RAMANOVO ZOBRAZOVÁNÍ
KOMBINOVANÉ RAMAN-SEM ZOBRAZOVÁNÍ PRO FARMACEUTICKÉ STUDIE
VOMHOF E., SCHMIDT U. WITec GmbH, Ulm, Germany, www.WITec.de, info@WITec.de
V tomto článku je prezentováno korelativní Ramanovo zobrazování a rastrovací elektronová mikroskopie (Raman Imaging and Scanning Electron (RISE) microscopy) jako užitečný nástroj pro studium jemných struktur a chemického složení farmaceutických vzorků.
Konfokální Ramanovo zobrazování je zavedená spektroskopická metoda pro studium chemického složení vzorků. Je založena na Rama- nově jevu, který je způsoben nepružným rozptylem dopadajícího světla molekulami. Charakteristické posuvy energie rozptýlených fotonů jsou viditelné v unikátních Ramanových spektrech, která jsou používána pro identifikaci chemických složek. V Ramanově zobrazovací mikroskopii jsou kompletní Ramanova spektra načtena pro každý pixel obrazu a výsledné Ramanovo zobrazení vizualizuje prostorové rozlišení složek vzorku. Geometrie dráhy paprsku konfokálního Ramanova mikro- skopu vytváří ostře definovanou rovinu pro načítání dat, kterou je možné u transparentního vzorku skenovat v ose z, což umožňuje vytváření 3D obrazů. Výhody Ramanova zobrazování pro farmaceutické aplikace Během výroby a kontroly kvality je zapotřebí sledovat složení farma- ceutických formulací a detekovat případné nečistoty, aby byla zajištěna čistota, účinnost a bezpečnost léků. Protože mnoho aktivních farma- ceutických složek (active pharmaceutical ingredient (API)) vytváří silný Ramanův signál díky svým vazbám pí, může je Ramanova spektroskopie snadno identifikovat [1]. Polymorfy látek mohou být rozlišeny na základě jejich Ramanových spekter, což je důležité, protože se často liší svou biodostupností [1–3]. Rozložení složek vzorku může být analyzováno Ramanovým zobrazováním a může ukázat například stupeň nehomo- genity vzorku. Metodika je použitelná pro kapalná nebo pevná farma- ceutika bez poškození vzorku a nevyžaduje specializovanou přípravu vzorku, velké objemy vzorku ani vysoké koncentrace. Pro průmyslové aplikace s vysokou průchodností může být Ramanovo měření, včetně optického nastavení, standardizováno a automatizováno, aby byla za- jištěna optimální výkonnost systému i konzistentnost a opakovatelnost výsledků. Vysoký stupeň automatizace také umožňuje provádění dálkově řízených analýz v uzavřených prostředích. Kromě toho lze Ramanovo zobrazování kombinovat s komplementárními metodikami pro studium struktury, jako je třeba rastrovací elektronová mikroskopie (SEM), jak bude dále detailně popsáno. RISE: Ramanova zobrazovací a rastrovací elektronová mikroskopie Mnoho farmaceutických studií profituje z korelovaných informací o chemickém složení a informací o struktuře s vysokým rozlišení [2]. Rastrovací elektronová mikroskopie (SEM) bývá často kombinována s energiově disperzní rentgenovou spektroskopií (EDS), která identi- fikuje prvky ve vzorku. Ramanova mikroskopie je skvělým doplňkem, protože dokáže identifikovat molekuly a dokonce rozlišit polymorfy. Ramanova zobrazovací a rastrovací elektronová mikroskopie (RISE) byla vyvinuta s ohledem na tyto typy korelativních analýz [4,5]. RISE mikroskop umožňuje získávat Ramanovy obrazy a SEM obrazy s vy- sokým rozlišením z přesně stejného místa, protože vzorek se vakuové komoře automaticky přesouvá mezi pozicemi pro Ramanovu a SEM analýzu. Prezentovaná měření byla provedena s mikroskopem WITec/ Tescan RISE. Analýza farmaceutických částic Mikročástice jsou obvyklým dopravním systémem pro léčiva a jejich morfologie a složení může ovlivnit biodostupnost dodávané API [1, 2]. V této studii byla studovány částice inhalačního přípravku proti astma po aplikaci spreje na křemíkový substrát. Velkoplošné obrazy
v bílém světle odhalily částice o různých velikostech (obr. 1a). Byly získány Ramanovy obrazy (při použití excitačního laseru 532 nm) dvou oblastí, z nichž každá obsahovala pouze jednu částici o délce i šířce v řádu několika mikronů. V obou obrazech byly detekovány 4 chemické složky, které byly identifikovány na základě jejich Ramanových spekter (obr. 1b) oblasti obsahující tyto složky byly v Ramanových obrazech částic barevně kódovány (obr. 1c a 1d). Částice se skládaly hlavně z laktózy ve dvou různých hydratačních stavech (modrá, zelená) API byl glukokortikoid flutikason propionát (červená), který bývá běžně předepisován pro léčbu astmatu. Čtvrtá látka reprezentovala mléčné složky (růžová), které se občas vyskytují ve formulacích obsahujících laktózu z kravského mléka. SEM obrazy stejných oblastí vzorku odhalily s vysokým rozlišením porézní strukturu částic (obr. 1e a 1f). Byly získány v podmínkách nízkého vakua (30 Pa) s urychlovacím napětím 15 kV a BSE detektorem. Kombinované obrazy Raman-SEM korelovaly che- mické a strukturní informace, čímž zviditelnily distribuci chemických složek na povrchu částic (obr. 1g a 1h). Při použití algoritmů analýzy částic by bylo možné při takovémto měření určit také strukturní infor- mace, jako je např. distribuce velikostí částic. Obr. 1: Korelativní Raman-SEM (RISE) analýza částic inhalačního pří- pravku proti astma. a: Příklad obrazu částic v bílém světle; b: Ramanova spektra chemic- kých složek identifikovaných v částicích: API flutikason propionát (červená), laktóza ve dvou různých hydratačních stavech (modrá, zelená) a mléčné složky (růžová); c, d: Ramanovy obrazy dvou částic, aby barevně kódované podle barev spekter z b; e, f: SEM obrazy stejných částic jako v c a d; g, h: RISE obrazy: Proložené odpovídající Ramanovy a SEM obrazy.
16
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIII (2023)
Made with FlippingBook - professional solution for displaying marketing and sales documents online