| 顕微鏡の評価は薬剤の公式プロセスのステップの後で医薬品のデザインそして評価のために重要です。 原子力の顕微鏡検査は直接 (AFM)包囲された、液体の環境の解像度ナノメーターにsubangstrom で表面の構造を調査する機能を提供するので薬剤の研究の広い範囲に適用され、他の共通の解析技法に強力な補数を提供します。 このアプリケーションノートは固体適量形式の製造で薬剤の結晶成長、粒子の性格描写およびタブレットのコーティングの調査からの AFM の使用を記述します。 薬剤の研究に使用する AFM 方法 AFM はによって小さいスキャン、一定した力を維持している間サンプル表面を渡る適用範囲が広い片持梁の端の鋭い先端の行われます。 先端のタイプはアプリケ−ション使用要件によって変わりますが、普通 5 から 10 ナノメーターの端の半径があります。 基本的な AFM セットアップでは、圧電気の管のスキャンナーはサンプル上のラスターパターンの先端をスキャンします。 先端サンプル相互作用は分割フォトダイオード探知器に片持梁の背部を離れてレーザーの反映によって監察されます。 過去数十年間に先端がサンプルをどのようにスキャンするか制御するために、いろいろな走査方式は開発されました。 接触モードおよび TappingMode™は操作の一般には使用された AFM の技術の 2 つです。 接触モード 接触モード AFM では、一定した片持梁偏向は各側面 (X、 Y) 地勢画像をでスキャンナー (z) を形作るデータ点縦に移動するフィードバックループによって維持されます。 スキャンの間の一定した偏向の維持によって、一定した縦力は先端とサンプルの間で維持されます。 イメージ投射の間の応用力は 0.1 そして 100 つの nanonewtons の間で普通及びます。 接触モードは広い応用範囲のための有用証明したが、時々比較的柔らかいサンプルの難しさがあります。 TappingMode TappingMode AFM は共鳴頻度 (普通約 300 キロヘルツ) の振動し、定数、弱められた振幅の表面を渡ってスキャンから片持梁成っています。 フィードバックループは地勢画像を形作るために (RMS)相応じて一定した応用力を維持するスキャンの間にスキャンナーを縦に移動することによって一定した 2乗平均平方根の振幅を維持します。 TappingMode の主な利点は接触モードより低い縦力と普通動作する、側面、あるサンプルを傷つけることができるせん断力を除去しますことであり。 イメージ投射柔らかく、壊れやすく、付着力微粒子の表面 従って、 TappingMode はイメージ投射柔らかく、壊れやすく、付着力の、微粒子の表面のための好まれた技術になりました。 AFM の最初の使用が高解像の地勢画像を作り出すことだったがスキャンのプローブの顕微鏡検査のフィールドに終ってサンプル表面の物理的で、物質的な特性を、調査するためにいくつかの関連の技術は開発されました (SPM)。 例えば、 PhaseImaging™は TappingMode イメージ投射の間に駆動機構シグナルに関して振動の片持梁の位相遅れのマップから成っています。 これは粘弾性、付着、 hydrophobicity および他の特性に基づいて領域を区別できる段階のマップと共に地勢画像を作り出します。 結晶成長 治療上のエージェントは薬剤配達のための結晶形式に一般に形作られます。 三次元表面の形態におよび結晶構造に製造に対する劇的な効果、配達の容易さ、結晶の薬剤形式の生物学的利用能、分解のレートおよび効力があります。 成長プロセスを合わせることは合うために動作、温度、 pH の集中のような成長パラメータを望み、付加的にレベルは最適化される必要があります。 結晶化のそのままの視覚化は AFM によって望ましい形態の作成の成長の条件を最適化するために、また成長のメカニズムおよび欠陥の形成を調査するために行なわれました。 例えば、研究者は甲高い声で話し、区は複数のインシュリン形式のそのままの結晶化の特性を調査するのに AFM を使用しました: 牛のようなインシュリン、 Lys のB28プロB29インシュリン、 ultralente のインシュリンおよびインシュリンプロタミンの複合体。 低い力によって必要とされた画像が原因でインシュリンの表面、それらは結晶化のアルコール飲料で TappingMode イメージ投射を直接使用しました。 図 1 は Lys のプロインシュリンの 11 時間に観察されたねじ転位のエピタキシアルB28成長をB29 示します。 
図 1. TappingMode そのままの結晶成長の間の Lys のプロインシュリンの (001 のB28)B29平面の AFM イメージ投射。 イメージ投射領域は 11 時間のピリオドにわたる 1 つの回転を完了するねじ転位のまわりに集中します。 画像は 1 の = 0、 2 の = 3605、 3 の = 7210、 4 の = 10,815、 5 の = 18,025、そして 6 の = 40,590 秒に得られました。 1-3 では、欠陥 (1) 先端によって計画的に形作られる 120 分以内に修理されます示される。 4-6 では、インシュリンの総計は成長する台地に組み込まれないボイドを形作ります。 5ìm スキャン。 C. Yip のトロント大学の画像礼儀。 台地は Lys の rhombohedral プロインシュリンのインシュリンの hexamer の c 軸線の間隔に一貫している高さのおよそ 30 オングストロームをB28測定しますB29 。 そのままで結晶化の動作を観察することは成長率を定め、リアルタイムの欠陥の形成を観察することを可能にしました。 ステップ進歩は毎秒およそ 5 ユニットのセル (Lys の-6 15 プロ hexamers) の接続機構に対応する毎秒 2 の x 10 マイクロメートルでB28行われるためにB29観察されました。 欠陥は悪い移動性による結晶構造ときちんと一直線に並んでなかった大きいインシュリンの総計によって引き起こされたようで従って成長する台地の転位そしてボイドを形作ります。 これらの観察は Lys のプロインシュリンと野生タイプのブタ/牛のようなB28インシュリンB29間の成長の特性の相違を調査するために行なわれました。 Lys のB28プロB29インシュリンは B 鎖の C 終点でシーケンス逆転による野生タイプのブタ/牛のようなインシュリンと異なります。 このシーケンス逆転はよりよい分解の特性のためのインシュリンの単量体連合を減らすように設計されていました。 ただし、シーケンス逆転はまた AFM によって観察されるように結晶化の動作の相違を、作り出しました。 Lys のB28プロB29インシュリンはより小さい接続機構エネルギー (_Gk) があるために示されていましたりもっと (001 の) 平面のねじ転位、より大きい台地の幅およびより耐久性がある空室を四捨五入しました。 これらの相違は治療上のエージェントとして水晶品質と動作の重要な影響があることができます。 多形 薬剤の物質の機能は複数の結晶形式に形作る多形と呼出されます。 異なった多形は容解性、分解、吸着、融点および安定性に影響を与える異なった物理化学的な特性を所有しています。 従って、多形性格描写は製薬産業の高い製品品質そして再現性の維持の重要なパラメータです。 で甲高い声で話せば上で論議されたインシュリンの区の調査はイメージ投射による結晶構造をマップするのに AFM の使用によってインシュリンの多形形式すべての 3 つの次元の分子格子間隔識別されました。 ナッティンガムの大学で、 Danesh および協力者は薬剤のシメチジンの多形の分布を識別し、マップするのに PhaseImaging の高度の技術を使用しました。 力相互作用の調査 (振幅段階の間隔関係) はそれから hydrophobicity の相違に基づいて多形を識別するために行なわれました。 図 2 では、シメチジンの多形 A および B は地勢画像で容易に区別されませんが、分布は段階の画像で容易に特徴付けられます。 段階の画像の対照は毛管力の変化による先端サンプル相互作用の相違を作り出す多形間の hydrophobicity の相違が多分原因です。 この対照は親水性の (plasmaetched) および疎水性 (alkylsilane) functionalized プローブとの実験を行なうことによって調査されました。 
親水性のプローブとの PhaseImaging 著行なわれる薬剤のシメチジンの多形形式 A および B の図 2. 分布。 段階の画像は (右の) TappingMode の地勢画像で明白 (ではない B (軽い) 多形の分布をおよび A の (暗い) 去りました示します)。 段階の画像の対照は hydrophobicity の相違が原因です。 4ìm スキャン。 C. ロバーツのナッティンガムの大学の画像礼儀。 粒子 固体適量形式の生産は 0.1 から 10 マイクロメートルのサイズ内の粒子に薬剤の形成から一般に、普通始まります。 これらの粒子の性格描写は形態以来の薬剤の公式、サイズの前に重要であり形は製造工程についての情報を提供できます。 粒度はまた影響の分解のレート、生物学的利用能、満足な均等性、安定性、質、流量特性および沈降レートに示され、こうして公式および治療上の効率に対する重要な効果をもたらします。 広く使われた多くの方法がダイナミックな光散乱およびレーザーの回折のようなライト分散の技術のような粒子を、調査するためにあります。 ただし、これらの技術は粒度または特性の分布を提供するために多数の粒子を見本抽出します。 頻繁に粒子を調査することがそれぞれ粒子システムのか理解の主ステップになるケースがあります。 直接個々の粒子を調査するための 1 つの共通方法は透過型電子顕微鏡です (TEM)。 ただし、頻繁に TEM のための小粒子のサンプル準備は挑戦的、時間のかかります。 AFM は正常に製造工程および行動の特性に形態を関連させるために薬剤の粒子を直接検査してしまいました。 図 3 は薬剤の粒子の形態を特徴付けるために AFM を使用例を示します。 薬剤の粒子は粒度への薬剤の水晶の製粉によって従来微粉化または噴霧乾燥の技術による 10 マイクロメートル以下形作られます。 
図 3. 高さ (左のコラム) および微粉化および SEDS によって薬剤の粒子に形作られる段階 (アセトアミノフェンの右のコラム) の画像。 図 3-1: 結晶の薄板を示す未加工開始材料。 図 3-2: 荒く、不規則な構造を示す微小体の粒子。 図 3-3: 0.9nm 結晶のステップの規則的で、スムーズな構造を示す SEDS の粒子。 図 3-4: 開始材料、微小体の粒子および SEDS の粒子の荒さ。 Patel、 Davies およびロバーツの分子プロフィール、イギリスの画像礼儀; そして Palakodaty、 Gilbert のヨーク、ブラッドフォードの粒子デザイン株式会社、イギリス。 ただし、問題はバッチにバッチ変化、残りの溶媒および粉の安定性に影響を与え、流れることができる静的満たされた粒子によるこれらの技術に起因できます。 臨界超過液体 (SEDS) による粒子の形成によって呼出される解決によって高められる分散の別の方法はこれらの問題の多数を克服し、粒度、形および形態のより多くの制御を提供します。 図 3-1 の左上 AFM の画像は結晶台地が見ることができるアセトアミノフェンの開始の原料を示します。 微粉化および SEDS によって形作られる粒子の画像は図で 3-2 および 3-3 それぞれ示されています。 微小体の粒子 微小体の粒子は未加工開始材料からの荒さの減少を一方大小の差があり、でかなりの表面荒さと不規則、 SEDS の粒子におよそ 10 マイクロメートルの規則的な形そしてサイズがある、示します (図 3-4 の右下の画像を見て下さい)。 AFM を通って示されているように、 SEDS によって作り出されるスムーザーの表面および規則的な形は微小体の材料と見つけられるバッチにバッチ変化および静電気問題を減らすべき、また粒子の流れの特性を改良します。 微粒 薬剤が微粒子形式になら、頻繁に微粒に薬剤の粒子を結合エージェント、希釈剤との混合し、エージェントを崩壊させることによって形作られます。 ぬれた粒状化プロセスは液体のつなぎか接着剤を混合物への追加し、ぬらされた大容量を望ましい網サイズのスクリーンのふるいを通して渡し、そして微粒を乾燥することから成っています。 生じる微粒は少数のミリメートルの範囲に普通あり、流れの特性で改善、また粒子に関して化学および物理的な安定性を示します。 AFM はずっと製造工程の間に根本的で物理化学的な、機械的処理に表面の構造を関連させるために微粒の形態そして荒さを特徴付けることで非常に正常です (図 4) を見て下さい。 
図 4. カフェイン、ラクトーゼおよびポリマーのぬれた微粒の表面の形態。 荒さの測定は形成プロセスおよび物理化学的な特性についての情報を提供します。 差込みの画像 - 振幅 (残っている) および高さの (右の) 画像。 5ìm スキャン。 T. 李、 K.R. Morris、および K. Park のパデュー大学の画像礼儀。 コーティング さまざまなかなうためにタブレットに加えられるかもしれない多くのコーティングがあります。 薬剤のコーティングの共通の使用は成っていて薬剤を空気および湿気からの保護し、障壁を不愉快な味見へ提供しか、または薬剤をかぎから、そして制御します分解の動作を。 砂糖のコーティングはタブレット、また適用するために耐久、より少なく扱いにくい、およびより少なく時間のかかるポリマーコーティングに非常に一般に応用です。 ポリマーコーティングは頻繁に消化器で破裂するように胃炎症を避け、薬剤の吸着を改善するために設計されています。 コーティングの微粒および他の薬剤の物質はまた制御されリリースおよび microencapsulated 適量形式のデザインの主ステップです。 AFM が沈殿パラメータ (温度、レート、構成、ずっと等のような) およびパフォーマンスにコーティングおよび薄膜の表面を関連させるのに一般に使用されています。 コーティングを調査する AFM の共通アプリケーションは表面の形態、荒さ、表面積、合成分布、硬度および気孔率の評価から成っています。 これらの特性の変更はまた老化および環境に関して調査されました。 図 5 は気孔が膜の濾過および薬剤リリースプロセスの間に形作られた制御されリリースアプリケーションのための膜としてタブレットのコーティングをこと機能示します。 コーティングの気孔構造、荒さおよび表面積は AFM によって容易に定めることができます。 
複雑な気孔構造を示す図 5. タブレットのコーティング。 表面の構造、荒さおよび表面積は容易に特徴付けることができます。 5ìm スキャン。 ALZA Corporation のサンプル礼儀。 概要 AFM はいろいろ技術を薬剤の公式プロセスのステップを評価するために薬剤の研究者および製造業者に与えます。 この記事の例は空気および流動環境の高解像イメージ投射と、 AFM が動的過程、製造の変数、構成の分布および構造機能関係の調査のユーティリティを見つけたことを示します。 TappingMode および PhaseImaging の技術のための機能と、 AFM は他の解析技法によって得ることができない情報を提供します。 従って、 AFM は他の SPM の技術のより多くのアプリケーションそして採用の確実に原因となる製薬産業の増加する使用を見つけています。 |