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技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)解析 - CDE納米藥物質(zhì)量控制研究技術(shù)指導(dǎo)原則解讀（二）
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技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)解析 - CDE納米藥物質(zhì)量控制研究技術(shù)指導(dǎo)原則解讀（二）
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政策解讀
納米藥物質(zhì)量控制研究技術(shù)指導(dǎo)原則
#本文由馬爾文帕納科應(yīng)用專家張鵬博士供稿#
2022
其中《納米藥物質(zhì)量控制研究技術(shù)指導(dǎo)原則》主要內(nèi)容是圍繞著納米藥物的安全性、有效性以及質(zhì)量可控性展開的。在這三個(gè)方面，質(zhì)量的可控性顯得尤為重要，它一定程度上決定了藥物的安全性和有效性。
在粒徑表征方面，該指導(dǎo)意見原文如下：
原文關(guān)于粒徑表征的相關(guān)表述
“應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臏y定方法對納米藥物的粒徑及分布進(jìn)行研究，并進(jìn)行完整的方法學(xué)驗(yàn)證及優(yōu)化。粒徑及分布通常采用動(dòng)態(tài)光散射法（Dynamic light scattering，DLS）進(jìn)行測定，需要使用經(jīng)過認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（Certified reference material，CRM）進(jìn)行校驗(yàn)，測定結(jié)果為流體動(dòng)力學(xué)粒徑（Rh），粒徑分布一般采用多分散系數(shù)（Polydispersity index，PDI）表示。除此之外，顯微成像技術(shù)（如透射電鏡（Transmission electron microscopy，TEM）、掃描電鏡（Scanning electron microscopy，SEM）和原子力顯微鏡（Atomic force microscopy，AFM）、納米顆粒跟蹤分析系統(tǒng)(Nanoparticle tracking analysis, NTA)、小角X射線散射（Small-angle X-ray scattering，SAXS）和小角中子散射（Small-angle neutron scattering，SANS）等也可提供納米藥物粒徑大小的信息。對于非單分散的樣品，可考慮將粒徑測定技術(shù)與其它分散/分離技術(shù)聯(lián)用"
上一期我們已經(jīng)和大家介紹了基于DLS技術(shù)的粒徑測量，這一期我們準(zhǔn)備和大家講一講納米顆粒跟蹤分析技術(shù)（NTA）測量顆粒粒徑。
納米顆粒跟蹤分析技術(shù)原理
是如何進(jìn)行顆粒粒徑測量的呢？
激光照射溶液中的懸浮納米顆粒，后者產(chǎn)生的散射光被高靈敏度的相機(jī)捕獲并成像。為了得到觀測區(qū)域每個(gè)顆粒的粒徑大小，相機(jī)通過拍照的方式記錄下每個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，并分析得到每個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)速率，最終這些單個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)速率通過斯托克斯-愛因斯坦方程轉(zhuǎn)化為粒徑值，整個(gè)樣本的粒徑分布就是由這些顆粒的粒徑匯集而成（圖1）。
圖1. 利用納米顆粒跟蹤分析技術(shù)（NTA）對納米顆粒進(jìn)行粒徑分析（紅色線條表示顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)軌跡）
由于該技術(shù)是單顆粒跟蹤技術(shù)，所以能提供*精度的顆粒粒度的數(shù)量分布，既適合分析粒度分布較窄，也適合分析粒度分布較寬的樣本，其粒徑檢測范圍大致在10-2000nm之間。此外，如果樣品本身具有熒光，或者能夠標(biāo)記上熒光素，可以單獨(dú)采集其熒光信號(hào)，進(jìn)而對熒光顆粒進(jìn)行粒度分析，不受溶液復(fù)雜體系的影響。
NTA 和 DLS 對比實(shí)驗(yàn)
測量納米級(jí)顆粒粒徑該如何選擇？
接下來通過粒徑寬窄分布不同的樣品的測量實(shí)例，著重給大家講一下NTA和DLS在測量顆粒粒徑上的相同點(diǎn)和區(qū)別點(diǎn)，方便大家更好的去選擇不同的技術(shù)。
NTA & DLS
粒徑窄分布樣品
NTA 和 DLS兩種技術(shù)在粒徑窄分布樣品上的差異，我們以200nm的聚苯乙烯顆粒（PS）為考察對象。
DLS:Z average: 217.7 nm; PDI: 0.04827
NTA: Mean: 199.7nm;
Mode: 196.2nm
圖2 DLS、NTA表征200 nm聚苯乙烯顆粒（PS）的粒徑分布
我們再將兩種技術(shù)表征的結(jié)果合并到一塊，看看有沒有差異。
圖3 NTA和DLS測量窄分布樣品合并圖
從圖3中我們能夠看到，NTA和DLS技術(shù)都能很好的表征粒徑窄分布的樣品，但是NTA得到的粒徑分布圖比DLS的更窄。
通過圖2、3我們得出如下結(jié)論：DLS和NTA都能很好的表征粒徑窄分布的樣品，且其平均值及主峰值都十分接近，但是NTA得到的粒徑分布峰更窄，這也和其采用的單顆粒跟蹤技術(shù)相符合。
NTA & DLS
粒徑寬分布樣品
再來看看寬分布的樣品。我們將100 nm和200 nm的PS標(biāo)準(zhǔn)品混合后，獲得粒徑寬分布樣品，將其做為考察對象。分別利用NTA和DLS對他們進(jìn)行粒徑表征：
DLS: Z average: 206.7 nm; PDI: 0.002214
NTA: Mean: 171.4 nm;
Mode: 194.8 nm
圖4 DLS、NTA表征100、200 nm聚苯乙烯顆粒（PS）混合體的粒徑分布
從圖4我們可以看出來，DLS仍舊顯示出一個(gè)單峰，其Z均值為206.7 nm；NTA成功將100 nm和200 nm的PS顆粒區(qū)分開來，在粒徑分布圖上呈現(xiàn)出兩個(gè)明顯的單峰（109 nm、195 nm），這說明NTA的粒徑分辨率是要高于DLS的。
圖5 DLS和NTA測量100、200 nm聚苯乙烯顆粒（PS）混合體的粒徑分布合并圖
通過圖5，將兩種技術(shù)得到的粒徑分布圖合并到一塊，我們可進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，DLS的結(jié)果更偏向于體系中的大顆粒，較小的100 nm的信號(hào)被較多的忽略了。這說明DLS對體系中的大顆粒更敏感，而NTA對體系中大、小顆粒的敏感程度較為接近。總體來說，NTA的粒徑分辨率能達(dá)到1:1.3，而DLS的粒徑分辨率低至1:3。
DLS＆NTA
示例：水包油乳劑
在水包油乳劑的實(shí)際樣品案例中，如圖6，7 DLS和NTA的粒徑分布圖以及兩項(xiàng)技術(shù)的合并圖顯示，DLS的分辨率較低，無法分辨出體系中存在的更小的顆粒。
DLS: Z average: 151.9 nm; PDI: 0.09714
NTA: Mean size: 116.2 nm; Mode size: 89.1 nm
圖6 DLS、NTA表征水包油乳劑的粒徑分布
圖7 DLS和NTA測量水包油乳劑的粒徑分布合并圖
實(shí)際案例
NTA適用：細(xì)胞外囊泡（EV）
實(shí)際案例
NTA適用：脂質(zhì)納米顆粒（LNP）
實(shí)際案例
NTA適用：慢病毒
實(shí)際案例
蛋白聚集體
實(shí)際案例
NTA適用：納米磁球
Info
關(guān)于馬爾文帕納科
馬爾文帕納科的使命是通過對材料進(jìn)行化學(xué)、物性和結(jié)構(gòu)分析，打造出客戶導(dǎo)向型創(chuàng)新解決方案和服務(wù)，從而提高效率和產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。通過利用包括人工智能和預(yù)測分析在內(nèi)的最近技術(shù)發(fā)展，我們能夠逐步實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這將讓各個(gè)行業(yè)和組織的科學(xué)家和工程師可解決一系列難題，如提高生產(chǎn)率、開發(fā)更高質(zhì)量的產(chǎn)品，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
