입자 카운팅 및 식별

초미세입자와 나노입자는 모두 나노미터 크기 단위의 입자이지만, 그 출처와 특성, 활용 분야에서 차이가 있습니다. 초미세입자는 통상적으로 직경 1~100nm 크기의 입자를 지칭하며, 연소 공정, 산업 배출물, 대기 중 에어로졸과 같이 자연적이거나 인간의 활동에 의해 비의도적으로 생성됩니다. 반면, 나노입자는 최대 1,000nm에 이르는 더 넓은 범위의 입자를 포괄하며, 의약품 전달, 의료 영상, 진단, 재료 과학 등 다양한 분야에 활용하기 위해 의도적으로 설계 및 합성된 입자를 의미합니다. 초미세입자와 나노입자 모두 작은 크기 덕분에 고유한 물리화학적 특성을 나타냅니다. 하지만 핵심적인 차이는 나노입자가 특정 기능이나 목적을 달성하기 위해 정교하게 설계 및 제어되는 공학적 산물인 데 반해, 초미세입자는 대부분 자연 현상이나 인간 활동의 부산물로 발생한다는 점입니다.

직경 1μm 이상의 입자를 포함하는 준가시성 입자는 다양한 분석 기술을 통해 측정하여 의약품의 품질과 안전성을 평가할 수 있습니다. 대표적인 준가시성 입자 측정법은 다음과 같습니다.

1. 광 차폐법(Light Obscuration, LO): 광원과 광 검출기를 사용하여 미세한 검출 영역을 통과하는 입자로 인해 발생하는 빛의 강도 감소를 측정하는 방식입니다. 이를 통해 액상 제제 내 입자의 농도와 크기 분포를 정량화합니다.
2. 현미경 입자 계수법(Microscopy Particle Counting): 광학 현미경이나 위상차 현미경 등을 이용해 액상 샘플을 직접 관찰하며 수동으로 입자의 수와 크기를 측정하는 기술입니다. 입자 특성에 대한 정성적, 정량적 데이터를 모두 제공합니다. Aura 시스템은 바로 이 현미경법에 기반하여 준가시성 입자의 분석 및 측정을 위해 특화된 자동화 광학 현미경 플랫폼입니다.
3. 유동 영상 현미경법(Flow Imaging Microscopy, FIM): 미세 유체 채널을 통과하는 액상 샘플 내 입자의 이미지를 연속적으로 촬영하는 시스템입니다. 캡처된 이미지를 기반으로 입자의 형태, 크기, 광학적 특성에 따라 자동으로 계수, 크기 분석 및 특성 분석을 수행합니다.
4. 레이저 회절법(Laser Diffraction): 입자가 포함된 액상 샘플에 레이저를 통과시킬 때 나타나는 빛의 산란 패턴을 분석하여 입자의 크기 분포와 농도에 대한 정보를 제공하는 방식입니다.
5. 형광 멤브레인 현미경법(Fluorescence Membrane Microscopy, FMM): Aura+ 및 Aura PTx 시스템의 핵심 기술인 FMM은 특정 형광 염료나 항체 접합체를 사용하여 준가시성 입자를 검출하고 정량화합니다.

이러한 분석법들은 의약품 제제 내 준가시성 입자의 검출, 정량, 특성 분석을 가능하게 하여, 규제 기준 및 제품 규격 준수를 보장합니다.

입자 크기 결정이란 분석 목적과 기술에 따라 나노미터(nm)에서 마이크로미터(μm)에 이르는 다양한 입자의 크기를 측정하는 과정입니다. 대표적인 입자 크기 분석법은 다음과 같습니다.

1. 레이저 회절법: 입자가 포함된 샘플을 통과하는 레이저 빛의 산란 패턴을 분석하고, 이 회절 패턴에 기반하여 입자의 크기 분포 정보를 제공합니다.
2. 동적 광산란법(DLS): 현탁액 내 입자의 브라운 운동으로 인해 발생하는 산란광 강도의 미세한 변화를 측정하고, 강도 자기상관함수를 기반으로 입자 크기 분포 정보를 도출합니다.
3. 나노입자 추적 분석법(NTA): 광학 현미경과 입자 추적 알고리즘을 사용하여 현탁액 내 개별 나노입자를 시각화하고 추적하며, 이를 통해 실시간으로 크기 분포 및 농도 데이터를 제공합니다.
4. 전자 현미경법: 투과전자현미경(TEM)이나 주사전자현미경(SEM)과 같은 기술을 통해 개별 입자의 고해상도 이미지를 얻어, 입자의 크기와 형태를 직접 관찰하고 측정할 수 있습니다.
5. 콜터 카운터법: 입자가 미세한 구멍을 통과할 때 발생하는 전기 저항의 변화를 감지하여 입자를 계수하는 전기 임피던스 원리를 이용하며, 이 저항 변화 값을 기반으로 입자 크기 분포 정보를 제공합니다.
6. 체질법(Sieving): 점차 더 미세한 망을 가진 일련의 체(sieve)에 샘플을 통과시켜 크기별로 입자를 분리하고, 각 체에 남은 입자의 무게나 부피를 측정하여 입자 크기 분포 정보를 얻습니다.
7. 광학 현미경법: 이 전통적인 기술은 미국 약전(USP 788) 및 유럽 약전(Ph.Eur. 2.9.19)에 명시된 바와 같이, 0.8–150µm 범위의 준가시성 입자를 직접 계수하고 특성을 분석할 수 있습니다. 그러나 수동 방식의 광학 현미경은 대량 분석이 어렵고, 광 차폐법에 비해 정확도가 떨어지는 단점이 있습니다. Aura 시스템은 자동화된 광학 현미경 플랫폼입니다.

이러한 분석법은 입자 크기 특성화 분석에 보완적인 접근 방식을 제공하므로, 연구자는 샘플 특성, 크기 범위 및 측정 요구 사항에 따라 가장 적합한 기법을 선택할 수 있습니다.

입자 크기 분포의 정량 분석이란, 샘플 내 특정 크기 범위에 해당하는 입자들의 빈도나 비율을 측정하는 것을 의미합니다. 대표적인 정량 분석법은 다음과 같습니다.

1. 레이저 회절법: 입자가 포함된 샘플을 통과하는 레이저 빛의 산란 패턴을 분석하는 기술입니다. 다양한 각도에서 산란된 빛의 강도를 기반으로 입자 크기 분포 정보를 제공합니다.
2. 동적 광산란법(DLS): 현탁액 내 입자의 브라운 운동으로 인해 발생하는 산란광 강도의 변화를 측정하고, 이 강도 변화의 자기상관함수를 기반으로 입자 크기 분포 정보를 도출합니다.
3. 나노입자 추적 분석법(NTA): 광학 현미경과 입자 추적 알고리즘을 사용하여 현탁액 내 개별 나노입자를 시각화하고 추적하며, 이를 통해 실시간으로 크기 분포 및 농도 데이터를 제공합니다.
4. 침강법: 분석용 초원심분리기(AUC)나 원심 침강법과 같은 기술을 사용하여 액체 매질 내에서 입자가 가라앉는 속도를 측정합니다. 이 침강 속도 또는 침강 계수를 기반으로 입자 크기 분포 정보를 얻습니다.
5. 현미경 이미지 분석법: 광학 현미경이나 전자 현미경으로 촬영한 이미지에서 입자의 수와 크기를 이미지 분석 소프트웨어를 통해 정량화하는 방법입니다. 예를 들어, Particle Vue 소프트웨어를 설치한 Aura 시스템은 이러한 이미지 처리 기술을 기반으로 입자 크기 분포 데이터를 제공합니다.

이러한 정량 분석법들은 입자 크기 분포의 특성을 분석하는 정확하고 신뢰성 높은 접근법을 제공하며, 연구자들은 이를 통해 다양한 응용 분야에서 입자 샘플의 균일성, 안정성, 성능을 평가할 수 있습니다.

의약품의 입자성 오염물질은 다양한 출처에서 발생할 수 있으며, 유리 파편, 금속 조각, 섬유 또는 미생물과 같은 이물질을 포함할 수 있습니다. 의약품 제조 공정에서 흔히 발견되는 입자성 오염물질로는 가시성 입자(>50µm), 준가시성 입자(1–50µm), 그리고 미생물 입자(예: 박테리아, 곰팡이) 등이 있습니다. 이러한 오염물질은 원료의약품, 포장 자재, 제조 설비 또는 작업 환경으로부터 유입될 수 있습니다. 입자 오염은 제품의 품질, 유효성, 환자 안전에 심각한 위험을 초래합니다. 따라서, 오염 문제를 감지하고 관리하기 위해 제조 공정 전반에 걸쳐 엄격한 품질 관리 기준과 분석 시험이 반드시 필요합니다.

의약품 산업에서 입자 계수 시험은 의약품 제제나 제조 공정 중에 존재하는 입자의 수와 크기 분포를 정량적으로 측정하는 것을 의미합니다. 이 시험은 제품의 품질을 평가하고, 규제 기준을 충족하며, 잠재적인 오염 문제를 식별하는 데 매우 중요합니다. 특히, USP 788 규정은 입자 계수 시험에 대한 업계 표준 지침으로 널리 인정받고 있습니다. 입자 계수 시험의 대표적인 방법으로는 광 차폐법, 현미경 입자 계수법, 유동 영상 분석법 등이 있습니다. 이러한 기술들은 입자의 농도 및 크기 분포에 대한 정량 데이터를 제공하여, 제조사가 허용 기준치 내에서 입자 수를 모니터링하고 관리할 수 있게 해줍니다. Aura 장비 제품군은 미생물 입자를 쉽고, 빠르고, 정확하게 식별, 크기 분석 및 계수할 수 있습니다. 입자 계수 시험은 특히 주사제에서 매우 중요합니다. 과도한 불용성 입자는 색전증이나 주사 부위 반응과 같이 환자의 안전에 직접적인 위험을 초래할 수 있기 때문입니다.

오염을 관리하기 위해서는 포괄적인 품질 관리 체계를 구축하고 우수 의약품 제조 및 품질 관리 기준(GMP)을 철저히 준수해야 합니다. 오염 관리를 위한 핵심 전략은 다음과 같습니다.

1. 시설 설계 및 유지 관리: 교차 오염을 방지하기 위해 통제된 환경, 적절한 공조 시스템, 그리고 제조 공정별로 분리된 작업 구역을 갖춘 시설을 설계합니다.
2. 작업자 교육 및 위생: 작업복 착용 규정, 개인위생 수칙, 무균 조작법 등에 대한 철저한 교육을 통해 미생물 오염 위험을 감소합니다.
3. 원자재 및 장비 관리: 원자재, 장비, 포장 자재의 적합성과 청정도를 보장하기 위한 적격성 평가 및 밸리데이션 절차를 수립합니다.
4. 세척 및 소독: 미생물 증식과 교차 오염을 방지하기 위해 장비, 시설, 생산 구역에 대한 체계적인 세척 및 소독 절차를 확립합니다.
5. 환경 모니터링: 잠재적인 오염원을 식별하고 해결하기 위해 작업 공간의 공기, 용수, 표면에 대한 미생물 오염을 정기적으로 모니터링합니다.
6. 품질 관리 시험: 오염 문제를 감지하고 관리하기 위해 원자재, 중간 생성물, 완제품에 대한 분석 시험 및 검사를 수행합니다.
7. 규제 준수: 제품의 품질과 안전을 보장하기 위해 정부 규제, GMP, 공정서 요건 등 관련 규제 지침과 표준을 준수합니다.

모든 세포는 다음과 같은 몇 가지 기본적인 특징을 공유합니다.

• 세포막: 세포는 외부 환경과 내부를 분리하고 세포 안팎으로의 물질 출입을 조절하는 세포막으로 둘러싸여 있습니다.
• 유전 물질: 세포는 세포의 기능과 유전에 대한 정보를 담고 있는 유전 물질, 즉 염색체 형태의 DNA(디옥시리보핵산)를 가지고 있습니다.
• 세포질: 세포질은 세포 내부를 채우는 젤 형태의 물질로, 미토콘드리아, 소포체, 리보솜 등 세포 활동에 관여하는 다양한 소기관을 포함하고 있습니다.
• 물질대사: 세포는 에너지를 얻고 세포의 성장, 유지, 기능에 필요한 생체 분자를 합성하기 위해 물질대사 과정을 수행합니다.
• 생식: 세포는 체세포분열이나 감수분열과 같은 과정을 통해 분열하여 새로운 세포를 만들어내는 증식 능력을 가지고 있습니다.

이러한 기본적 특징들은 생물체 내에서 종류나 기능에 관계없이 모든 세포의 생존과 기능에 필수적입니다.

다분산성 지수(PDI)는 샘플 내 입자 크기 분포의 폭, 즉 균일성을 나타내는 척도입니다. PDI 값이 낮을수록 입자 크기가 균일하다는 것을 의미하며, 이는 일반적으로 의약품 제제의 안정성과 성능 확보에 있어 매우 중요한 요소입니다.