连续结晶器

#Integrity 10 平行结晶系统#结晶介稳区是指溶解度平衡曲线与超溶解度曲线之间的区域。溶解度曲线和超溶解度曲线将溶液浓度-温度相图分割成三个区域，分别是稳定区、介稳区和不稳定区。一个特定的物系，只有一条明确的溶解度曲线，而超溶解度曲线的位置却受到很多因素的影响，如有无搅拌、搅拌速度、有无晶种、晶种的大小种类、杂质，超声波、电磁场等。介稳区理论对API结晶工艺过程控制至关重要。在一个结晶过程中，当过饱和度超过介稳区进入不稳定区域时，溶液中就会自发成核。为了使得产品具有较高的纯度和理想的粒度分布，通常将结晶过程控制在介稳区内进行。介稳区宽度越大，说明结晶物质的过饱和溶液越稳定。图1：介稳区示意图介稳区宽度的测定对于工业结晶有着非常重要的意义，它不仅是结晶操作时选取适宜过饱和度的依据，也是进行过夜结晶器设计的重要参数，也就是说，要求的较为准确的最大过饱和度或最大过冷却度，作为设计中选择适宜的过饱和度的依据。目前使用经典技术测量样品溶液的溶解度点和成核点可能需要很长时间。在蛋白质的应用中，这是一个特殊的问题，因为不能用一种方法同时进行测定。 本应用简报介绍了一种快速、可靠且可重复的测定方法，用于测定乙酸钠缓冲溶液中溶菌酶的介稳区宽度。该方法使用配备红外透射检测器的 STEM Integrity 10 平行结晶系统，使用浊度测量技术进行检测。图2：STEM Integrity 10 平行结晶系统相关实验及结果 实验方法：溶液在 STEM Integrity 10 平行结晶系统中以 0.1°C/min 的控制方式加热和冷却，以确定成核点和溶解度点。使用可选的浸入式 IR 探头(货号：ATS10230)收集浊度测量值。 实验结果：溶解度点定义为透射率百分比达到稳定平台的点，形核点定义为透射率百分比持续下降的第一个点，如下图所示。图3: 溶菌酶溶液浊度随温度的变化(15mg/ml)下图确定了许多溶液浓度下的成核点和溶解度点。图4:12mg/ml和20mg/ml溶菌酶溶液浊度随温度的变化根据浊度测量确定的成核点和溶解度点与下图所示伪相图中溶菌酶溶解度的文献数据一起绘制。图5:溶菌酶蛋白假相图(4%NaCl，0.1M醋酸钠缓冲液pH 5.0)这种类型的图表的构造使得介稳区很容易被识别。结论：通过使用浊度测量技术确定具有不同蛋白质浓度的溶液的成核点和溶解度点。该方法的特点是重现性好、可信度高。结合文献报道的已知相图，本研究中获得的数据显示了良好的相关性。与其他经典方法相比，使用这种技术可以在几个小时内确定介稳区宽度，并且精度极高。Integrity 10 应用及配置一、Integrity 10应用方向：介稳区宽度测定快速获取溶解度曲线测定成核诱导时间API晶型高效率筛选API溶解度筛选化学反应条件筛选二、Integrity 10为您提供：1. 多管平行结晶系统10个完全独立的反应池，行业领先每个反应池独立控温和搅拌温度范围: -30°C~150°C搅拌速度: 350rpm~1200rpm2. 精确的温度控制变温速度可以在0.1°C/min至5°C/min之间选择反应池间可承受温差高达180℃温度均一性: ±0.5℃分辨率: 0.01℃3. 强大的软件功能直观，易于操作，由您指尖随心完全控制6’高清微处理触摸屏PC软件可快速获取溶解度曲线，用于溶解度/结晶评价4. 宽广的样品体积1ml试管适合珍贵药物的筛选3ml试管适合常规筛选25ml试管适合化学合成筛选5. 灵活的配置可选非浸入及浸入式IR探头，分析样品浊度(可搭配多重红外探头盒进行平行实验)可选外置温度探头及多重温度控制单元，使温度监控更加精确可选惰性气体接口可选冷凝回流装置可选集成机器人自动化工作站三、我们的客户众多行业用户选择了我们的Integrity 10 平行结晶系统，这些用户中不乏知名药企巨头。联系我们，获取行业用户应用案例。

高质量晶体的制备对精细化工、生物工程和制药工程等领域至关重要，而晶体的质量取决于晶体的形貌、纯度和颗粒特性。微尺度液滴构建简单、可复制性强、易于在线观察，且具有独特的柔性气液界面，因此在精确调控晶体特性、揭示结晶机理方面展现出巨大潜力，逐渐成为晶体工程的前沿热点。在微尺度液滴结晶过程中，不均匀的界面蒸发既引起了液滴内部的溶液补偿，也诱导了温度与浓度梯度的出现，从而在液滴内形成微环流，主导着溶质分子的迁移与聚集。液滴形状的调控意味着不同气液界面的构建，从根本上影响着液滴的蒸发过程，是调节液滴内部环流形式的重要手段。近日，大连理工大学高效分离过程与耦合强化团队利用摩方精密3D打印机(nano Arch S140 Pro，10 μm)设计制备了具有微米级结构的半柔性结晶器。以该结晶器为核心构建一系列异形液滴（HD），从而耦合HD气液界面与内部环流方向与强度（Ra/Ma），诱导溶质分子的定向输送，实现高质量晶体的制备。相关结果以“Shaping droplet by semiflexible micro crystallizer for high quality crystal harvest”为题发表在《Journal of Colloid and Interface Science》期刊上。该研究中，如图1d-1f所示，利用3D打印机制备了表面平整、中性的半柔性结晶器（其结晶平台半径为600 μm）。在液滴体积不变的情况下，通过调节半柔性结晶器的压缩或拉伸，控制液滴的高度，构建出一系列不同纵横比的HD（图1a和1c）；且在液滴的结晶过程中，也可实现对HD高度的实时调控（图1b）。如图2b和2d所示，对于纵横比为0.76的HD-0.76，在结晶过程中，凸气液界面、垂直气液界面、凹气液界面相继出现，它们一方面诱导了液滴内部的环流方向，一方面通过改变蒸发强度调节着液滴内部的环流强度（Ra/Ma），从而在蒸发稳定后（Stage 4）形成一种中心汇聚型环流。而在HD-0.56和HD-1.02中，由于其气液界面与环流方向和强度的不匹配，最终在蒸发稳定后（Stage 4）形成的是边界发散型环流（图2a，2c和2d）。随后，以40%饱和度的NaCl溶液结晶为例，在HD-0.76中，中心汇聚型环流驱动溶质分子向液滴中心输送，最终在结晶平台的中心获得立方单晶。而在HD-0.56和HD-1.02中，边界发散型环流将溶质输送向液滴接触线区域，从而形成咖啡环状晶体和随机堆叠状晶体。图1. （a）半柔性微结晶器构建HD示意图。（b）实时调控液滴形状示意图。（c）HD纵横比的定义。（d）半柔性结晶器表面的Zeta电位表征。（e）半柔性结晶器表面的SEM和AFM表征。（f）半柔性结晶器表面的XPS表征。图2. COMSOL模拟HD-0.56（a），HD-0.76（b），HD-1.02（c）结晶过程中的环流矢量。（d）HD-0.56，HD-0.76，HD-1.02结晶过程中瑞利流强度与马兰戈尼流强度之比（Ra/Ma）。图3. HD-0.56（a），HD-0.76（b），HD-1.02（c）结晶过程的截面图。HD-0.56（d），HD-0.76（e），HD-1.02（f）对应晶体的SEM形貌。该研究受到国家重点研发计划（2019YFE0119200；2021YFC2901300），国家自然科学基金（21978037；21978033）等项目的支持。

多晶型是药物生产中普遍存在的现象，指分子以一种以上的晶体结构(包括原子的不同排序)存在。　　不同晶型在热力学、动力学和物理性质等方面有较大差异，可能对原料药及制剂的稳定性、制剂的生产工艺、溶出度及生物利用度等产生影响，进而可能影响药物的安全性、有效性和质量可控性。所以药物的多晶型研究一直是制药行业关注的焦点。　　如何进行多晶型的筛选与分析?如何利用晶型限制仿制药企的跟进… … 　　为什么要进行多晶型研究?　　一方面，晶型研究对于药物的安全性、有效性和质量可控性具有重要意义。不同晶型药物的化学组分是相同的，但其溶解度、溶解速率和稳定性等可能不同，从而导致生物利用度的差异。当晶型发生改变时，良药可能变成无效药，甚至变为毒药。　　另一方面，晶型专利是药品专利保护护城河的重要一环。药物晶型可以申请专利保护，而且新申请的晶型专利可延长原有药物专利的保护期限，所以很多创新药企都在积极参与药物多晶型的研究。而仿制药企，可以通过晶型筛选突破原研专利保护，在众多竞争对手中实现“首仿”。　　基于此，药企越来越重视对晶型的研究。创新药企如何利用晶型限制仿制药的跟进?仿制药又该如何利用晶型突破创新药企的封锁?　　博腾上海药物结晶中心总监盛斐博士认为，创新药企如果想要对晶型进行专利保护，应开展多维度的晶型筛选实验，尽可能的预研所有晶型、共晶等，预判商业化潜力大的晶型，积极进行专利布局。　　仿制药企也是一样，因为突破的基础仍然是晶型筛选。但想要突破，不仅是要找到新晶型，还要能稳定生产并保存。由于原研药物已经做过晶型研究，稳定的、容易实现大批量生产的晶型可能已被原研药企进行保护，所以仿制药企想要做出突破性晶型，往往要求难度更大的生产工艺，风险也更高。　　“但不管是原研还是仿制，最重要的还是时间点。”盛斐博士说，“仿制药企首先是去找那些化合物专利已到期的产品，再看晶型专利是否被完整保护，然后寻找突破点来进行仿制。这其中，时间点是最重要的。”　　如何进行多晶型的筛选?　　一般来说，在药物开发的早期阶段，应进行彻底、可靠的晶型筛选。结合化合物的特性，采用合适的晶型筛查技术方法(化学的重结晶法，快速溶剂去除法，物理的晶格破坏法等)，尽可能地找到更多的晶型，并确定适合、稳定的晶型进行研究。　　然而，无论进行多么彻底的筛选，仍然存在一个不可避免的问题：是否真的找到了最稳定的形式?而且公司不可能无限地投入时间和资金到这种临床前研究领域，晶型筛选需要做到什么程度?　　盛斐博士认为，应根据具体项目的需求进行晶型筛选，筛选目的不同，筛选的程度自然不同。通常来讲，要通过多种方法做100种左右条件下的筛分，尽可能地确保晶型筛选的完整性。　　在原料药的晶型得到充分认识及进行了必要的控制后，还应考虑其在制剂加工过程中可能因制剂工艺及辅料而发生晶型改变的问题。因为，在制剂工艺过程中遇到的多种情况都可能引发药品晶型转晶的发生，最终导致药品质量的变化，比如温度(干燥阶段)、压力(研磨、压缩)或者水和溶剂(如湿法造粒)影响。　　“药品生产工艺和晶型相互影响，我们首先要确定哪个晶型在哪些条件下是比较稳定的，然后再根据这个条件来设计合适的工艺，以保证晶型的稳定性以及药品的安全有效性。”盛斐博士说。　　如何对晶型进行分析?　　得到的多晶型需要通过多种固态分析表征晶型的物理化学性质以及综合手段来评估优势晶型的性能，最终筛选出“优势药物晶型”，即得到稳定性、临床效果和安全性综合效果最佳的药物晶型。　　对于不同药物的不同晶型，其检查方法的专属性是不同的。进行晶型质量研究时，应根据化合物的自身特点，选择适宜的、具有专属性的晶型检查方法。　　目前常用的晶型定性和/定量分析方法包括单晶X射线衍射法、粉末X射线衍射法、差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)、红外光谱法(IR)、拉曼光谱(Raman)、固体核磁共振波谱法(ssNMR)等。　　 　　盛斐博士表示，“这些表征方法多数仅能反映不同晶型某一方面的物理性质，所以我们可以选用多种检测手段来进行综合分析。”　　“面对复杂的情况，例如含有较多辅料的处方中，可能需要选用更高灵敏度、分辨率的仪器来进行检测分析。另外，过程分析技术(processanalyticaltechnology，PAT)也已开始在药物结晶领域得到广泛应用，用于实时监测反应或结晶过程的系统变化情况。”　　据悉，PAT是通过对原料和反应过程中间产物的关键质量和行为随时间的变化进行分析、设计和控制，从而得到高品质的产品。PAT可以原位观察实验现象，捕捉到肉眼看不见的多晶型产生的初始阶段。而且PAT不仅包括在线表征设备还包括相关的过程控制方法和反馈手段等。利用PAT可及时观测体系的变化情况并将其及时反馈给系统，可用于质量调整或预警等 此外还能得到更多连续化过程的信息。　　 　　CfPC自动结晶器和PAT　　“当然，如何解释收集到的信息，最重要的还是要有足够经验的人来进行分析，这样才能更好地判断晶型可能存在的影响。”　　结语　　在药物开发中，晶型筛选是重要的一环，但如果单纯地通过传统实验进行晶型筛选往往需要投入大量的人力、时间成本。　　随着AI、自动化等技术的出现，通过计算机模拟来辅助或进行药物晶型筛选得到广泛应用。计算机晶型预测，不仅可以缩短实验周期，还可以给出晶型研究是否完备的理论预估。　　但是，盛斐博士也提到，目前阶段人才是最重要的。通过AI进行晶型筛选，它更多的是一个方向上的指引，它可以给我们的实验设计做一个辅助，但这个晶型能不能得到还需要实验去验证。　　关于博腾/J-STAR药物结晶中心(CfPC)　　博腾/J-STAR的药物结晶中心(简称CfPC)分为中国上海和美国新泽西两个基地，为全球客户提供综合研发服务，不仅通过晶型研究和结晶工艺研发保证原料药的所需性质或质量，而且旨在同步预测、监控和解决药物开发中各个阶段出现的结晶问题，以满足当今制药行业的不同药物开发阶段的需求。