颗粒粒度分布与分析全指南

了解产品的粒度分布有助于预测其可制造性、有效性、质量、生物利用度及保质期。较大颗粒会降低孔隙率，限制药物通过，可能阻碍其到达靶向部位。相反，极细颗粒会增加药物表面积，导致意外副作用。 简言之，不当的粒径分布将干扰生产流程、降低产出效率并影响盈利能力。 

几乎所有生物治疗药物都含有亚可见颗粒（ 直径介于2至100微米之间），其体积和形状各不相同。颗粒样品最重要的特性是粒径，这可能对最终产品的成功至关重要。  

粒度分布分析是不同尺寸颗粒的统计图示。它测量药物中颗粒数量及其尺寸变化。该分布通常以频率分布曲线形式呈现。  

大多数颗粒直径分析呈现钟形曲线——在此图中，x轴代表颗粒尺寸，y轴代表特定尺寸颗粒的频率。通常会计算一系列统计参数，这些参数可能包括： 

• 均值——总体的平均值 

• 中位数——中间值，即半数人群低于该值，另一半高于该值。 

• 模式——最常出现的尺寸 

每条钟形曲线可能呈现不同的形态，这种形态有助于表征产品中的颗粒特性。均值、中位数和众数的分布位置共同决定了曲线形态。制药企业还利用D值来计算粒径分布曲线：

更窄的粒度分布曲线将使这三个D值更紧密地聚集。紧凑的分布曲线最为理想，因为在此曲线下的颗粒尺寸更为接近。  

颗粒尺寸分析技术

目前有多种颗粒尺寸分析方法可供选择。具体采用何种技术取决于待分析颗粒的类型及其尺寸。这些方法包括： 

筛分：这是按粒径分级最古老的方法之一。测试筛由编织金属网构成，形成所需尺寸的孔径。当绝大多数颗粒大于75微米时，机械筛分效果最佳，尤其适用于较粗的粉末或颗粒等级。  

沉降法：该方法测量颗粒穿过粘性液体所需的时间。较小颗粒的移动时间长于较大颗粒，该技术适用于10微米以下的颗粒尺寸。此技术无法测量亚微米级颗粒。  

激光衍射法：又称静态激光光散射法，该方法通过检测颗粒散射的激光光强分布来间接测量粒径。其缺点在于无法评估颗粒形状（该方法假设所有颗粒均为球形），且分辨率和灵敏度较低。在多分散性样品中效果不佳。  

动态光散射（DLS）：该方法通过让颗粒经过摄像头进行实时分析。利用此技术可在数分钟内检测数百万个颗粒。DLS可提供多种粒径及形态参数数据。目前，DLS是生物治疗药物粒径分布分析中最常用的方法。  

成像（显微镜、扫描电子显微镜）：此处通过将颗粒尺寸与网格线进行比对并计数来测量颗粒。然而，为获得具有统计学意义的分析结果，需测量数百万个颗粒。电子显微照片的自动化分析有助于降低这一门槛。该方法适用于0.2至100微米范围内的颗粒尺寸。 

BMI/FMM: Backgrounded membrane imaging (BMI)，结合荧光膜显微镜技术，是该方法的基础。 光晕粒子分析系统。 高对比度成像技术（BMI）能清晰呈现样本中的颗粒图像。该技术仅需5微升样本，一分钟即可出结果。荧光膜成像（FMM）通过特定荧光染料或免疫测定法标记颗粒，实现简单而明确的识别。 

颗粒尺寸测量设备 

Particle size measurement equipment 颗粒分析方法的复杂程度各不相同，从简单的网筛分级和沉降法，到更自动化的扫描电子显微镜和Aura的BMI/FMM分析技术。采用光学或激光衍射技术的粒度分析仪可提供广泛粒径范围的数据，而Aura系统则能测定样品中颗粒的数量与类型。其他方法如库尔特计数器，则通过测量液体电导率的瞬时变化来实现分析。 

不同技术和仪器之间的测量精度存在差异。通常而言，技术越先进、流程越自动化，生成的测量结果就越精确。若仅需检测较大且均匀的颗粒，筛分或沉降分析可能已足够。然而，大多数生物治疗制剂具有复杂的粒径分布，需要更精密的方法才能获得可操作的结果。  

Choosing the right particle size distribution analysis equipment is largely dependent on what particle size you want to measure, accurately. FDA and USP <788> demand a virtual elimination of subvisible particles (below 100 µm), so most biotherapeutic/pharmaceutical analyses will need to include that size range. Dynamic image analysis can detect down to 0.8 µm, while laser diffraction can detect particles down to 10 nm, and dynamic light scattering down to 0.3 nm; due to particle size limitations of these methods, they are not well suited for subvisible and visible particle analysis. The Aura System can detect visible and subvisible particles, down to 1 µm.  

在制药生产中，通过正确分析获得理想的粒度分布，可确保产品的一致性和质量。不正确的粒度分布可能导致活性药物成分无法以恰当浓度抵达人体目标部位。颗粒过大也会影响吸入型药物——若尺寸过大，颗粒会滞留于咽喉；若颗粒过小，患者很可能在药物抵达肺部目标区域前将其呼出。 更小的颗粒尺寸还能免除口服药物需随餐服用的限制。微小颗粒对胃肠道的刺激性更低。  

颗粒粒度分布对评估药物生产质量同样至关重要。细小颗粒常会阻碍流动性（即颗粒间相互运动及与容器的配合程度）。粒度还决定着片剂的完整性，而这直接影响产品的保质期。  

粒度分布的软件与标准 

拥有合适的粒度分析软件是使研究更简单、更快、更高效的关键。诸如...之类的工具 Particle Vue Automated Particle Analysis Software 将分析与算法结合多维可视化技术，实现对各类样本中颗粒的检测与分析。借助先进算法、颗粒尺寸分析及图像导航功能，您可在单一界面直观呈现图像与数据。通过高级数据管理与可视化工具，您还能深入探索样本分析细节。优质软件包支持对颗粒亚群进行分析，助力决策更精准。  

International standards and regulations for particle size distribution are set by the US Pharmacopeia (USP), particularly USP <788>, and the US Food and Drug Administration (FDA). USP standards for injectable therapies maintain that the average number of particles in tested samples does not exceed 12 per ml equal to or greater than 10 µm and does not exceed 2 per mL equal to or greater than 25 µm. 

根据美国食品药品监督管理局（FDA）规定，粒度分布应至少在产品放行时进行检测。FDA指南指出，绝大多数颗粒应小于5微米，"仅允许极少量颗粒大于10微米"。此前FDA的指导原则存在模糊地带，但现已明确。近期FDA向制药企业发出的警告信中明确要求，至少某些产品容器必须无颗粒污染。 

粒度分布分析的挑战与解决方案 

颗粒粒度分布分析面临两大挑战：法规/美国药典要求以及 生物治疗制剂的复杂特性。然而，生产出能够以高价销售、最大限度降低拒收率或批次损失、并符合法规与标准的药物至关重要。  

Higher resolution is key to compliance since the FDA and USP <788> require virtual elimination of subvisible particles in a sample. This means that instruments and analysis must be able to both detect and measure particles down to at least 5 µm. Not all techniques can achieve this. Shape of a particle is also important to characterize, since assuming all particles are spherical (or at least the same shape) introduces the probability of increased error and decreased accuracy. Determining particle shape is only possible by introducing microscopy- or light-diffusion methods.  

测量和分析工具在 Aura System 可揭示亚可见颗粒数据，从而获得更精确的结果、更优的决策以及更完善的法规/标准化合规性。BMI技术能提供前所未有的清晰颗粒图像，并快速输出相关数据。FMM技术采用特定染料或荧光标记抗体来识别特定聚集体。 此外，作为每项BMI测量的组成部分，侧向照明膜成像技术（SIMI）可表征样本中的外源性或无机颗粒。更值得一提的是，由于仅需极少量样本（5微升）即可开展检测，且能在生物治疗药物研发的早期阶段启动测试，质量控制与质量保证水平因此得到显著提升。  

颗粒粒度分布的未来趋势与创新

向复杂生物疗法（包括细胞疗法、基因疗法、治疗性蛋白质和疫苗）的转型正在加速推进。这些新型药物通常更具疗效且更具靶向性，有望以更少的副作用治疗此前无法治愈的疾病。  

唯有凭借卓越的产品品质，方能兑现这一承诺。颗粒尺寸分析在此过程中发挥着至关重要的作用——它能有效降低过量颗粒及尺寸异常颗粒带来的健康与质量风险。诸如Aura Systems系列等成像与颗粒检测计数技术的创新，将提升分辨率水平，从而优化产品品质，并在研发早期阶段就发现颗粒问题。 机器学习等新兴技术也将革新分析工具与软件，助力更快做出更精准的决策。  

更精确的粒度分布分析是质量与安全的关键 

随着越来越多的制造商转向采用细胞、基因和蛋白质药物及疫苗，颗粒粒度分布已成为衡量生物治疗产品品质与安全性的重要指标。由于这些制剂中颗粒物更为普遍，监管机构和制造商均将更精确的分析视为批准和开发这些疗法的关键。颗粒粒度分布： 

• 通过统计测量（均值、中位数和众数）来确定样本构成。这些分布数据构成了美国药典（USP）和美国食品药品监督管理局（FDA）关于新产品审批的标准与法规。 

• 许多技术都能生成粒度分布曲线，但能准确检测对产品质量和报废风险最高的亚可见颗粒的技术却相对较少。 

• 采用Aura Systems的新型方法能够对更小颗粒进行成像和表征，从而更全面地呈现样品中的颗粒分布情况。  

若您希望继续探讨颗粒粒度分布及Aura Systems系列产品， please contact us. 

参考文献

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168365919301130