SONICC®（非對稱晶體的二階非線性成像）是一種新穎的成像技術，在量化小分子結晶度方面提供了前所未有的靈敏度。SONICC 可用于檢測無定形固體分散體中低至 0.03% 的結晶 API 濃度。其分析速度快（小于 1 秒），無需制備樣品，且分析可以在存在賦形劑的情況下以最終形式進行。

無定形固體分散體

藥物中活性藥物成分 (API) 的生物利用度通常與 API 分子本身的溶解度密切相關。當存在這種分子的多晶型時，最穩定的分子形式通常是結晶型。可惜的是，這種結晶多晶型物通常也是最難溶解的。在這種情況下，需要開發基于 API 的無定形形式的配方，通過添加精確的添加劑組合來獲得穩定性。聚合物和其他賦形劑以不同的量使用以形成穩定的制劑，從而延緩更易溶解的無定形 API 轉化為其較難溶解的結晶形式。出于優化的目的，這些配方經受各種應力（溫度、濕度等）以模擬加速老化，同時進行監測以確保它們保持無定形，從而保持其溶解特性。分析配方中 API 狀態的常用技術包括 X 射線粉末衍射、雙折射、拉曼顯微鏡和量熱法。這些技術在靈敏度和選擇性之間都有著各自的平衡，X 射線衍射通常被認為是功能最強大的；其通常觀察到結晶度低至 1-2% 的檢測限。偏光顯微鏡 (PLM) 可提供低至單粒子狀態的較低檢測限，但它缺乏選擇性。所有晶體（包括賦形劑晶體）都將使用 PLM 檢測，因此無法分析片劑劑型中的配方。

SONICC 帶來前所未有的靈敏度

最近由普渡大學的 Garth Simpson 教授所開發的一種名為 SONICC（非對稱晶體的二階非線性光學成像）的新表征技術，由 Formulatrix 獨家授權代理，該技術為非對稱晶體研究帶來了前所未有的靈敏度，目前已證明該技術定量限 (LOQ) ) 低至 0.03% 的結晶度。1,2 SONICC 使用多光子顯微鏡選擇性地檢測非對稱晶體，不受無定形或非手性材料的干擾。SONICC 依賴于二次諧波 (SHG)，其中兩個低能量光子在強電場下結合形成更高能量的光子。而這個過程只發生在非中心對稱有序晶體中。因此，信號僅在非對稱晶體存在的情況下產生；背景信號極低，導致非對稱結晶小分子具有極好的檢測限。

SONICC 用于絕對定量

對特定配方中的結晶 API 進行定量可以深入了解配方的穩定性，并有助于確定其在穩定 API 方面的有效性。SONICC 使用校準標準，可以確定未知樣品中結晶材料的濃度。為了驗證此概念，在無定形灰黃霉素和共聚維酮片劑中加入不同量的結晶灰黃霉素。我們繪制了 SONICC 響應與加標量的校準曲線，并與直線擬合（圖 1）。以重量計 2% 的結晶材料制備測試樣品，并用 SONICC 一式三份進行分析。使用圖 1 所示的校準曲線，測試樣品的結晶度確定為 1.6% +/- 0.3%。精確到 2% 的樣品制備并非易事，并且是這些測量中最大的誤差來源。其中一種標準片劑的 SHG 圖像如圖 4 所示。從顯微鏡圖像中可以明顯看出，結晶灰黃霉素在片劑中分布不均勻，從而導致測試樣品分析出現錯誤。

圖 1. 加標已知量結晶灰黃霉素的無定形灰黃霉素/共聚維酮片劑的 SONICC 響應與 % 結晶度的校準曲線。

在一項研究中證明了 LOQ 比粉末 X 射線衍射 (PXRD) 提高了一個數量級，其中純結晶灰黃霉素樣品在冷凍研磨時間增加后用 SONICC 和 XRD 進行分析。如圖 2 所示，冷凍研磨 1 小時后，PXRD 無法再檢測到任何結晶材料，而 3 小時后，SONICC 仍檢測到 0.05% 的結晶材料存在。2 使用 SONICC 對 LOQ 的這一數量級改進使得其能夠評估結晶度低的樣品，并能夠分析低載藥量的樣品。

圖 2. 結晶灰黃霉素樣品的相對結晶度與低溫研磨時間的關系。2

SONICC 用于相對定量

獲得樣品中 API 結晶程度的絕對定量并不總是可行或必要的。通常，樣品之間的相對差異足以評估各種配方。例如，在壓力和非壓力條件下分析了不同載藥濃度的藥物配方（出于專有原因未公開）。這個特殊的案例研究適用于載藥量非常低（0.03% 和 3.2% 藥物濃度）的樣品，使用 PXRD 等傳統技術不容易評估。如圖 3 所示，SONICC 可以很容易地識別出不同配方之間結晶度百分比的相對差異。即使樣品僅含有 0.03% API，SONICC 仍然可以區分受壓樣品和未受壓樣品。SONICC 還能分析得出，與安慰劑和 0.03% 的無應力樣品相比，3.2% 濃度的無應力樣品存在顯著的結晶物質。

圖 3. 在壓力和非壓力條件下，不同載藥量（0.03% 和 3.2%）的藥物配方的相對 SHG 響應。

SONICC 提供空間分布信息

SONICC 是一種成像技術，它提供了有關樣品中結晶藥物空間分布的有用信息。而這在評估各種混合技術時特別有用。例如，用無定形灰黃霉素、共聚維酮和少量結晶灰黃霉素制備粉末樣品。在圖 4 中可以看到 SONICC 成像，其中可以在分散體中識別出一大塊結晶材料。我們能在 500 ms 內獲得 3um x,y 分辨率的 2mm 正方形圖像。由于 SONICC 是一種多光子技術，可以在 z 方向以 ~30 μm 的分辨率實現高達 500 μm 的深度穿透。灰黃霉素/共聚維酮片劑的 3-D 效果圖如圖 5 所示。這對于分析帶有包衣的片劑特別有用。SONICC 可以穿透涂層并提供有關藥物如何定位以及它是結晶還是無定形形式的信息。

圖 4. 無定形灰黃霉素/共聚維酮片劑中結晶灰黃霉素的 SONICC 成像。

圖 5. 無定形灰黃霉素/共聚維酮片劑中結晶灰黃霉素的 SONIC 3D 渲染。

SONICC 也可用于檢測紫外激發熒光的模式。這對于可視化 API（以結晶或無定形形式）在配方中的位置特別有用。紫外熒光模式是特定于分子的，例如發出熒光但對結晶度沒有選擇性的 API。結合晶體特異性 SHG 模式的 UV 模式可以顯示藥物的定位位置和形式。圖 6 中可以看到無定形灰黃霉素/共聚維酮片劑的多光子 UV 熒光成像。

圖 6. 無定形灰黃霉素/共聚維酮片劑的紫外雙光子激發熒光圖像。

總結

SONICC 提供的極低檢測限和選擇性使科學家能夠更多地了解他們的配方。SONICC 提供了一種分析低載藥量配方的方法，否則傳統技術無法對其進行研究。SONICC 提供了通過偏光顯微鏡獲得的靈敏度和成像信息，同時仍為 API 提供選擇性。我們預想在顯著加快的時間點能夠進行有意義的評估。用戶只能通過 Formulatrix 獲得 SONICC 儀器和服務。