《International Journal of Pharmaceutics》：A review of the state-of-the-art: progress in ultrasonic and acoustic techniques for quality assessment in the development and manufacturing of oral solid dosage forms ? Part I: theoretical foundations and principles
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本文系统阐述超声与声学技术在口服固体制剂非破坏性评估中的理论框架，涵盖弹性波理论、参数与关键质量属性（CQAs）的关联性，以及与近红外光谱、X射线CT等技术的对比分析，为智能实时制药环境中的超声方法整合奠定基础。
?etin ?etinkaya | Michael Bazzocchi | Vivek S. Dave | Bhakti Halkude | Ajaz S. Hussain | Chaitanya Krishna Prasad Vallabha | Sonia M. Razavi | James Stephens | Richard Steiner | Tipu Sultan | Calvin K. Sun | Anthony S. Tantuccio | Pirjo Tajarobi | Cenk ündey | H?kan Wikstr?m | Xiaochi Xu
美国克拉克森大学和Pharmacoustics Technologies, LLC
摘要
在过去的二十年里，人们开发了多种超声波和声波弹性波技术，用于无损评估压缩口服固体剂型（OSD）的宏观和微观特性。这些方法在配方设计、工艺开发、质量评估和产品释放等方面越来越受到重视。本文分为两部分：第一部分重点介绍超声波和声波技术的理论基础和原理；第二部分将探讨其实际应用和未来发展方向。本文（第一部分）提供了一个全面的理论框架，帮助理解这些技术的物理基础及其在药品质量保证中的作用。从异质颗粒介质中的弹性波理论入手，本文探讨了波现象（如色散、衰减和散射）与微观结构和机械特性（包括孔隙率、粘弹性、颗粒间结合以及内部缺陷）之间的内在联系。文章强调了超声波参数与“质量源于设计”（Quality by Design, QbD）范式中定义的关键质量属性（CQAs）之间的功能关系。本文区分了硬性（直接）和软性（基于模型的）传感方法，并将超声波技术与近红外（NIR）光谱、拉曼光谱、X射线计算机断层扫描（CT）和太赫兹成像等互补技术进行了对比。此外，文章还介绍了各种仪器配置和换能器技术，从压电接触式探头到非接触式激光和空气耦合系统，以及用于提取机械和几何特性的波形采集和信号处理策略。这些理论原理为将超声波技术有效集成到智能、实时的药品制造环境中奠定了基础。
章节摘录
引言和背景
压缩口服固体剂型（OSD）是一种高度工程化的药物输送系统，其性能取决于从纳米到毫米不同尺度上材料特性的精确控制。从结构上看，它们是由具有特意设计的多孔微观结构的颗粒组成的复合材料，能够实现可控的药物释放和长期物理稳定性。这些多孔结构显著影响了片剂的关键属性，如溶解速率和机械强度。
超声波测量原理
在超声波和声波范围内传播的固体中的弹性波在医学和工业领域的成像、表征和评估中有着广泛的应用。超声波提供了一种实用且无损的方法，可用于评估基材的机械和介质特性，包括抗拉强度、粘弹性、孔隙率以及缺陷状态。此外，还能量化美国药典（USP）方法所规定的其他关键质量属性。
超声波设备、仪器和软件
本节概述了进行OSD形式超声波评估所需的主要仪器、硬件配置和软件架构。首先详细介绍了换能器技术，包括接触式、浸入式和空气耦合式换能器及其相应的激励和检测机制。随后介绍了适用于在线检测的信号处理模块和数据采集系统。
结论与评论
现代压缩口服固体剂型（OSD）是一种精心设计的药物输送系统，其化学、物理和机械属性在纳米到毫米的尺度上都经过了优化。这些片剂由多孔复合材料制成，符合严格的治疗安全性、有效性和均匀性标准。其全球范围内的广泛应用得益于成本效益高的制造工艺、长期的化学稳定性以及便于患者使用的给药方式。然而，这类产品的复杂性也带来了一定的挑战。
作者贡献声明
?etin ?etinkaya：撰写初稿、监督项目、获取资金、概念构思。Michael Bazzocchi：撰写、审稿与编辑、进行正式分析。Vivek S. Dave：撰写、审稿与编辑。Bhakti Halkude：撰写、审稿与编辑。Ajaz S. Hussain：撰写、审稿与编辑。Chaitanya Krishna Prasad Vallabha：撰写、审稿与编辑、数据可视化、进行正式分析、数据整理。Sonia M. Razavi：撰写、审稿与编辑。James Stephens：撰写——
利益冲突声明
作者声明以下可能构成利益冲突的财务利益和个人关系：本文表达的观点和意见仅代表作者本人，并不一定反映其所属机构的官方政策、立场或支持。所提供的数据和信息仅用于学术和研究目的，不保证也不得到作者所在机构的认可或担保。
致谢
我们衷心感谢美国国家科学基金会在STTR第一阶段资助（奖项编号：2051895，项目名称：“用于药品片剂设计、开发和连续制造的超声波测量仪器”）以及STTR第二阶段资助（奖项编号：2335206，项目名称：“用于药品片剂设计、开发和先进连续制造的超声波产品释放测试设备”）下的支持。同时，我们也感谢Dominic Ventura、William Leishear、Bruno Hancock和Goldi的协助。
