連載|激光粒度儀在藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）中的應(yīng)用實(shí)踐（二）合規(guī)性的測試方法目標(biāo)設(shè)計(jì)、開發(fā)、驗(yàn)證、審核
沈興志
珠海歐美克儀器有限公司產(chǎn)品經(jīng)理，中國顆粒學(xué)會青年理事，全國顆粒表征與分檢及篩網(wǎng)標(biāo)委會顆粒分技術(shù)委員會委員，具有超過20年的光學(xué)分析儀器的技術(shù)工作經(jīng)驗(yàn)。主要從事粒度分析儀、Zeta電位分析儀、光譜儀等光學(xué)儀器在多種不同領(lǐng)域的應(yīng)用解決方案研究和開發(fā)、技術(shù)支持、應(yīng)用培訓(xùn)和推廣等方面工作，并參與相關(guān)儀器的開發(fā)和完善。協(xié)助分析儀器需求者開發(fā)和優(yōu)化合適的測試方法，使測試結(jié)果更可靠。提供分析儀器在產(chǎn)業(yè)鏈中的質(zhì)控方法的管理和質(zhì)量信息的傳遞的技術(shù)咨詢和服務(wù)，使分析儀器能發(fā)揮其最佳的性能和社會效益。
分析方法生命周期可以使用一個(gè)三階段的概念，與目前工藝驗(yàn)證技術(shù)保持一致：
第1階段：方法設(shè)計(jì)和開發(fā)（知識收集、風(fēng)險(xiǎn)評估和控制、分析控制策略、知識管理、確認(rèn)準(zhǔn)備）
第2階段：分析方法性能確認(rèn)
第3階段：持續(xù)方法性能確認(rèn)（日常監(jiān)測、分析方法變更）
評估方法合規(guī)性的關(guān)鍵是“決策規(guī)則"。結(jié)合所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量特性，并結(jié)合做出錯(cuò)誤決定的概率的可接受水平，設(shè)計(jì)相關(guān)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)。這些規(guī)則根據(jù)測量的數(shù)量值、其不確定度和規(guī)格限值決定是否接受或拒絕一個(gè)產(chǎn)品。
根據(jù)方法的預(yù)期用途，方法的要求包括性能標(biāo)準(zhǔn)精度、選擇性、靈敏度、線性和耐用性，但也包括樣品周轉(zhuǎn)時(shí)間、通過能力、分析總成本和易操作性。一旦定義了分析目標(biāo)概況（Analytical Target Profile, ATP），就需要根據(jù)分析人員的知識、生產(chǎn)產(chǎn)品的實(shí)際情況或參考藥典選擇最有可能提供符合ATP的分析數(shù)據(jù)的分析技術(shù)和評價(jià)指標(biāo)。隨后，可通過方法設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評估繼續(xù)分析方法的生命周期。
在激光粒度儀的質(zhì)控中，常用精密度、中間精密度、耐用性、靈敏度等指標(biāo)對測試方法的性能進(jìn)行評價(jià)。
方法學(xué)澡盆曲線，Region A方法開發(fā)驗(yàn)證，Region B 方法穩(wěn)健運(yùn)行區(qū)，Region C方法的維護(hù)和優(yōu)化
方法設(shè)計(jì)
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分析方法生命周期管理與方法的設(shè)計(jì)有關(guān)。對于成功的方法開發(fā)，了解方法的基本原理是很重要的。需要對分析方法的關(guān)鍵變量以及它們?nèi)绾斡绊懛治龇椒ㄓ谐浞值牧私狻?/span>
此外，重要的是要在開發(fā)階段考慮收集所有信息，包括樣品制備和標(biāo)準(zhǔn)溶液制備，以確保最終方法適用性和耐用性。因此，方法設(shè)計(jì)不僅要考慮ATP，還要考慮分析實(shí)驗(yàn)室的能力和人員教育狀況。
▲ 激光粒度儀粒度微分分布圖及特征粒徑D50，D90
當(dāng)粒度分析結(jié)果用于顆粒產(chǎn)品質(zhì)量判斷時(shí)，普遍地選取D10、D50、D90這三個(gè)特征粒徑，分別作為材料中粒徑較小、中間和較大的顆粒的代表性粒徑數(shù)值。通過設(shè)定D10、D50、D90的許可范圍作為質(zhì)控依據(jù)，可以使實(shí)際生產(chǎn)中的顆粒材料符合相對應(yīng)的質(zhì)量要求，在工業(yè)生產(chǎn)的來料、過程產(chǎn)品和終產(chǎn)品的質(zhì)控中發(fā)揮著積極的作用。
然而，隨著工業(yè)原材料和工業(yè)制品質(zhì)量水平的不斷提高，不少行業(yè)對顆粒產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求，例如對極少量離群組分的關(guān)注、對混合材料的混料比例及均勻性質(zhì)控等等。
舉例來說，通過在標(biāo)準(zhǔn)樣品中添加不同粒徑級配的粉體以改善粉體的填充性能、流動(dòng)性或混勻性能等，如果要對混合物料的混料過程進(jìn)行質(zhì)控，需要準(zhǔn)確地進(jìn)行各組分配比的測量。當(dāng)細(xì)顆粒添加量較少時(shí)，選用D10、D50、D90不一定能準(zhǔn)確反應(yīng)質(zhì)控目的。此時(shí)，可以選用一定粒徑以細(xì)的累積含量或粒徑區(qū)間的含量作為質(zhì)控指標(biāo)。
一個(gè)典型的含有一個(gè)少量組分的混合物料的粒徑分布的例子如下圖所示，可以選用10um以細(xì)含量作為小顆?；靹蚯闆r的質(zhì)控。更多的案例請參考本公眾號歷史文章：《粒徑分布的表述與激光粒度儀的質(zhì)控指標(biāo)的設(shè)計(jì)》。
方法開發(fā)
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方法開發(fā)的策略受到方法設(shè)計(jì)決策過程中選擇的分析目的的影響。在激光粒度儀的實(shí)踐中，樣品的取樣和制備方法的開發(fā)和分析方法開發(fā)同等重要，通常對整個(gè)方法的結(jié)果至關(guān)重要。當(dāng)樣品取樣、分散方法不理想時(shí)，可能會影響到方法的精密度、耐用性、方法轉(zhuǎn)移等。
通過合理的設(shè)計(jì)試驗(yàn)，利用分析結(jié)果的精密度、中間精密度和靈敏度的變化來找出質(zhì)控中的薄弱環(huán)節(jié)，從而不斷優(yōu)化粒度測量的條件和方法，以達(dá)到提高質(zhì)控水平的目的。激光粒度儀測試結(jié)果真實(shí)性水平與諸多因素有關(guān)，這些因素在最終結(jié)果上的影響互相疊加，導(dǎo)致儀器使用人員往往在優(yōu)化質(zhì)控體系時(shí)難以找到頭緒。
舉例來說，對于一些同時(shí)含有較大顆粒和較小顆粒的分布寬的且微溶于水的易碎樣品，測試結(jié)果非常不穩(wěn)定，如何提高其粒度測試的真實(shí)性呢？最佳的方法是設(shè)計(jì)一系列試驗(yàn)在樣品、儀器、方法和參數(shù)上進(jìn)行逐一的分析，彌補(bǔ)或規(guī)避薄弱環(huán)節(jié)，形成最優(yōu)的質(zhì)控解決方案。
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根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件和樣品特性選擇合適的測試介質(zhì)
理想的測試介質(zhì)宜選用與顆粒親潤性好且不易導(dǎo)致被測顆粒發(fā)生溶解、膨脹、凝聚等變化的常用媒介，例如水，乙醇，礦物油，油酸甲酯，空氣等。通過觀察單次取樣的重復(fù)性（精密度）、多次取樣的重現(xiàn)性（中間精密度）來判斷選用介質(zhì)是否合適。
一般來說，在介質(zhì)中具有一定溶解性的顆粒在循環(huán)檢測中常表現(xiàn)出遮光率下降，小顆粒優(yōu)先于大顆粒溶解的現(xiàn)象，伴隨著測試結(jié)果的波動(dòng)。由于原料藥成份以有機(jī)物為多，部分顆?？赡軣o法找到完全不溶的介質(zhì)，更適宜選擇壓縮空氣分散的干法測試系統(tǒng)。
2
根據(jù)顆粒在介質(zhì)中的分散特性選擇相應(yīng)的表面
活性劑和分散解聚劑
部分顆粒由于表面疏水特性，在水中加樣時(shí)易發(fā)生漂浮或抱團(tuán)的現(xiàn)象。對于此部分樣品可以選取少量較低濃度的表面活性劑潤濕顆粒后加樣，觀察加樣后循環(huán)體系穩(wěn)定性選擇是否加入分散解聚劑或啟用其他解聚手段以達(dá)到穩(wěn)健測量的目的。部分易潮解結(jié)團(tuán)的干法測試樣品可以選擇加配旋轉(zhuǎn)鋼珠輔助分散。
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穩(wěn)健測試方法的開發(fā)
顆粒相關(guān)的取樣分散手段多種多樣，測試方法開發(fā)的重點(diǎn)是讓顆粒在不被破壞的前提下處于相對穩(wěn)定的分散狀態(tài)下被檢測，此時(shí)測試結(jié)果相對穩(wěn)定，受環(huán)境條件的細(xì)微變化的影響最小。
對常見的樣品分散方法，例如攪拌速度，超聲強(qiáng)度和時(shí)間，分散解聚劑的使用和用量，分散壓力的大小，下料速度、加樣量（遮光率相關(guān)）等的控制，通常采用在不斷加強(qiáng)或減弱相對應(yīng)分散方法的同時(shí)實(shí)時(shí)記錄粒徑結(jié)果和對相應(yīng)參數(shù)變化制圖進(jìn)行分析。通常所得的圖像包括若干快速變化的過程和一個(gè)平臺期，類似酸堿滴定的曲線，所以通常被稱作滴定法方法開發(fā)。
▲ 典型的激光粒度儀濕法分散過程
如上圖所示，在樣品加入進(jìn)樣器循環(huán)攪拌30秒后開啟超聲，每10秒測試一次記錄測試結(jié)果?？梢钥吹浇?jīng)過攪拌和超聲分散1分鐘以后特征粒徑D50、D10和D90趨于穩(wěn)定，我們最終選取分散1分30秒穩(wěn)定狀態(tài)的分散條件作為該標(biāo)號產(chǎn)品的測試標(biāo)準(zhǔn)，可以明顯減少結(jié)果的波動(dòng)，從而提高了質(zhì)控的穩(wěn)健性。
▲ 典型的激光粒度儀干法分散壓力滴定過程
比如，在干法測試中最重要的參數(shù)是分散氣壓。選擇多大的分散氣壓，一方面需要保障較細(xì)顆粒的分散效果，另一方面要盡量避免高壓力梯度氣流對樣品顆粒的破碎效果。評估此參數(shù)選擇是否合適的方法，一是逐步增加、減少分散氣壓看測試結(jié)果隨之的變化。一般伴隨從低到高的分散壓變化可以看到測試結(jié)果逐漸變小，到達(dá)一平臺期后，又進(jìn)一步減小。前段是隨分散壓提高顆粒逐步被分散徹底，團(tuán)聚減少達(dá)到穩(wěn)定；后段則可能是樣品顆粒發(fā)生了碎裂。
一般來說，隨著分散進(jìn)行，代表大顆粒的D90將比小顆粒的D10更早穩(wěn)定下來，如果發(fā)生了顆粒破碎，D90波動(dòng)常常大于D10。如上圖所示，該樣品干法測試宜選用1.5bar左右的分散壓力，可以獲得最佳的中間精密度結(jié)果。對于一些非常脆弱的樣品，則可能在未完全分散的情況下就發(fā)生了碎裂，此種情況就需要嚴(yán)格保證在一致的條件下分析樣品，最好能結(jié)合其他方法學(xué)測試手段來確定最佳測試條件，例如采用顯微圖像法或以濕法測量等。部分儀器內(nèi)置了分散壓力和負(fù)壓力傳感器，在測試條件的一致性把控和結(jié)果追溯時(shí)都可以起到積極的作用。
類似的我們可以在其他條件不變的前提下，逐一找到各相關(guān)取樣、分散、測量的最佳條件，并把這些方法及相關(guān)參數(shù)以SOP測量文件固定下來，用于未來同類樣品的質(zhì)控。需要說明的一點(diǎn)，科學(xué)的分散并不總是意味著將顆粒分散到最徹底，適宜的顆粒表征測量宜盡量模擬顆粒在工藝或應(yīng)用中的狀態(tài)進(jìn)行，結(jié)果更具應(yīng)用指導(dǎo)性。
4
分析儀器的選擇
通過模擬質(zhì)控目標(biāo)，對儀器的測試性能，例如所關(guān)注指標(biāo)的線性等進(jìn)行考察，可以快速分析儀器質(zhì)控能力。由于具體樣品可能存在不穩(wěn)定的因素，所以一般采用與待分析樣品粒徑分布接近的穩(wěn)定的已知樣品來考察儀器的質(zhì)控性能。可根據(jù)質(zhì)控要求設(shè)計(jì)相關(guān)測試，驗(yàn)證儀器是否具備諸如準(zhǔn)確識別測試范圍內(nèi)各樣品整體粒徑分布，是否能準(zhǔn)確識別樣品各組份顆粒大小和含量，以及儀器靈敏識別樣品或組份的細(xì)微差別等的能力等，結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量評價(jià)要求進(jìn)行選擇。
例如，對于不穩(wěn)定或易碎樣品，宜用盡可能溫和的分散條件，在分散穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行測試，這樣對儀器分散壓的監(jiān)控和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。對于與光源有強(qiáng)吸收、反射或雙折射特性的樣品，典型的例如一些紅色黑色著色添加劑，或二氧化硅、氫氧化鋁粉等輔料，可以選擇具有不同波長/顏色光源的粒度儀進(jìn)行匹配測試提高測量結(jié)果的真實(shí)性。
▲ 歐美克LS-609 激光粒度分析儀
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系統(tǒng)方法開發(fā)
與傳統(tǒng)方法相比，一種更系統(tǒng)的方法是使用統(tǒng)計(jì)方法或軟件輔助作為快速有效的測試工具。在過去的幾年里，對系統(tǒng)方法開發(fā)策略進(jìn)行了大量的研究，F(xiàn)DA的“21世紀(jì)藥品當(dāng)前良好生產(chǎn)規(guī)范（CGMPS）——基于風(fēng)險(xiǎn)的方法"倡議也推薦了一種系統(tǒng)方法。QbD概念可以擴(kuò)展到分析方法開發(fā)，包括方法目標(biāo)的定義、風(fēng)險(xiǎn)評估、設(shè)計(jì)空間的規(guī)范、實(shí)施控制策略和持續(xù)改進(jìn)，以提高方法的耐用性。質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理（QRM）過程在ICH Q9指南中有詳細(xì)描述，包括風(fēng)險(xiǎn)評估、風(fēng)險(xiǎn)控制和風(fēng)險(xiǎn)評審（圖4）。
在開發(fā)分析方法的各個(gè)階段，可以使用“魚骨"圖或失效模式影響分析（FMEA）和優(yōu)先級矩陣（PM）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，以評估對方法性能影響最大的因素。
▲ QRM過程概要
方法驗(yàn)證
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生命周期的第二階段，當(dāng)物理測試作為放行目的的時(shí)候，需要對分析方法進(jìn)行性能的驗(yàn)證。方法性能驗(yàn)證的目的是確認(rèn)該方法將按預(yù)期運(yùn)行，并滿足先前定義的ATP標(biāo)準(zhǔn)。SOP可以作為驗(yàn)證粒度分布方法的協(xié)議。方法驗(yàn)證中通常考慮的參數(shù)包括精密度、線性、準(zhǔn)確度、靈敏度、耐用性等。它們的相關(guān)性很大程度上取決于ATP。
方法轉(zhuǎn)移和連續(xù)方法性能驗(yàn)證
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在大多數(shù)產(chǎn)品生命周期的某個(gè)階段，從開發(fā)、擴(kuò)大、制造、生產(chǎn)和投產(chǎn)到批準(zhǔn)后階段，都會將工藝轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地點(diǎn)。對于分析方法的轉(zhuǎn)移，也有類似的程序。目前的方法轉(zhuǎn)移包括比較測試、方法聯(lián)合驗(yàn)證、方法驗(yàn)證或再驗(yàn)證或轉(zhuǎn)移豁免作為替代策略。方法轉(zhuǎn)移過程中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)評估，來確定需要進(jìn)行對比的參數(shù)，使得在新的環(huán)境下依然能保持分析方法對質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行有效的評價(jià)。
方法開發(fā)和驗(yàn)證完成后，根據(jù)方法生命周期可用的風(fēng)險(xiǎn)評估和數(shù)據(jù)建立方法控制策略，然后將該方法用于常規(guī)用途，其中建立對方法性能隨時(shí)間變化的連續(xù)監(jiān)測，并可在需要時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。技術(shù)進(jìn)步與監(jiān)管要求的變化都有可能導(dǎo)致分析方法的變更。作為分析方法生命周期的一個(gè)重要方面，性能驗(yàn)證用于檢查方法在日常使用中的運(yùn)行方式，以及結(jié)果數(shù)據(jù)是否適合其預(yù)期用途。USP<1010>“分析數(shù)據(jù)-解釋和處理"，提到了對分析性能數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測的連續(xù)程序，可通過跟蹤實(shí)際樣品或標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果、系統(tǒng)適用性數(shù)據(jù)趨勢分析、穩(wěn)定性研究的精度評估或參考批次的分析來實(shí)現(xiàn)。
方法失效
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作為方法生命周期的最后階段，其終止也應(yīng)遵循質(zhì)量管理原則。一方面，需要考慮數(shù)據(jù)存儲，特別是在規(guī)范環(huán)境中使用該方法時(shí)。然而，越來越多的研究機(jī)構(gòu)否認(rèn)原始數(shù)據(jù)存儲也值得關(guān)注。為了能夠在原始分析方法終止后的幾年內(nèi)重新評估數(shù)據(jù)，還需要考慮相關(guān)軟件的存儲。由于實(shí)驗(yàn)室范圍的變化，一種方法可能被完全終止，或者一種新的方法可能基于結(jié)論，以滿足新定義的ATP要求。如果一個(gè)新方法是基于失效的方法，則可以使用早期生命周期的某些部分來啟動(dòng)新方法。
連載說明
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《激光粒度儀在藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）中的應(yīng)用實(shí)踐》系列連載文章之《實(shí)踐（三）合規(guī)性的計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)要求和審核》等將在“歐美克儀器"微信公眾號持續(xù)更新，敬請關(guān)注！
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參考文獻(xiàn)：
1.《粒徑分布的表述與激光粒度儀的質(zhì)控指標(biāo)的設(shè)計(jì)》，歐美克儀器微信公眾號
2. 《穩(wěn)健的粉體、劑型激光粒度儀顆粒粒徑質(zhì)控評價(jià)》，世界農(nóng)藥第42 卷第7 期 41-51， 2020 年7 月
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