JP2009536317A - ラマン分析 - Google Patents
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Abstract
【課題】錠剤のような投薬用医薬品製剤を分析するに際して、分析を実行するために検出され分析されるラマン放射線が、単なる表面領域以上のものを表わすことができる方法および装置を提供する。
【解決手段】混濁または散乱サンプルの特性は、ラマン分光法を使用して、プローブ光をサンプルに送り込み、かつその後、透過ジオメトリを用いてサンプルから捕集することにより、決定される。該技術は、錠剤のような医薬品、ラテラルフロー診断ストリップのような診断検査などに適用することができる。
【選択図】なし
【解決手段】混濁または散乱サンプルの特性は、ラマン分光法を使用して、プローブ光をサンプルに送り込み、かつその後、透過ジオメトリを用いてサンプルから捕集することにより、決定される。該技術は、錠剤のような医薬品、ラテラルフロー診断ストリップのような診断検査などに適用することができる。
【選択図】なし
Description
本発明は、ラマン分光法を用いて混濁サンプルまたは散乱サンプルの特性を決定するための方法および装置に関し、特に、医薬品の臨床送達に使用される、錠剤、カプセル剤、ジェルカプセル剤、および皮膚用パッチ剤のような投薬用製剤の１つまたはそれ以上のバルク特性を決定することに関するが、それに限らない。
本発明はまた、分析物の存在が膜によって担持されるアッセイの検出可能なラマン分光特性によって表現される、ラテラルフロー診断検査のような診断検査にも適用することができる。
米国特許第6,919,556号は、錠剤および他の投薬用製剤が生産されるときのそれらの特性を医薬品の製造者が監視する必要性を論じている。従来、これは、製品バッチからのサンプルを製造後検査のためにラボラトリに送ることによって達成されてきた。米国特許第6,919,556号は、生産ライン自体における医薬錠剤のラマン分光分析の使用を論じている。レーザビームがラマンプローブに差し向けられ、その前に錠剤が配置される。照射光子の小さい割合が、照射された錠剤の表面領域で非弾性的にラマン散乱する。後方散乱ラマン光子はプローブによって捕集され、分析のために分光器に差し向けられる。
米国特許第6,919,556号
医薬錠剤を分析するために使用することのできる別のラマンプローブが、米国特許第6897951号に論じられている。
米国特許第6897951号
この先行技術で使用された技術は、後方散乱ラマン放射線がレーザビームの入射点の周りの小さい領域から発生するので、錠剤の非常に限定された部分だけの分析をもたらす。たとえWO2005/060622に記載されているような広域プローブを使用し、ラマン放射線のほぼ全部が錠剤の薄い表面層から発生する場合でも、同じである。したがって、錠剤の内部または他の表面の物質の特性は検出されない。
WO2005/060622
WO97/22872では、錠剤の連続的に変化する表面領域が円錐状のアパーチャを通して入射レーザビームに露光され、該アパーチャを通して散乱ラマン光子も検出される。表面領域は、円錐状のアパーチャの頂点の背後で錠剤を回転させ、かつ回転の中心から円錐頂点までの距離を変動させることによって、連続的に変化する。しかし、ラマン信号は依然として、錠剤の照射表面の方向に大きくバイアスする。
WO97/22872
錠剤に存在する固体状態の形態を評価するためのラマン分光法の使用が、Taylor,LおよびF Langkilde、Journal of Pharmaceutical Sciences、Vol.89、No.10、October 2000に論じられている。関心特性は塩の形成、溶媒和物の形成、同質異像、および結晶化度を含む。
Taylor,LおよびF Langkilde、Journal of Pharmaceutical Sciences、Vol.89、No.10、October 2000
Taylor,LおよびF Langkilde、Journal of Pharmaceutical Sciences、Vol.89、No.10、October 2000
錠剤のような投薬用医薬品製剤を分析するに際して、分析を実行するために検出され分析されるラマン放射線が、単なる表面領域以上のものを表わすことができる方法および装置を提供することが望ましい。
また、そのような方法および装置を投薬用医薬品製剤の製造および検査に適用することができることも望ましい。
また、他のタイプの混濁媒質を、特に製造中または製造後の検査で、しかしそれに限らず、分析するための同様の方法および装置を提供することも望ましい。
また、ラテラルフロー検査ストリップのような診断検査器具で分析物を検出する改善された方法を提供し、かつ検出を実行するために対応する検査器具および装置を提供することも望ましい。
本発明は、これらの目的および関連先行技術の問題に対処しようとするものである。
本発明は、入射放射線をサンプルの第１の表面、表面領域、エリア、または部分に差し向け、サンプルの第２の表面、表面領域、エリア、または部分から前方散乱放射線を捕集し、捕集された放射線のうち、前記サンプル内の前記入射放射線のラマン散乱から生じるラマン放射線を検出することによって、サンプル、特にバルクもしくは内部を、またはサンプルの、特に拡散散乱サンプルまたは混濁サンプルの、内側部分をプローブする方法を提供する。これは、これらのステップを各物体に実行し、各物体について、検出されたラマン放射線を分析して各物体の１つまたはそれ以上の特性を決定することによって、複数の類似個別物体の大量生産に適用することができる。該方法はまた、本発明の実施形態で骨、軟骨、骨髄、脳、神経、脂質、皮膚中の血液、および歯のような種々の異なる生体組織をサンプルにすることによって、そのような組織を好ましくは非侵襲的に分析するために使用することができる。有利なことに、前方散乱ラマン放射線は、第１および第２の表面領域間の全散乱深さからの情報を含む。対照的に、後方散乱ジオメトリだけを使用すると、被照射面の下の浅い深さから情報がもたらされる。該方法は特に拡散散乱固体サンプルに適用される。
本発明の特定の態様は、前記薬剤の第１表面領域を入射放射線に露光するステップ、および前記第１表面領域から離隔した、前記製剤の第２表面領域からのラマン散乱放射線を受光し検出するステップを含む、錠剤、カプセル剤、またはジェルカプセル剤のような投薬用医薬品製剤の１つまたはそれ以上の特性を決定する方法を提供する。そうすると、前記検出されたラマン散乱放射線を用いて、前記特性の１つまたはそれ以上を決定することができる。
この方法を用いると、分析されたラマン信号は、投薬用製剤の表面をより小さく表わし、製剤の内容全体をより大きく表わすようになり、したがって製剤を投与された被験者が例えば消化後に暴露される物質をより大きく表わすようになる。特に、被照射面から離れた不純物の領域を検出することができる。このようにして検出される特性は、特に活性医薬物質の様々な同質異像、水和物形態、溶媒和物、および塩形態の存在を含む。他の特性は、残存化学試薬および他の不純物の存在を含む。
分析は、理想的または予め定められたテンプレートに対する測定ラマン信号の近接性、可能性のある不純物の既知のスペクトルを使用した検出ラマンスペクトルの分析的分解、またはスペクトル線およびピークのスペクトルシフトおよび幅のような特徴を分析することに基づく。
医薬品が外装体内に収容されたカプセル剤の場合、該方法は、検出ラマン放射線への外装体による相対的寄与率を低減するために使用することができる。しかし、投薬用医薬品製剤は、錠剤、コーティング錠剤、カプセル剤、ジェルキャップ、または皮膚用パッチ剤の薬剤担持成分などのような、適切な散乱特性を持つ任意の適切なビヒクルとすることができる。該方法はまた、錠剤またはブリスタパック内のカプセル剤のような、エンベロープまたはパッケージ内に収容された投薬用製剤を分析するためにも使用することができる。
本発明の方法は、例えば大量生産ラインまたは検査設備で、該方法を投薬用製剤の各々に適用することによって、複数の投薬用医薬品製剤を検査するために使用することができる。
ラマン放射線が前記第２表面領域から捕集されるときに、それは第１表面領域から投薬用製剤を通して散乱されているので、第１および第２表面領域は相互に透過または前方散乱ジオメトリを画定する。一般的に、第２表面領域は、投薬用製剤の前記第１表面領域の反対側とすることができるが、より一般的には、検出されるラマン放射線が投薬用製剤の表面ゾーンのみにとどまらずそれ以上の部分から発生するように、前方散乱ラマン放射線が前記第２表面領域まで透過されて受光され検出されるように、第１表面領域から離隔させることができる。
前方散乱ラマン放射線の検出および分析に加えて、該方法は、後方散乱放射線を捕集し、前記後方散乱放射線中のラマン放射線を検出し、かつ製剤の１つまたはそれ以上の特性を決定するのに検出結果を使用することも含むことができる。
一般的に、投薬用製剤はキャリアに保持または支持される。このキャリアは、前記投薬用製剤に対面する１つまたはそれ以上の内面を有することができ、検出されるラマン放射線の量を増加させ、かつ該方法の感度を改善するために、これらの表面の少なくとも一部は、放射線が反射して製剤内に戻るように鏡面化することができる。特に、適切に鏡面化された包囲体は、検出されたラマン放射線が製剤全体の特性を反映する程度を改善する効果を持つことができる。
キャリアは、前記投薬用製剤の第１表面がそれを通して前記入射放射線に露光される第１アパーチャと、ラマン放射線がそれを通して前記投薬用製剤の第２表面から受光される第２アパーチャとを含むことができる。
一般的に、入射放射線は１つまたはそれ以上のレーザを使用して生成される。
検出されたラマン光から得られる線強度、幅、または全スペクトルのようなスペクトル情報は、種々のやり方で、さらなる分析のために、例えばテンプレートもしくは「理想的」スペクトル情報と比較することにより、２つ以上の既知もしくは予想されるスペクトルデータ群もしくはスペクトルに分解することにより、または周波数もしくは幅の線シフトを測定することにより、使用される。
本発明はまた、本発明の方法を実施するための装置、例えば、投薬用製剤を保持するためのキャリアと、前記製剤の第１表面領域に入射放射線を差し向けるように構成された照射光学系と、前記第１表面領域から離隔した、前記製剤の第２表面領域からの透過ラマン放射線を受光しかつ検出するように構成された受光光学系とを含む、投薬用医薬品製剤を分析するための装置をも提供する。
照射光学系は、第１表面領域に当接するかそれに向けられたレーザ源のように単純にするか、またはより高度の構成を使用することができる。一般的に受光光学系は、捕集光学系と、前記ラマン放射線の１つまたはそれ以上の要素、波長、または他の特徴を検出または分離するように構成された分光計、フィルタ、または他のスペクトル選択装置とを含む。例えばフーリエ変換分光分析構成、または１つまたはそれ以上の適切な光検出器付きの１つまたはそれ以上の適切なスペクトルフィルタを使用することができる。
一般的に装置は、コンピュータ、専用電子機器、または両方の何らかの混合物として実現され、かつ前記検出ラマン放射線から投薬用製剤の１つまたはそれ以上の特性を導出するように構成された、分析器をも含む。一般的に装置は、入射またはプローブ放射線を発生するためのレーザ源をも含む。
本発明の装置は、投薬用医薬品製剤、生体組織の検査のため、および他の用途に使用することができる。１つのそのような他の用途として、身分証明カードまたはパスポートのような物体に埋め込まれたタグまたは化学マーカをプローブするような、セキュリティ目的がある。
本発明はまた、ラテラルフロー検査ストリップのような診断検査器具またはアセンブリを用いて分析物を検出するための方法をも提供する。そのような検査器具は、分析物を含有する液体サンプルを受容するための膜と、分析物が存在するときに１つまたはそれ以上のラマンスペクトル特徴を発現するように選択された試薬とを含み、プローブ光を膜の第１表面に差し向けることができるように、かつ前記ラマンスペクトル特徴の検出のために、膜内で散乱した光を膜の反対側の第２表面から捕集することができるように適応される。
以下に、本発明について、単なる実施例として添付図面に関連して説明する。
ここで図１を参照すると、錠剤の上面１１および下面１３の各々の少なくとも一部分が露光されるようにキャリア１２に保持された、錠剤１０の形の投薬用医薬品製剤が示されている。キャリアは、例えば生産ラインまたは製造後検査設備の一部として設けることができる。レーザ１４によって生成される光は、キャリアの上の照射光学系１６に差し向けられ、それは錠剤の上面をレーザ光に露光させる。受光光学系１８は、錠剤の下面から外に散乱する光を受光するように構成され、キャリアの下に配置される。この光は分光検出器２０に差し向けられ、分光検出器２０の結果はコンピュータ実現分析器２２に受け渡される。
入射レーザ光の適切な波長は、スペクトルの近赤外部付近であり、例えば、「実験例」の部（そこに照射、受光、および検出光学系の適切な光学的構成のさらなる詳細を示す）で下述する実施例で使用されるように、約８８ｍＷのレーザ出力で８２７ｎｍである。しかし、いずれかの他の適切な波長を使用することができる。
入射レーザ光の光子の一部は、錠剤内でラマン散乱を受ける。特定の波長を有するラマン光子の発生は錠剤の化学構造に依存するので、散乱ラマン光子を分析することによって、同質異像タイプ、水和度、ならびに不純物および望ましくない塩形態や溶媒和物形態の存在のような錠剤の化学特性を演繹することができる。コンピュータ分析器２２はこのように検出器２０の分光結果を使用して、錠剤の１つまたはそれ以上の特性を演繹する。これらの特性は、例えば、過剰レベルの特定の同質異像または不純物のため、錠剤を拒絶するために使用することができる。
本発明を使用して決定することのできる複数の様々な特性は、Taylor,LおよびF Langkilde、Journal of Pharmaceutical Sciences、Vol.89、No.10、October 2000、pp1342〜1353、およびそこに引用された参考文献のような関連先行技術に論じられている。
ラマン光子の大部分は、照射光学系の方向に後方散乱する。後方散乱するラマン光子はほとんど全部が、錠剤の照射される上面近くから発生したものであるので、その表面領域の特性しか演繹することができない。ラマン光子はまた前方にも散乱し、錠剤の下面から出現する。前方散乱ラマン光子の数は、後方散乱光子の数と比較して小さいが、これらの前方散乱光子は、錠剤全体の比較的均等な深さ範囲から発生するので、錠剤全体のバルク特性を演繹することを可能にする。分光検出器は、従来の分光器、フーリエ変換分光器、または１つまたはそれ以上の光検出器と連動する１つまたはそれ以上のフィルタのような、種々の公知の形を取ることができる。
図２に、キャリアの代替的構造を示す。この実施例では、錠剤１０と当接するキャリアの表面は、そうしなければキャリアに吸収されてしまう光子を反射して錠剤内に戻すために、完全にまたは部分的に鏡面化される。錠剤内の光子の密度はそれによって増大し、受光光学系１８によって捕集されるラマン光子の強度も増大する。キャリアが錠剤を包囲する程度は様々であり、例えば錠剤の照射のため、および前方散乱ラマン光子を受光するために、小さいアパーチャのみを設ける。図２のキャリア３０は上部３２および下部３４に分割され、錠剤は両部の間に受容されるが、他のジオメトリを使用することもできる。この鏡面化は、本発明の他の実施形態でも使用することができる。
図３は、照射光学系４０が後方散乱ラマン光子を捕集するために受光光学系をも含む構成を示す。これらは、検出およびその後の分析のために、別個の分光検出器４２に、または代替的に、前方散乱光子を検出するために使用される検出器２０に受け渡される。このようにして、前方散乱光子および後方散乱光子を同時に、または異なる時間に検出し分析することができ、本発明の他の実施形態ではこれらの種々の代替例を使用することができる。
図１ないし３に示した実施形態では、錠剤は断面が略矩形であり、おそらく直径１０ｍｍおよび深さ４ｍｍであり、かつ上から見たとき円形である。図４では、錠剤は球形であり、したがって適切に適応されたキャリア５０に収容される。図４はまた、透過ジオメトリを使用して錠剤のバルク特性を導出するために、照射および受光光学系を錠剤の真正面に対向して配置する必要はないことをも示すが、これは錠剤バルクの均等分布サンプリングのためには、しばしば好適な構成ではある。図４の構成では、照射光学系は下向きであり、受光光学系は、キャリアの底部ではなく、側部にあるアパーチャから、照射の方向に対して直角に出射する光を捕集する。しかし、一般的に、照射光学系によって照射された錠剤の表面は、受光光学系によって受光される散乱光が出射する表面から少なくとも分離または離隔すべきである。
本発明の一般的方法は、表面の組成に対する感度が低下するので、パッケージのようなエンベロープ内にあるときの錠剤または他の投薬用製剤、例えば流通または販売のためにブリスタパックにすでに包装された錠剤のような、混濁媒質の特性を決定するために使用することができる。これを図５に示す。ここで、ブリスタパック５５内の錠剤１０が、錠剤の幅を挟んで横方向に配置された照射および受光光学系１６、１８を用いてプローブされる。この構成は、ブリスタパックの上膜５７が金属または金属箔であるかそれを含むか、または他の層が照射光子を充分に透過しない従来の場合には、有用である。この構成を図１の構成と比較すると、ブリスタパック５５はキャリア１２としての役割を果たしている。ブリスタパックの下膜５７は、当該技術が機能するのに充分なだけ光を通すことができるように、好ましくは半透明または透明であり、例えば部分的にまたは全体的に半透明な白色プラスチックから形成される。上下の膜５６、５７が両方とも充分な光を通すことができる場合、図１により近い光学系の構成を使用することができる。
本発明の実施形態は、非侵襲的に錠剤だけなく、カプセル剤のような他の形態の投薬用製剤をも、キャリア、照射光学系、および受光光学系の適切な構成によって分析するために使用することができる。該方法は、従来のラマン後方散乱法で観察される、カプセルシェルから発生する干渉表面ラマンおよび蛍光信号を抑制し、カプセル剤内に含まれる活性医薬成分のラマンスペクトルを明らかにすることを可能にする。同じ原理は他の混濁散乱媒質にも適用されるので、本発明は、生体組織を非侵襲的に綿密にプローブするような、他の分野にも容易に適用することができる。例えば、骨、軟骨、骨髄、脳、神経、脂質、皮膚中の血液、および歯を綿密にプローブすることができる。生体組織のそのような分析は例えば、疾病のような生理的状態を検出するために使用することができる。他の実施例として、ヒスイおよび真珠のような宝石類の特徴付け、またはトウモロコシおよび他の穀粒および種子の品質管理および高スループットスクリーニングにおけるそれらの油分およびオレイン酸濃度についての特徴付けが挙げられる。
モンテカルロモデルを使用して、図１ないし４の医薬錠剤１０のような混濁媒質内で散乱する照射およびラマン光子の輸送をシミュレートした。該モデルを使用して、後方散乱および前方散乱ラマン光子の相対強度を、混濁媒質内のそれらの深さの関数として算出した。簡単に言うと、弾性的（照射）および非弾性的（ラマン）散乱光子の両方を、それらが３次元空間でランダムウォーク状に媒質中を伝搬するときに、個別に追跡した。各ステップで光子が距離ｔを一直線に伝搬し、その後、次の散乱事象でその方向が完全にランダム化されるものと単純に想定した。この図式は個別散乱事象の観点からは単純化しすぎるが、混濁媒質中を伝搬する光子は一般的に、それらの原伝搬方向が完全に混乱した状態になるまでに、複数の散乱事象（例えば１０〜２０回）を受けなければならない。これは、個別散乱事象が往々にして前方方向に強くバイアスするという事実によるものである。しかし、ここでの関心対象である錠剤のバルク分析に関する場合のように、伝搬距離が大きい場合、個々の複数の散乱事象は、「ランダム化長さ（randomisation length）」ｔにわたって発生する単一複合事象に近似させることができることが示されている（Matousek P.ら、Applied Spectroscopy 59、p1485、2005）。この単純化された想定は、控えめな計算費用で大きい伝搬距離の分析を可能にする。
光子の方向がランダム化される伝搬距離ｔは、散乱媒質の輸送長（ｌｔ）におおまかに近似させることができ（Brenan C.およびHunter I.、Journal of Raman Spectroscopy 27、p561、1996）、散乱媒質の輸送長は、光子がそれらの原伝搬方向から著しく逸れるまでサンプル内で移動しなければならない平均距離と同様に定義される。輸送長は一般的に、媒質中の光子の平均自由散乱長（ｌｓ）より１桁長い。正確な関係は、ｌｓ＝（１−ｇ）ｌｔであり、ここでｇは、個別散乱事象の異方性である。本モデルでは、媒質を伝搬する光の波長が散乱長１ｓより実質的に短いことも想定した。
モデル化したサンプル６０を図６に示す。サンプルはｘおよびｙ方向に無限に延び、空気‐媒質界面が頂面６２ｚ＝０および底面６４ｚ＝ｄ３に位置するとみなした。ここでｚは、界面平面に垂直なデカルト座標である。サンプルは、異種不純物を表わす異なるラマンシグネチャを有する中間層６６を除き、均質な混濁媒質としてモデル化した。中間層は厚さｄ２を有し、頂面は深さｄ１に位置する。モデル化されたサンプルの全厚さはｄ３であった（ｄ３＞＝ｄ１＋ｄ２）。すなわち、バルクサンプル媒質は、ｄ１＞ｚ１＞０かつｄ３＞ｚ１＞（ｄ１＋ｄ２）となるように深さｚ１に位置し、異なるラマンシグネチャの中間層は、ｄ１＋ｄ２＜ｚ２＜ｄ１となるように深さｚ２に位置する。本書に報告するシミュレーションでは、パラメータｄ２およびｄ３をそれぞれ０．５ｍｍおよび４ｍｍに固定し、サンプル６０のバルク内の中間層６６の様々な深さを表わすために、ｄ１を０から３．５ｍｍまで変化させた。
モデルは、全ての照射光子が最初に輸送長ｌｔに等しい深さに位置し、かつ座標系ｘ，ｙの原点の周りに対称的に分布すると想定した。入射光のビーム半径ｒは３ｍｍであり、ビームには均一な「トップハット」型強度プロファイルを与え、全ての光子がサンプルの断面内の任意の点に送り込まれる均等な確率を有するようにした。モデルでは、ラマン光を最初にサンプル頂面６２で入射光の照射領域から捕集し、かつ別個に、サンプルの反対側６４で、頂部の捕集／レーザ照射領域の投影軸を中心に対称的に捕集した。
レーザビーム光子は、個別の各光子をステップｔだけランダム方向に移動させることによって媒質中を伝搬した。各ステップで、光子がラマン光子に変換される所与の確率が存在した。光子の吸収は、このシミュレーションではわずかであると想定した。このパラメータは、レーザビーム光子からラマン光への変換の光学密度として表わされる。すなわち、例えば１ｍｍ当たり１または２の光学密度（ＯＤ）はそれぞれ、１ｍｍの全伝搬距離を通過する照射光子の数が、ラマン光子への変換により、１０分の１または１００分の１に減少することに相当する。照射光子からラマン光子への変換を説明する光学密度を、１ｍｍ当たり０．０１に設定した。この値は実際の変換のそれより高いが、それはラマン光子の絶対数に影響するだけであり、実験レジームにおける関心事の空間依存性には影響しない。照射光子がラマン光子に変換されるときに、これが発生する層を識別し、記録する。ラマン光子は照射光子と同様の仕方で伝搬する。サンプル‐空気界面６２、６４でサンプルから出射するレーザ光子は全てサンプルには戻らず、マイグレーションプロセスから事実上喪失するので、これらの界面に光子エスケープの有力なメカニズムが存在する。頂部または底部界面でレーザビームの軸を中心とする半径３ｍｍの捕集アパーチャ内から出射するラマン光子は、別個に検出ラマン光子として計数される。サンプルから出射する光子は、その後の計算から除去される。
該モデルを実施するための数値コードを、Mathematica5.0（Wolfram Research）で作成した。１００，０００個のシミュレーション光子は、吸収が無い状態でラマン分光法で観察される典型的なマイグレーション時間と一致する、４０ｍｍの総距離を各々伝搬した。使用したステップサイズはｔ＝０．２ｍｍであった（すなわち２００ステップを使用した）。これは、それぞれ０．９および０．９５の異方性のために、直径１０および２０μｍの粒子サイズを有する粉末から作られたサンプルに対応する。これらの時間後に、光子の大部分がサンプル‐表面界面から喪失したことが確認された。このプロセスを５０回繰り返した。したがって、伝搬した光子の総数は１０6であり、検討した総ステップ数は約１０9であった。これらの繰返し実験で検出されたラマン光子を全て合計した。
中間層６６で発生し、上面６２で後方散乱光子として捕集され、かつ下面６４で透過光子として捕集されたラマン光子の数を図７に示す。グラフは、ｄ１＝０ｍｍである頂面からｄ１＝３．５ｍｍである底面までの範囲の中間層６６の８つの異なる深さｄ１に対する後方散乱光子および透過光子の数を示す。
図７から、直径が６ｍｍもの大きさのアパーチャからでさえ、後方散乱ジオメトリにおけるラマン光子の捕集は、サンプルの表面層の方向に極めて強くバイアスすることが明瞭である。厚さ０．５ｍｍの中間層を被照射面から１．５ｍｍの深さに再配置すると、ラマン後方散乱強度は９７％低下する。大部分の現実的な用途で、ラマン信号は、媒質の表面領域から発生するラマンまたは蛍光信号によって圧倒されているであろう。３ｍｍの深さでは、中間層から発生するラマン信号は、深さ零におけるその原レベルから４桁低下する。他方、透過ラマン光子の強度の依存性は、サンプル内の中間層の位置に対し弱い依存性を示すだけである。中間層が深さ０ｍｍから３．５ｍｍの間を移動するときに、対応するラマン信号は２倍変動するだけである。中間層からのラマン信号の絶対強度は、バルク媒質のそれより約２０倍低いだけであり、検出が比較的簡単になる。したがって、透過ジオメトリは明らかに、満足できる感度を可能にしながら、従来の後方散乱ジオメトリより大きくサンプル内部のバルクを表わすサンプリングを達成する。
後方散乱ジオメトリの場合、モデルはまた、サンプルの厚さが１ｍｍから４ｍｍに増大すると、後方散乱ジオメトリで検出されるラマン信号が５８％増加することも明らかにしている。簡単に言うと、これは、頂部１ｍｍのサンプル層に加えられた余分な３ｍｍの厚さで生じる余分なラマン光子（４ｍｍ錠剤に観察された全ラマン信号の３７％にのぼる）として間違って解釈されるおそれがある。しかし、４ｍｍ厚さのサンプルのモデルは、ラマン信号の８８％が頂部１ｍｍの層で生じ、１２％だけがサンプル厚さの残り３ｍｍ内で生じることを示している。余分な３ｍｍの物質は、ラマン光子の余分な生成により貢献するだけでなく、１ｍｍ層内で生じたラマン光子の下部表面６４における損失をも低減する。したがって、サンプルのさらなる３ｍｍの追加による後方散乱ラマン光子の増加は、上面付近で生じたラマン光子を上面に戻すことによって達成され、そこから光子を出射させて、捕集することができる。同様にして、一部の照射光子は上面６２に向かって後方散乱し、上部１ｍｍの層内でさらに多くのラマン光子を発生させることが可能になる。
実験構成では、トランススチルベン粉砕粉末を充填した３００μｍの窓付きの厚さ２ｍｍの溶融石英キュベットに載置されたパラセタモール錠剤（５００ｍｇ、厚さ３．９ｍｍ、円形直径１２．８ｍｍ、Tesco、PL Holder: The Wallis Laboratory Ltd. FOP234 MH/DRUGS/357）から２層サンプルを構成した。セルの幅および長さは１０ｍｍおよび４０ｍｍであった。一部の測定は、照射レーザビームを錠剤に向けた状態で実施し、一部はキュベットに向けた状態で実施した。各々の場合に、後方散乱および前方散乱（透過）ラマン光子の両方の測定を行なった。
照射レーザビームは、８２７ｎｍで動作する減衰１１５ｍＷ温度安定化ダイオードレーザ（Micro Laser Systems, Inc, L4 830S‐115‐TE）を用いて発生した。サンプルにおけるレーザ出力は８８ｍＷであり、レーザスポットの直径は約４ｍｍであった。２つの８３０ｎｍ帯域通過フィルタ（Semrock）を用いて、残留増幅自然放出成分をそのスペクトルから除去することによって、ビームをスペクトル的に純化した。８２７ｎｍレーザ波長に対してそれらのスループットを最適化するために、これらをわずかに傾斜させた。ビームは約４５度でサンプルに入射した。ビームは表面で水平方向に偏向させた。したがってサンプル表面における入射スポットは、短半径が２ｍｍ、長半径が２．８ｍｍの楕円形になった。
焦点距離が６０ｍｍの５０ｍｍ径レンズを用いて、ラマン光を捕集した。散乱光はコリメートし、５０ｍｍ径ホログラフィックノッチフィルタ（８３０ｎｍ、Kaiser Optical Systems,Inc）を通過させて、光の弾性散乱成分を抑制した。また、８２７ｎｍの弾性散乱の抑制を最適化するために、フィルタをわずかに傾斜させた。次いで、第１のレンズと同一である第２のレンズを使用して、１：１の倍率でサンプル表面を光ファイバプローブの前面上に結像した。プローブ軸の中心と一致するように、レーザ照射スポットを結像させた。プローブの直前にさらに２つのフィルタ（２５ｍｍ径ホログラフィックノッチフィルタ、８３０ｎｍ、Kaiser Optical Systems,Inc、およびエッジフィルタ、８３０ｎｍ、Semrock）を使用して、第１のホログラフィックフィルタを通過した残留弾性散乱光を抑制した。
ファイバプローブは、プローブの中心に密集して配置された７本のファイバから構成した。ファイバはシリカから作られ、２００μｍのコア径、２３０μｍのクラッド径、および０．３７の開口数を持つ。ファイバをより密に詰め込むために、両端でスリーブを剥離した。バンドルはC Technologies Incに特注して作成した。ラマン光は、長さが約１ｍのファイバシステム中を、垂直方向に向けられ、Kaiser Optical Technologies Holospec f#=1.4 NIR分光器の入力像平面に分光器のスリットを除去した状態で配置された、リニアファイバ端まで伝搬した。この向きで、ファイバ自体が分光器の入力スリットとして働いた。ラマンスペクトルは、深層空乏型液体窒素冷却ＣＣＤカメラ（Princeton Instruments、SPEClO400BR LN背面照射深層空乏型ＣＣＤ、１３４０×４００画素）を用いて、７本のファイバ全部からの信号を垂直にビニング（binning）することによって捕集した。ラマンスペクトルは、検出されるスペクトル範囲における検出システム感度のむらに対し、補正されなかった。
この実験構成を用いて得られた結果を図８および図９に示す。図８は、パラセタモールに照射した状態（曲線７０）およびキュベットに照射した状態（曲線７２）で、２層のサンプルに適用された従来の後方散乱ジオメトリから得られたスペクトルを示す。参考のため、パラセタモールのみ（曲線７４）およびキュベットのみ（曲線７６）の後方散乱結果も示す。図９は、パラセタモールに照射した状態（曲線８０）およびキュベットに照射した状態（曲線８２）で、透過ジオメトリを使用して得られたスペクトルを示す。参考のために、パラセタモールのみ（曲線８４）およびキュベットのみ（曲線８６）の透過結果も示す。
図８から、後方散乱ジオメトリを使用すると、サンプルの直接照射された構成要素からのラマン信号だけが見られることが明らかである。たとえ最上層の純粋ラマンスペクトルを減算しても、サンプルのサブ層のスペクトルを検出することはできなかった。それは上記のモンテカルロモデルを用いた予測と一致する。対照的に、図９の透過ジオメトリの結果では、サンプルのどの構成要素が照射されるかに関係なく、表面とサブ層との間の比較的一定したラマン強度比が観察される。
図９は、錠剤を検査する環境で、異常層が照射放射線に対するその位置に関係なく、どのように検出されるかを実証する。この実験で使用するパラセタモール錠剤が、裏側に不純物の厚い層を有する場合、従来の後方散乱手法では、その存在を検出することができなかった。透過ジオメトリ手法は、不純物層を、サンプル中のその深さに関係なく検出する。
パラセタモール錠剤をキュベット無しで使用した場合の後方散乱および透過測定は、従来の後方散乱から透過ジオメトリに移行したときの全体的ラマン強度の減衰がわずか１２分の１であり、よって妥当な感度で短い露光時間を使用することが依然として可能であることを示す。注目すべきことに、２つのパラセタモール錠剤のスタック（厚さ７．８ｍｍ）を介しても、透過ジオメトリでは適正なラマン信号が観察され、３つのパラセタモール錠剤のスタック（厚さ１１．７ｍｍ）を介しても、依然として検出可能であったが、１つの錠剤だけを透過ジオメトリで監視する場合と比較して、信号はそれぞれ１６分の１および４００分の１に減衰した。医薬錠剤および他の投薬用製剤で透過ジオメトリに適用可能な大きい照射面積は、サンプルを損傷することなく、かなり高いレーザ出力を使用することをも可能にする。これは、必要な場合、特に大面積の受光光学系と組み合わされた場合、露光時間のさらなる短縮を達成するために使用することができる。
同じ実験構成を使用して、種々に着色されたシェル部を有する種々の異なる医薬カプセル剤について、従来の後方散乱ラマンスペクトルおよび透過ラマンスペクトルを得た。一般的に、着色カプセルシェルは、測定されるラマンスペクトルの信号対雑音比に有害な影響を持つ大きい蛍光を誘起する。緑色のSudafed(RTM)Dual Reliefカプセル剤を使用し、１０秒の露光時間を使用して測定されたスペクトルを図１０に示す。上の曲線は、従来の後方散乱ジオメトリを使用して得られたスペクトルであり、医薬成分のラマンスペクトル特徴が、蛍光信号によって完全に曖昧化されている。下の曲線は、記載した前方散乱ジオメトリを用いて得られたスペクトルであり、後方散乱信号より弱いが、有用なラマンスペクトルピークが非常に明瞭に見える。
〔診断用途〕
本発明は、診断検査技術にも適用することができる。多くの臨床および他の診断検査が今日、膜に担持されたアッセイによって実行される。特定の分析物を含有するかもしれないサンプルが、１つまたはそれ以上の診断試薬を担持する膜に、または膜に結合されたパッドに施用される。たびたび、診断検査の結果は、例えば色の変化、白い膜に対する着色帯の鮮明度などを用いて、光学的に検出される。特定タイプのそのような診断検査構成は、ラテラルフロー、フロースルー、固相、および凝集フォーマットを含む。
本発明は、診断検査技術にも適用することができる。多くの臨床および他の診断検査が今日、膜に担持されたアッセイによって実行される。特定の分析物を含有するかもしれないサンプルが、１つまたはそれ以上の診断試薬を担持する膜に、または膜に結合されたパッドに施用される。たびたび、診断検査の結果は、例えば色の変化、白い膜に対する着色帯の鮮明度などを用いて、光学的に検出される。特定タイプのそのような診断検査構成は、ラテラルフロー、フロースルー、固相、および凝集フォーマットを含む。
検査によっては、サンプル中の少量のターゲット分析物種に対する高い感度が緊要であり、種々の技術が、ターゲット分析物種の存在に応じて発現する明確なラマンスペクトルシグネチャを有する光学タグを使用することによって、この問題に対処してきた。感度をさらに高めるために、表面増強ラマン分光技術によりターゲット種の検出を可能にすべく、コロイド金がときどき使用される。
典型的なラテラルフロー検査構成を図１１に示す。検出すべき分析物を含有する液体サンプルが、膜１００のエントリポイント１０２に施用され、毛管作用によって、膜に沿ってフィルタ１０４を通過する。膜は一般的に、例えばガラス、紙、またはプラスチック製とすることのできる透明または半透明な基板１０５上に支持された、ニトロセルロースのような半透明の光散乱物質から作られる。図示する実施例では、サンプル液を信号試薬１０６に接触させ、液体アッセイがストリップに沿って流れるときに、試薬との関連反応が発生する。検出領域１０８に到達すると、例えば図示する照射光学系１１０および捕集光学系１１２を使用して、または本書のどこか別の場所に記載するように、分析物および信号試薬の合成物が捕捉され、光学的に検出される。信号試薬は、Oxonica Incによって提供されるNanoplex(RTM)バイオタグのようなバイオタグとすることができる。図示した構成の多種多様な代替例および変形例が公知である。
本発明は、図１１に示すようなラテラルフロー検査、または他の膜をベースとする診断検査の光学検出段階で使用することができる。図１１に示すように、プローブ光は、検出領域１０８で膜の第１表面に向けられる。プローブ光は膜内で散乱し、散乱した光は、透過ジオメトリでは、反対側の第２表面で捕集される。散乱の一部は、特定のラマンスペクトル特徴の発現によって分析物の存在を光学的に示す、１つまたはそれ以上の光学的に活性な試薬、タグ、またはマーカからのラマン散乱である。したがって、捕集された光の１つまたはそれ以上のラマンスペクトル特徴を使用して、分析物の存在、または膜内もしくは膜上に保持された物質の他の特性を検出領域で決定または定量化することができる。
共鳴ラマン、表面増強ラマン分光法、および表面増強共鳴ラマン分光法を含め、多くの異なるラマン分光技術を使用して、発現するラマンスペクトル特徴の検出を強化することができる。
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、記載した実施形態に種々の改変および変形を施すことができることは、当業熟練者には明白であろう。
Claims (42)
- 錠剤、カプセル剤、またはジェルカプセル剤のような投薬用医薬品製剤の１つまたはそれ以上の特性を決定するための方法であって、
前記製剤の第１表面に入射放射線を露光するステップと、
前記第１表面から離隔した前記製剤の第２表面から、前記入射放射線のラマン散乱要素を受光して検出するステップと、を含む方法。 - 前記検出されたラマン散乱放射線から、前記特性の１つまたはそれ以上を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第２表面が前記投薬用製剤の前記第１表面の反対側にある、請求項１または２に記載の方法。
- 前方散乱ラマン放射線が前記第２表面まで透過されて受光され検出されるように、前記第２表面が前記第１表面から離隔される、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
- 後方散乱放射線を捕集するステップと、前記後方散乱放射線中のラマン放射線を検出するステップとをさらに含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
- 前記投薬用製剤が、前記投薬用製剤に対面する１つまたはそれ以上の内面を有するキャリアに保持される、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
- 放射線を反射して前記投薬用製剤に戻すように前記内面の少なくとも一部分が鏡面化された、請求項６に記載の方法。
- 前記キャリアが、前記投薬用製剤の第１表面がそれを通して前記入射放射線に露光される第１アパーチャと、ラマン放射線がそれを通して前記投薬用製剤の前記第２表面から受光される第２アパーチャとを含む、請求項７に記載の方法。
- 前記入射放射線が１つまたはそれ以上のレーザを用いて生成される、請求項８に記載の方法。
- 請求項１ないし９のいずれかに記載のステップを投薬用製剤の各々に適用するステップを含む、複数の投薬用医薬品製剤を検査する方法。
- 前記投薬用医薬品製剤が、錠剤、カプセル剤、コーティング錠剤、ジェルキャップ、および包装医薬品を含むリストから選択される、請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法。
- 前記投薬用医薬品製剤が混濁固形物を含む、請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法。
- 前記１つまたはそれ以上の特性が、同質異像形態特性、水和物形態特性、溶媒和物形態特性、塩形態特性、および結晶化度特性の１つまたはそれ以上を含む、請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
- 前記１つまたはそれ以上の特性が、前記投薬用製剤の成分を形成するために化学反応に使用される出発物質の１つまたはそれ以上の標識を含む、請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
- 入射放射線をサンプルの第１表面に差し向けるステップと、
前記入射放射線の前方散乱要素を前記サンプルの第２表面から捕集するステップと、
捕集された放射線中のラマン放射線を検出するステップと、を含む、サンプルをプローブする方法。 - 前記サンプルが拡散散乱固体である、請求項１５に記載の方法。
- 前記サンプルが生体組織を含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記生体組織が骨、軟骨、骨髄、脳、神経、脂質、血液、および歯の少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
- 分析物が存在するときに、前記サンプルが、１つまたはそれ以上のラマンスペクトル特性の発現によって分析物を検出するように適応された、診断検査器具の膜であり、検出されたラマン放射線で前記１つまたはそれ以上のスペクトル特徴を検出することによって前記分析物を検出するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記診断検査器具が、前記分析物と反応しかつ前記ラマンスペクトル特徴を発現するように選択された試薬を担持するラテラルフロー検査器具である、請求項１９に記載の方法。
- 前記第１および第２表面が前記膜の表裏両面である、請求項１９または２０に記載の方法。
- 各物体に請求項１５に記載のステップを実行するステップと、
各物体について前記検出されたラマン放射線を分析して、各物体の１つまたはそれ以上の特性を決定するステップと、を含む、複数の類似個別物体の生産方法。 - １つまたはそれ以上の決定された特性に基づき、前記物体の１つまたはそれ以上を拒絶するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
- 入射放射線を前記投薬用製剤に差し向けるステップと、
透過ジオメトリを用いて、前記投薬用製剤で散乱したラマン放射線を検出するステップと、を含む、投薬用医薬品製剤のバルクを分析する方法。 - 投薬用製剤を保持するためのキャリアと、
入射放射線を前記製剤の第１表面に差し向けるように構成された照射光学系と、
前記第１表面から離隔した前記製剤の第２表面から、前記入射放射線の透過ラマン散乱要素を受光して検出するように構成された受光系と、を備える、投薬用医薬品製剤を分析する装置。 - 前記受光光学系が、前記ラマン放射線の１つまたはそれ以上の要素を検出するように構成されたスペクトル分析器を備える、請求項２５に記載の装置。
- 前記受光光学系が、前記ラマン放射線の１つまたはそれ以上の要素を検出のために分離するように構成された１つまたはそれ以上のスペクトルフィルタを備える、請求項２５に記載の装置。
- 前記検出されたラマン放射線から前記投薬用製剤の１つまたはそれ以上の特性を導出するように構成された分析器をさらに備える、請求項２５ないし２７のいずれかに記載の装置。
- 前記分析器が導出するように構成された１つまたはそれ以上の特性が、同質異像形態特性、水和物形態特性、溶媒和物形態特性、塩形態特性、および結晶化度特性の１つまたはそれ以上を備える、請求項２８に記載の装置。
- 前記分析器が導出するように構成された１つまたはそれ以上の特性が、前記投薬用製剤の成分を形成するために化学反応に使用される出発物質の１つまたはそれ以上の標識を備える、請求項２８に記載の装置。
- 前記第２表面が前記投薬用製剤の前記第１表面の反対側にある、請求項２５ないし３０のいずれかに記載の装置。
- 前方散乱ラマン放射線が前記第２表面まで透過されて受光され検出されるように、前記第２表面が前記第１表面から離隔される、請求項２５ないし３１のいずれかに記載の装置。
- 前記キャリアが前記投薬用製剤に対面する１つまたはそれ以上の内面を有する、請求項２５ないし３２のいずれかに記載の装置。
- 前記内面の少なくとも一部分が、放射線を反射して前記投薬用製剤に戻すように鏡面化される、請求項３３に記載の装置。
- 前記キャリアが、前記投薬用製剤の第１表面がそれを通して前記入射放射線に露光される第１アパーチャと、ラマン放射線がそれを通して前記投薬用製剤の前記第２表面から受光される第２アパーチャとを備える、請求項２５ないし３４のいずれかに記載の装置。
- 前記入射放射線を発生するように構成されたレーザ源をさらに備える、請求項２５ないし３５のいずれかに記載の装置。
- 請求項２５ないし３６のいずれかに記載の装置を含む、複数の投薬用医薬品製剤を検査するための設備。
- 前記投薬用医薬品製剤が錠剤、カプセル剤、コーティング錠剤、ジェルキャップ、および包装医薬品を含むリストから選択される、請求項２５ないし３７のいずれかに記載の装置。
- 生体組織の１つまたはそれ以上の特性を決定するための装置であって、
前記組織の第１表面に入射放射線を差し向けるように構成された照射光学系と、
前記第１表面から離隔した前記組織の第２表面から、前記入射放射線と前記組織との相互作用から生じる透過ラマン放射線を受光して検出するように構成された受光光学系と、
前記検出された放射線から前記１つまたはそれ以上の特性を決定するように適応された分析器と、を備える装置。 - 分析物を含有する液体を担持するための膜と、分析物が存在するときに１つまたはそれ以上のラマンスペクトル特徴を発現するように選択された試薬とを含み、プローブ光を前記膜の第１表面に差し向けることができるように、かつ前記膜内で散乱した光を、前記ラマンスペクトル特徴の検出のために、前記膜の第２の反対側の表面から捕集することができるように適応された診断検査器具。
- 請求項４０に記載の診断検査器具を受容し、前記プローブ光を前記第１表面に差し向け、前記膜内で散乱した光を前記第２表面で捕集し、かつ前記散乱光内の前記ラマンスペクトル特徴を検出するように適応された診断検査装置。
- 前記検査器具に施用された前記液体中の前記分析物の存在を決定しかつ示すようにさらに適応された、請求項４１の診断検査装置。
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