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嘉峪檢測網 2021-03-31 14:09
藥物API或中間體，多涉及通過結晶的方式實現固體的分離和純化。不同結晶工藝，會得到不同的晶型或混晶的產品。即使是生產得到相同的晶型，不同重結晶工藝得到的產品在形貌、粒度分布上可能天差地別。商業用藥物晶體API結晶工藝開發和放大，是結晶領域挑戰較大的技術難題，如無菌抗生素原料藥晶體，國內極少有品種能做到與原研質量一致，其核心問題就在于抗生素結晶工藝的不同導致的晶體理化性質上的差異，從而導致質量劣化問題。本文結合工作經驗，利用文獻案例，簡要概述下重結晶工藝過程中晶型及形貌的控制策略，供讀者一起討論。
1.晶型
不同的溶劑或者不同的結晶操作條件，得到的晶型不同，這是晶型篩選的理論依據和操作方法。對于生產臨床批或者上市商業用的產品時，則需要花費大力氣進行結晶工藝開發。走到該階段的結晶工藝開發中，結晶溶劑的選擇上，較晶型篩選階段，有了嚴格的限制，要求使用毒性較低的三類溶劑，較少涉及到二類溶劑，不使用一類溶劑。同時，走到該階段的產品，已完成多晶型篩選，明確了體系中可能會出現的多晶型數量和種類。在重結晶工藝中，開發獲得高純度的目標晶型：①需要首先確定工藝相關的多晶型數量；②然后根據目標晶型類型和工藝相關多晶型之間的相互關系，確定晶型控制策略。
（1） 單變體系
圖1是單變體系冷卻結晶示意圖，晶型II溶解度總是高于晶型I，晶型I是熱力學穩定晶型。如果結晶工藝操作流程為1→2→3則晶型I自發成核和生長，可以得到純的晶型I；當如果冷卻結晶工藝操作流程為1→4→5，則可能得到晶型II，也可能得到晶型II和晶型I的混晶。
目標晶型是介穩晶型II策略：
①最重要的是必須加晶種且晶種量相對較大，晶種能提供足夠的生長面供晶體生長，避免“自發成核”。如圖1所示1→4→5，制備晶型II的過飽點4，相對于晶型I來說也是過飽和，很容易自發成核形成晶型I，從而得到混晶。
② 嚴格控制結晶時間：理論上，晶型II一定會轉變為晶型I，只是時間問題。因此制備介穩晶型，需要考察溶劑介導轉晶的影響。質量合格的情況下，盡量減少結晶操作時間。
目標晶型是穩定晶型I策略：
對于介穩晶型I非常容易轉變為穩定晶型II的體系，很容易就得到穩定晶型。因為就算控制中有介穩晶型的晶核形成，它很快會轉變為穩定晶型。而對于相互轉變較慢的體系，控制則非常重要：
① 最重要的是過飽和度的控制，如圖1所示1→2→3操作中，過飽和度點2需要控制不能超過晶型II的自發成核區。實際大部分結晶工藝體系，晶型I和II溶解度差異并不大，控制起來比較難，選擇加晶種控制，則事半功倍。
② 奧斯特瓦爾德熟化規則，即結晶后期增加循環升降溫打漿，有利于混晶中介穩晶型向穩定晶型轉化。該規則也可以用于消除細小晶體。
③適當延長結晶操作時間。延長結晶時間，有利于介穩晶型的轉化。
（2） 互變體系
互變體系是在一定條件下，晶型可以相互轉變。如下圖2所示體系，在溫度T＜Tr，Form II是穩定晶型（溶解度更低），Form I是介穩晶型。而在溫度T>Tr，Form I是穩定晶型，FormII是介穩晶型。
目標晶型是Form I的策略：在T>Tr的操作條件下，等同制備穩定晶型。
目標晶型是FormII的策略：在T＜Tr的操作條件下，等同制備穩定晶型。
總體來說，介穩晶型的結晶工藝開發及放大的難度，遠高于開發穩定晶型。同時為了降低轉晶風險，后續制劑開發常常也是選擇熱力學最穩定的晶型。但對于介穩晶型有明顯優勢，同時晶型相對穩定或制劑技術能保證藥物有效期內不發生轉晶，也有選擇開發介穩晶型的可能（如正大天晴阿德福韋酯E晶型）。而無定形的開發，有相對成熟的方法，工業上常常利用熱熔擠出、凍干、噴霧干燥等方法制備無定形，如無定形固體分散體（奧拉帕尼無定形固體分散體），無定形凍干粉針等等。
（備注：工藝相關多晶型是指選擇的溶劑體系及結晶方式下可能會出現的晶型，如結晶工藝選擇的溶劑體系為水，那么API的甲醇溶劑化物晶型就不是工藝相關晶型，再比如，API某一晶型，在晶型篩選研究中，只有蒸發結晶才會出現，而結晶工藝中選擇的是冷卻結晶或溶析（良溶劑-反溶劑析晶）結晶方式，則該晶型同樣也不是工藝相關晶型）
2. 晶習
晶習是指晶體的宏觀外部形態，同一種晶體不同的結晶方法得到的晶習可能不同，如下圖3所示，尿素在不同溶劑中重結晶，得到的晶型一致，但形貌差異較大。
晶習能提供快速、有用的結晶工藝性能信息：如針狀或薄片狀晶體通常比立方狀晶體具有更高的過濾阻力和制劑中更差的固體流動特性。因此，得到更大粒徑的晶體對于針狀或片狀晶習非常必要。
改善晶習主要策略有篩選合適的溶劑、控制晶體的生長速率，控制過飽和度、控制結晶體系中的雜質、調PH。不同物系，對于改善晶習的方法有顯著的選擇性，且晶習改善條件，放大效應特別明顯，只能通試驗才能確定，即試驗試驗再試驗。改善晶習，常常與改變晶體粒度、粒度分布等結合在一起，圖4為實際項目中優化的一個案例，由細針狀改善為粗棒狀，大大改善了產品質量。
3.粒度分布
晶體粒度與粒度分布是晶體產品的重要指標之一，其主要影響方面：①生產中的固液分離過程；②產品的干燥；③產品的純度；④產品的流動性和外觀；⑤產品的生物利用度(API溶解速率和活性);⑥特定產品要求(肌注的緩控釋微晶等)。制劑工藝中，主要利用結晶和粉碎對粒徑及其分布進行控制。
結晶操作對晶體粒度分布的影響非常大，下圖5是香蘭素結在20 wt%異丙醇-水體系中，改變成核出晶位置點，得到的產品形貌圖片：A-19.2℃析晶；B-20.1℃成核析晶；C-21℃加晶種；D-25℃加晶種
理論上，晶體粒度是成核和生長的共同作用的外在體現（如圖6所示）。晶體的成核和晶體的破碎是產生細小晶體的過程；晶體的生長和聚結是獲得大粒徑的過程。因此平衡成核和生長速率是調控晶體粒徑的關鍵。
粒度太小策略：低過飽和度；加晶種；慢攪拌；選用低剪切的攪拌槳；延長熟化時間（必要時配合升降溫，即溫度循環技術，消除細晶）；
粒徑太大，一般采用粉碎工藝粉碎至合適的粒徑范圍。或者結晶操作策略為粒度小的反方向調控。相對來說，實際應用中讓人頭痛的粒徑問題，都是結晶動力學失控導致粒度過小的問題。
內一直有句傳說“結晶是一門科學，更是一門藝術”。參與結晶工藝開發工作后，深以為然。
本文主要為筆者工作經驗總結，歡迎積極留言討論。
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來源：藥事縱橫
