同步辐射X射线显微断层扫描技术( SR-μCT )在药物片剂静态与动态分析中的突破性应用

【编辑推荐】本研究针对药物固体制剂质量控制难题，采用同步辐射显微断层扫描技术(SR-μCT)，开发了可循环更新的流动腔室系统，实现了对Pantoprazole等商业片剂的高通量结构解析(分辨率达亚微米级)和5秒/帧的动态溶出过程监测，为改良制剂工艺提供了革命性分析工具。

　　

在制药工业中，固体制剂如片剂的设计直接影响药物释放的时空控制，从速释片到肠溶片等复杂制剂，其内部结构的微小缺陷都可能导致疗效偏差。传统实验室显微CT(μCT)受限于分辨率和速度，难以捕捉亚微米级结构变化或实时动态过程。法国SOLEIL同步辐射中心的Christian Seim团队在《International Journal of Pharmaceutics》发表的研究，通过同步辐射显微断层扫描(SR-μCT)技术，实现了药物片剂从静态解剖到动态溶出的全维度分析。

研究团队采用ANATOMIX光束线的40-45 keV多色X射线束，结合高速Hamamatsu Orca Flash 4.0 V2探测器，开发了包含100 ml储液池的流动腔室系统。关键技术包括：1) 亚微米级静态结构分析(最小体素尺寸<100 nm)；2) 5秒/帧超快动态成像；3) 基于U-Net架构的卷积神经网络(CNN)自动分割算法；4) 半采集几何(offset scan)技术实现视野倍增。以Pantoprazole和Beloc Zok商业片剂为模型，建立了覆盖孔隙率、API分布、涂层缺陷的全套定量分析方法。

【静态结构分析】
通过Pantoprazole片剂的多尺度扫描(体素2.6-0.65 μm)，首次在商业制剂中发现微裂纹与涂层不均的直接关联。相位对比成像揭示API颗粒形状分布符合Weibull模型，为预测溶出行为提供新参数。

【动态溶出监测】
新型流动腔室实现溶出介质持续更新，在5秒时间分辨率下捕捉到速释片剂崩解前沿移动速度达12 μm/s。Beloc Zok缓释片的SR-μCT动态序列显示API周围聚合物层的膨胀动力学符合零级释放模型。

【讨论与结论】
该研究证实SR-μCT可同时满足高通量质检(每日数百样品)和4D动态分析需求。相较于实验室μCT，空间分辨率提升10倍且时间分辨率达秒级，特别适用于：1) 肠溶制剂涂层缺陷筛查；2) 复杂API-辅料相互作用机制研究；3) 溶出预测模型验证。作者团队开发的流动腔室技术为《美国药典》溶出度测定方法提供了原位观测方案，其开源CNN算法大幅降低图像分析门槛。这项技术突破将加速新型控释制剂的研发周期，并为生物等效性研究提供全新评价维度。