Summary
코 히어 런트 반 스톡스 라만 산란 (CARS) 현미경은 현장과 용해를받은 의약품 정제의 표면을 실시간으로 시각화 수 있도록 고유의 흐름을 통해 용해 설정과 결합됩니다. 이 사용자 정의 - 기본 설정을 사용하여, 인라인 UV 흡수 분광법을 사용하여 촬영 한 약물 용출 프로파일을 가진 차 비디오의 상관 관계를 할 수 있습니다.
Abstract
전통적인 제약 용출 시험 용해 매질의 약물 함량을 측정함으로써 시간이 지남에 따라 용해 된 약물의 양을 결정한다. 이 방법은 용해 정제의 표면에 어떤 일이 발생하는지에 대해 약간의 직접적인 정보를 제공합니다. 타블렛 표면 조성 및 구조가 용해 중에 변경할 수 있듯이 용출 시험 중에 모니터링하는 것이 필수적이다. UV 흡광 동시에 테오필린 무수물 및 에틸 셀룰로오스의 50 %의 혼합물을 함유하는 정제를위한 용해 약물 농도의 인라인 분석을 제공하는 반면 본 연구에서는 간섭 성 반 스톡스 라만 산란 현미경은 용해 중에 화상 정제의 표면에 사용된다. 측정은 현장에서 CARS 현미경은 에틸 셀룰로오스의 존재하에 선택적으로 테오필린 결상 가능하다는 것을 보여 주었다. 또한, 테오필린은 무수물 침상 울음으로 용해시 테오필린 수화물로 변환용해시 타블렛 표면에 성장 stals. 흐르는 용해 매체에 약물의 감소 된 노출과 함께 수화물에 테오필린 무수의 변환은 감소 용해 속도의 결과. 우리의 결과는 현장 CARS 현미경에 인라인 UV 흡수 분광법과 결합한다는 것을 보여 것은 제약 태블릿 해산을 모니터링하고 용해 속도의 변화로 표면 변화의 상관 관계를 할 수있다.
Introduction
이러한 정제 및 캡슐과 같은 경구 약제 투여 형태의 개발 과정에서 용해 테스트에 중점이있다. 경구 투여 형태들은 치료 효능에 대한 흡수 전에 용해 요구된다. 난 용성 약물은 일반적으로 1 용출 시험이 특히 중요합니다 적절한 농도에 도달하는 문제가있다. 약전 용출 방법이 가장 일반적으로 용해 분석을 위해 사용된다. 대부분의 경우이 다음 용해 매체를 흐르는 비커에 배치 된 정제 또는 캡슐로 약을 준비해야합니다. 용해 된 약물의 농도는 다음과 같은 UV 흡광이 같은 표준 분광 기술을 사용하여 용해 매질의 샘플을 분석함으로써 결정된다. 이러한 전통적인 제약 용해 방법은 샘플의 직접적인 분석 또는 투여 형태의 용해 표면에 발생 될 수있는 변경 사항을 제공하지 않습니다.용해 중에 시료 만 분석 용해 투여 형태에 대한 자세한 정보를 제공하고 잠재적으로 용출 시험 오류를 일으키는 문제를 식별 할 수있다.
투여 형태를 용해 직접 분석은 용해 과정을 모니터링 할 수있다 시츄 분석 기술에서의 사용을 필요로한다. 용해 중에 반응계에서 기록하는 분석 기법은 용해 매질의 존재에 좌우되지 않아야하고 기법 확실 초의 순서로 용해 투여 형태에 대한 변경을 측정하는 높은 시간 해상도를 필요로한다. 감쇠 총 반사율 UV 분광 용해하는 동안 변화를 측정하기에 적합한 것으로 나타났다하지만 이미징 기술 3에서 제공하는 공간 해상도를 결여하고있다. 예컨대 주 사형 전자 현미경 (SEM) 및 자발 라만 매핑 같은 전통적인 제약 이미징 기술은 그들의 사용 방지 제한 인자가 모두용해 현장.
SEM 영상은 약제 학적 제형의 표면을 이미징 할 수있는 고해상도의 급속한 이미징 기술이다. 그러나, SEM 영상은 일반적으로 진공 조건에서 수행 현장 용해 이미징하기에 적합하지 않다 샘플 코팅을 필요로합니다. 셀을 통해 유동하고 UV 플로우 스루 흡수 분광학과 결합 된 광섬유 결합 형 자발 라만 분광법, 테오필린 4, 카르 바 마제 핀 및 인도 메타 신 5 포함한 용해 중에 동일계에서 다양한 약물 시스템을 모니터하기 위해 수행되었다. 라만 분광법은 용해시 발생하는 표면의 변화를 식별 할 수있었습니다 만, 표면의 변화가 발생 된 위치에 대한 공간적 정보를주지 않았다. 자발 라만 매핑은 라만 스펙트럼을 사용하고, 샘플의 표면에 관한 공간 정보를 제공하지만, 이미징 만드는 화상 영역에 따라 시간 분의 주문에 걸린다그 현장 용해 영상에 적합하지.
코 히어 런트 반 스톡스 라만 산란 (CARS) 현미경은 빠른 이미징 기술과 인라인 UV 흡수 분광법과 함께, 그것은 우리가 현장 용해 분석 할 수있는 기술을 개발 할 수있다입니다. CARS 현미경은 동일계 용해 분석을위한 적절한 기술하게 용해 매질의 존재에 의해 영향을받지 않는다 급속한 화학적 선택적 이미징을 제공한다. CARS 기술은 레이저의 펄스 지속 시간에 따라 두 그룹으로 크게 구분된다; 하나의 협 대역 CARS (피코 초 펄스 레이저), 다른되는 광대역 CARS (펨토초 펄스 레이저)을 주도했습니다. 일반적인 CARS 현미경 시스템은 두 개의 펄스 레이저 소스와 거꾸로 현미경으로 구성되어 있습니다. CARS 신호를 생성하기 위해, 펄스 레이저 중 하나가 동조 될 필요가 있으므로 라만 진동 일치 개의 레이저 사이의 주파수 차이가있다. 또한,두 개의 레이저가 동시에 샘플의 같은 지역에 도착하는 두 레이저의 펄스와, 공간 (공간)와 시간 (시간을)에 중첩해야합니다. 라만 진동 화학적 다르며 CARS 신호만을 현미경의 초점 체적 내에서 생성 될 때, CARS 현미경 아래로 회절 한계 해상도 화학적 선택적 촬상 할 수있다.
하나의 라만 진동 모드를 사용하여 협 대역 CARS 현미경은 자연 라만 매핑 기술 6에 비해 약 100 배 빠른 이미징을 할 수 있습니다. 넓은 스펙트럼 범위에서 광대역 CARS 현미경 이미지 (600-3,200 cm -1 대 1 ~ 4 ㎝ -1) 만 ((10 × -1 대 1 ~ 4 ㎝ -1 정도) 낮은 스펙트럼 해상도와 느린 촬영 속도가 50 밀리 / 픽셀 대 ~ 5 마이크로 초 / 픽셀) 협 대역 CARS 현미경 (7)에 비교했다.
협 대역 CARS 현미경 이미지 드루에 사용 된일부 제약 시스템에서 g 릴리스. 의약품 제제의 영역에서, 강 등. 8 ~ 10 군데 약물로드 폴리머 필름. 처음에 그들은 정적 용해 매체로부터 약물 방출의 영상으로 이어졌습니다로드 약물의 분포를 이미지. Jurna 등. 11 Windbergs 등. (12)는 한 단계 더 가서 동적 용해 매체를 사용하여 약물 용해 이미징 이어 지질 투여 형태의 테오필린 배포 첫째 군데.
우리는 동시에 UV 흡수 분광법 용해 약물 농도를 기록하면서 협 대역 CARS 현미경으로 용해가 진행 타블렛 표면의 변화를 모니터링 할 수있는 새로운 분석 방법을 개발했습니다. 우리는 에틸 셀룰로오스가 용해 매질로서 물에 용해가 진행 결합 모델 약물 테오필린을 함유하는이 방법 촬상 정제의 사용을 예시한다.
Protocol
그림 1. 용해 설치 프로그램을 통해 고유의 흐름과 CARS 현미경 설정을 설명하는 도식.이 그림은 Fussell 등 13에서 수정되었습니다.
1. 시스템 시작
- 1,064 nm의 차 레이저 펄스 20 psec로 전원을 켜고 레이저 (약 1.5 시간) 업을 따뜻하게 할 수 있습니다.
- 중수소 램프 UV 광원을 켜고 (약 10 분) 업을 따뜻하게 할 수 있습니다.
- "개방"하기 위해 셔터 스위치를 설정하여 중수소 램프 UV 광원에 셔터를 연다.
- 현미경 제어 PC의 전원을 켜고 현미경 제어 소프트웨어를 엽니 다.
- UV 분광계 PC의 전원을 켜고 분광계 제어 소프트웨어를 엽니 다.
2. 미croscope 설치
- 원하는 현미경 목표를 선택합니다. 이 연구에서 제시된 결과를 달성하기 위해 20X/0.5 NA 목표를 사용합니다.
- 여기 레이저를 전송하고 CARS 신호를 반영하기 위해 필터 세트 포탑에 필터를 설정합니다. 본 작업에 나타낸 결과를 복제 775 nm의 롱 패스 이색 거울와 650 nm의 밴드 패스 40 nm의 필터를 선택한다.
- CARS는 원하지 않는 빛을 신호 및 필터 전송하는 광전자 증 배관 (PMT) 검출기 앞에 적절한 필터를 놓습니다. 이 연구에서 수행 된 실험을 재현 할 수있는 750 nm의 짧은 패스 필터 및 650 nm의 밴드 패스 40 nm의 필터로 빛을 필터링합니다.
3. 시스템 테스트
- 배관에서 이전의 액체를 취소 Z 모양의 UV 흐름 전지를 통해 몇 분의 연동 펌프 및 펌프 용해 매체를 켭니다.
- 2 분으로 펌핑 된 용해 매질의 양을 계량하여 펌프의 유량을 결정한다. 펌프 속도의 취소를 조정틸 원하는 유량에 도달한다. 본 연구에보고 된 결과를 달성하기 위해 5 ㎖ / 분의 유속으로 용해 매질을 펌프.
4. UV 해산 측정
- UV 분광계 제어 소프트웨어에서 '파일'메뉴를 클릭 한 다음 사용 가능한 모든 분석기를 나열하는 창을 엽니 다 "새 흡광도를 측정"을 클릭합니다.
- 올바른 UV 분광계를 클릭 한 다음 데이터 수집 매개 변수를 표시하는 창을 엽니 다 "다음"을 클릭합니다.
- 통합 시간 및 스펙트럼 평균을 모두 정의합니다. 이 연구에서 나타난 결과를 복제 할 수있는 200 평균 150 밀리의 통합 시간을 선택합니다.
- 기준 스펙트럼을 기록하는 데 사용되는 화면을 가지고 "다음"이라는 버튼을 클릭합니다.
- 기준 스펙트럼을 기록하는 노란색 전구로 표시 버튼을 클릭합니다. 이 측정하는 동안 연속적으로 용해 매질을 펌프.
- "폐쇄"로 스위치를 설정하여 중수소 램프 UV 광원에서 셔터를 닫는다.
- 어두운 스펙트럼을 기록하는 데 사용 화면을 가지고 "다음"이라는 버튼을 클릭합니다.
- 어두운 스펙트럼을 기록하는 회색 전구로 표시 버튼을 클릭합니다. 이 측정하는 동안 연속적으로 용해 매질을 펌프.
- UV 흡광도 측정을 시작하려면 "마침"라는 버튼을 클릭합니다.
5. 차 해산 비디오
- "XYT"측정을 선택하는 버튼에 CARS 현미경 제어 소프트웨어를 클릭합니다.
- 드롭 다운 상자를 클릭하고 픽셀 이미지 크기를 선택합니다. 이 연구에서보고 된 이미지를 재현하기 위해 512 X 512 픽셀의 이미지 크기를 선택합니다.
- "빨리", "보통"또는 "천천히"위치 하나에 영상 속도 슬라이더를 드래그합니다. 달성하기 위해 빠른 스캔 속도 (이미지 당 1.12 초)를 사용하여본 작업에 나타낸 결과.
- 줌 레벨을 조정하는 "줌"으로 표시된 화살표를 클릭합니다. 보기 이러한 결과를 사용 (350 X 350 μm의)의 확대 및 필드의 수준을 복제하는 "배"줌을 선택합니다.
- 드롭 다운 상자를 클릭하고 사용 목적을 선택합니다.
- 입력 상자를 클릭하고 (실험의 길이에 따라) 자동차 용해 비디오에 필요한 프레임의 양을 입력합니다. 본 작업에 나타낸 결과를 재현하기 위해 프레임 (900)을 기록하여 약 15 분 동안 용해를 실시한다.
6. 차 파장 조정
- 옵티컬 파라 메트릭 발진기를 원하는 라만 주파수에서 최대 레이저 출력이 도달 할 때까지 (OPO) 제어기 온도, 피에조 위치 및 Lyot 필터 위치로서 OPO의 설정을 조정 사용. 2,960센티미터 -1이 문서에 제시된 것과 동일한 결과를 기록하기에 튜닝 OPO를.
7. 용해 실험
- 정의의 샘플 홀더에 태블릿을 놓고 내장 자동차, 셀 흐름 샘플 홀더가 누출을 방지하기 위해 단단히 밀폐 스크류.
- 자동차에 배관을 연결하여 자동차 용해 매체와 연동 펌프가 포함 된 비커에 셀 흐름에 연결 셀을 흐른다.
- 현미경 단계에 태블릿을 포함하는 차의 흐름 셀을 놓습니다.
- CARS는 세포가 용해 매체 비커, 연동 펌프, Z 모양의 UV 흐름 셀과 폐기물 수집 비커에 연결되어 유동 있는지 확인합니다.
- 연속 스캔 모드에서 현미경 시스템 스캔을 시작하려면 "XY 반복"버튼을 클릭합니다.
- 정제의 표면은 현미경 제어 컴퓨터 화면의 시야에있을 때까지 대물을 이동하여 현미경의 초점을 조정한다.
- "PMT"이라는 현미경 제어 소프트웨어의 슬라이더를 클릭합니다. 까지 PMT 전압을 증가 / 감소에 의해 검출 감도를 조정할만족스러운 이미지가 (너무 어둡도 포화도) 화면에 표시됩니다. 참고 : 높은 전압을 사용하여 PMT를 오버로드하지 않도록주의하십시오. 이 일을 위해, 우리는 600 V 주위 PMT 전압을 사용하지만이 사용 된 PMT에 따라 달라질 수 있습니다.
- 연속 스캔을 중지하려면 현미경 제어 소프트웨어의 "정지"를 클릭합니다.
- 동시에 (또는 가능한 한 서로 가까운) 용해 매체를 펌핑 시작, 하나의 XYT 스캔 기록을 시작하고, UV 흡광도 스펙트럼을 수집하기 시작합니다.
- 용해 실험 동안, 비디오 기록을 감시하고 수동으로 정제 포커스 계속적 보장하기 위해 현미경 포커스를 조정한다.
8. 후 해산
- 를 해제하여 연동 펌프를 중지합니다.
- "파일"메뉴를 클릭 한 다음 비디오로 XYT 스캔을 저장하기 위해 현미경 제어 소프트웨어를 클릭 "동영상으로 저장"을 선택합니다.
- '파일'메뉴를 클릭 한 다음 "을 클릭합니다저장 "을 누른 다음"UV 흡수 스펙트럼의 수집을 중지 분광계 제어 소프트웨어에서 중지 내보내기 ".
- CARS 현미경 단계에서 세포 흐름과 자동차의 흐름 세포에서 태블릿을 삭제.
- 차를 물과 에탄올을 사용하여 셀 흐름 세척 한 다음 티슈 페이퍼를 사용하여 건조.
Representative Results
CARS를 이용한 반응계 용해 분석에 현미경이 정 (12mm 직경, 평면 페이스가) 용해 매질로서 5 ㎖ 펌핑 증류수 모델 약물 테오필린 무수 에틸 셀룰로스 / 분의 50:50 혼합물을 함유 실시 하였다. 차의 이미지 (512 X 512 픽셀) 2,960센티미터 -1 용해 실험 기간에 대한 태블릿의 테오필린 콘텐츠에 대한 선택입니다. 2 쇼 용해 비디오에서 프레임을 선택 그림 라만 진동 주파수에서 모든 1.12 초를 수집 하였다. 용해의 시작 (그림 2 시간 0 초)에서 타블렛의 테오필린의 내용을 보여주는 녹색의 영역이 있습니다 및 정제의 표면에 존재하는 셀룰로오스는 에틸이 어두운 부분도 있습니다. 정제의 표면에 어두운 영역에서는 희미 에틸 셀룰로오스 함량을 볼 수있다. 이보고되어 있기 때문이다 해당 에틸 celluloSE는 약 2,930 최대치와 2천9백75cm -1 (14)과 라만 진동 주파수를 가지고 있습니다. 약 60 초 후 좁은 침상 결정이 프레임의 중심 (도 2, 시간 60 초)에 적어도 하나의 결정 핵으로부터 바깥쪽으로 성장으로 볼 수 표면에 테오필린 일 수화물의 결정 성장의 시작이있을 나타나는 . 수화물의 결정 성장은 훨씬 더 명확하게 (그림 2 시간 130 초) 130 초 후 볼 수 있습니다. 또한, 시점 130 초로 이것은 수화물 결정은 정제의 표면을 가로 질러 완전히 확산되지 않았 음을 알 수있다. 에틸 셀룰로오스 영역의 존재가 물리적으로 수화물 바늘의 연장을 차단 것처럼 보입니다. 250 초 후, 표면의 수화물 커버리지 수화물 결정 자체가 녹기 시작하는 것을 제안하는 등 탁월한 아니라는 것을 알 수있다.
차 용해 비디오에서 그림 2. 프레임. 선정 CARS 이미지 (2,960cm -1) 에틸 셀룰로오스 태블릿 테오필린 무수물 용해 비디오에서. 60, 130, 및 250 초 이미지가 샘플의 다른 영역에 기록하는 동안 0 초 이미지는 샘플의 한 영역에 기록된다. 차 영상은 부가 정보로 사용할 수 있습니다. 스케일 바는 50 ㎛이다.
자외 (UV) 분광법은 여기 원으로서 UV 광을 사용하여 흡광의 형태이다. UV 분광 측정은 기저 상태에서 여기 상태 (15)로 전환 전자. 에틸 셀룰로오스가 용해 매체가 이렇게 기록 된 UV 스펙트럼에 기여할 것으로 예상되지 않습니다 거의 녹지 동안 테오필린은 270 nm의 중심으로 폭 넓은 피크가 있습니다. disso 분석인라인 Z 모양의 UV 흐름 셀을 사용하여 lution 매체는 우리가 양적으로 용해 중에 용해 된 약물의 양을 확인할 수 있습니다. 3 에틸 셀룰로오스 태블릿 테오필린 무수의 해체에 대한 UV-용출을 보여줍니다. UV의 용출 (그림 3)를 보여줍니다 테오필린 무수의 용해 신속하게 120 초 이내에 90 μg / ㎖의 최대 농도에 도달하기 시작한다; 이 시점 이후에 용해 속도가 감소하기 시작한다. 용해 속도의 감소는 테오필린 수화물의 존재 25 ° C (16)에 의해 (용해도가 12 ㎎ / ㎖ 테오필린 무수보다 용해 표면에 결정 (25 ° C 16에서 용해도 6 ㎎ / ㎖)로 될 수있다 ) 명확하게이 시점에서 CARS 용해 비디오 (그림 2)에서 볼. 점차 감소 용출율 또한 부분적 B를 설명 할 수 있었다흐르는 매체에 테오필린 노출 나중에 감소. 테오필린은 잔여 에틸 셀룰로오스가 용해 매질에 테오필린 노출을 방해 용해되도록 에틸 셀룰로오스는 물에 거의 불용성이기 때문에 이러한 감소가 발생.
용해 실험 도중 용해 매질에서 테오필린의 농도를 도시 에틸 셀룰로오스 태블릿과 결합 테오필린 무수물 시간 플롯 대도 3. UV의 용출. 농도.
Disclosures
저자는 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.
Acknowledgments
AF는 NWO의 응용 과학 부문 인 네덜란드의 기술 재단 STW, 그리고 경제부의 기술 프로그램에 의해 지원됩니다. (STW OTP 11114).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Paladin 1,064 nm laser | Coherent | Prototype model not for sale | |
| Levante Emerald Optical parametric oscillator | APE Berlin | ||
| IX71 Microscope | Olympus | ||
| Fluoview 300 scanning unit | Olympus | ||
| Photomultiplier tube R3896 | Hamamatsu | ||
| Free standing optics / filters | Thorlabs and Chroma | ||
| Reglo peristaltic pump | ISMATEC | ||
| USB2000+ spectrometer | Ocean Optics | ||
| DT-MINI-2-GS light source | Ocean Optics | ||
| FIA-Z-SMA-TEF Z shaped flow cell | Ocean Optics | ||
| QP400-2-SR-BX optical fiber | Ocean Optics | ||
| Plastic piping | ISMATEC | ||
| CARS dissolution tablet flow cell | Homebuilt at university - designed to hold 12 mm diameter, 3 mm thick tablets. The flowcell has a channel depth of around 0.5 mm. | ||
| Glass beakers | VWR | D108980 | |
| Theophylline anhydrate | BASF | 30058079 | |
| Ethyl cellulose | Colorcon |
References
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