪音干扰，根据共晶形成过程中形成的氢键对近红外光谱的吸收峰进行信号归属，结果如表1所示，表明近红外光谱技术用于硝苯地平共晶表征。

表1.近红外光谱中特征吸收光谱的信号归属

(5)传统方法表征：采用红外光谱法(图6)和粉末XRD衍射法(图7)分别对NFD·INA共晶进行表征，从而验证近红外光谱技术表征的准确性。NFD、NFD·INA、INA纯组分的中红外原始光谱如图6所示，NFD的N-H不对称伸缩振动吸收在3323cm^-1附近，而NFD·INA的吸收在3414cm^-1和3269cm^-1，INA的中红外吸收对NFD、NFD·INA的特征吸收不产生影响。传统方法的表征证明了近红外光谱技术进行表征的准确性。

实施例2：近红外光谱分析技术用于药物共晶纯度及含量检测的可行性研究

(1)样品制备：按照表2精确称取硝苯地平原料药和NFD·INA共晶，放到50ml离心管中，室温混合均匀备用。

(2)光谱采集：运用傅里叶变换近红外光谱仪AntarisⅡ采集样品的近红外光谱，光谱波长范围为10000-4000cm^-1，分辨率为8cm^-1，在室温下采集样品光谱，每个样品重复采集3次，共45张原始光谱。

(3)光谱处理及建立定量模型：对原始光谱求平均光谱(图8)，使用SPXY法按照2：1的比例对原始光谱进行校正集和验证集的划分，然后通过进一步的预处理，选择最佳预处理方法，以提高模型的稳定性和预测能力，建立PLS定量模型，确定近红外光谱技术对硝苯地平共晶纯度及含量测定的可行性。

表2.定量分析样品NFD·INA的百分含量

对于全波段建模，不同的预处理方法模型结果见表3.可知，最佳预处理方法为Autoscaling。

表3.不同预处理方法的全波段建模结果

为进一步提高模型预测能力的准确性，进一步进行波段选择建模，不同波段选择方法的建模结果如表4。其中基于信号归属的波段选择方法(图11(a))是选取了信号归属过程中共晶吸收的特征波段，6850-6500cm^-1和5130-5060cm^-1，由建模结果(图11(b))可知，最佳波段选择方法为基于信号归属的波段选择方法选择的波段，该结果一方面表明共晶信号归属的正确性，另一方面也表明了近红外光谱技术在药物共晶纯度检测及含量检测方面研究的可行性。

通过公式1计算出表1中相应基团吸收峰强度随NFD·INA共晶的含量变化情况，结果如图9所示，游离N-H键的吸收强度随着NFD·INA共晶含量的升高而降低，其他三种氢键键合的化学键随着NFD·INA共晶含量的增加而增加，表明近红外光谱中进行归属的信号峰能够准确的对NFD·INA共晶进行表征。

表4.不同波段选择方法的建模结果

综上，本发明中通过对制备的NFD·INA共晶及NFD纯组分进行近红外光谱采集，并对原始光谱特征吸收峰进行信号归属，找到了NFD·INA共晶形成的特征吸收峰：氢键键合的N-H一级倍频吸收、氢键键合的O-H一级倍频吸收和合频吸收，实现药物共晶的快速表征，运用传统的粉末XRD衍射和红外光谱法验证了近红外表征的准确性。通过制备梯度含量的NFD·INA共晶，运用PLS方法建立定量模型，一方面实现了共晶纯度和含量的测定，另一方面最佳建模方法为基于信号归属的波段选择方法选择的波段也论证了近红外光谱技术用于NFD·INA共晶表征的准确性。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于近红外光谱的药物共晶检测方法，其特征在于，所述检测方法包括采集硝苯地平共晶的近红外光谱，对近红外光谱进行处理并构建定量模型。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述硝苯地平共晶，其制备方法如下：将硝苯地平与异烟酰胺溶于有机溶剂中避光超声处理，过滤，滤液静置长晶即得。

3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述有机溶剂是乙腈。

4.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述硝苯地平与异烟酰胺的质量比为3～5：1～3；优选为3.46：1.22。

5.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述硝苯地平与有机溶剂的质量体积比为3～5：80～120(g/ml)；优选为3.46：100；

超声处理时间为1～10小时，优选为2小时。

6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述采集硝苯地平共晶的近红外光谱的具体条件为：光谱波长范围10000-4000cm^-1，分辨率为8cm^-1。

7.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述对近红外光谱进行处理的具体方法为：基于获得的多张近红外光谱求平均光谱，使用SPXY法对近红外光谱进行校正集和验证集的划分，然后进行预处理，基于偏最小二乘法，建立PLS定量模型。

8.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述预处理方法包括标准化、均值中心化、SNV、MSC和SG(17,2,2)中任意一个及其组合；优选为标准化。

9.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所建立模型可以为全谱段的PLS定量模型；

或，基于波段选择建模，所述波段选择的方法包括CARS、UVE、VIP和基于信号归属的波段选择方法；优选为基于信号归属的波段选择方法选择的波段建模；更优选的，基于信号归属的波段选择方法具体为选取信号归属过程中硝苯地平共晶吸收的特征波段。

10.权利要求1-9任一项所述基于近红外光谱的药物共晶检测方法在如下任意一种或多种中的应用：

1)硝苯地平共晶表征；

2)硝苯地平共晶的纯度检测；

3)硝苯地平共晶的含量检测；

4)硝苯地平的质量监控。

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