内容导览
1. 引言
2. 法规要求
3. 动态水分吸附仪(DVS)的应用
3.1 仪器简介
3.2 应用1-引湿性评估
3.3 应用2-蒸汽诱导的相变研究
3.4 应用3-检测无定形含量
4. 注意事项
5. 结语
6. 参考文献
1 引 言
动态水蒸气吸附仪（Dynamic Vapor Sorption，DVS），通过微量天平精准称量样品吸附、脱附水分前后重量变化，考察样品暴露于可控温度和湿度条件下水分的影响，具有检测快速、高灵敏度、样品使用量小、自动化等优势用于研究水分吸附/脱附特性。
空气中的水分是一直存在且不可忽略的，与水分有关的问题贯穿于药物研究整个过程，涉及生产、储存及使用的各环节。因此，研究水分吸附/脱附现象对于更好地了解样品的理化性质、制剂工艺开发以及确定适宜的储存条件非常重要。
2 法规要求
概览国内外药检机构对于晶型研究的相关指导原则中，《中国药典 9103》以及《FDA ANDAs》中对药物引湿性的考察有明确要求。
《9103 药物引湿性试验指导原则》
药物的引湿性是指在一定温度及湿度条件下该物质吸收水分能力或程度的特性。供试品为符合药品质量标准的固体原料药，试验结果可作为选择适宜的药品包装和贮存条件的参考。
《FDA ANDAs 》
Pharmaceutical Solid Polymorphism Chemistry, Manufacturing, and Controls Information: Drug substance polymorphic forms can also exhibit different physical and mechanical properties, including hygroscopicity, particle shape, density, flowability, and compactibility, which in turn may affect processing of the drug substance and/or manufacturing of the drug product.
3 动态水分吸附仪(DVS)的应用
3.1 仪器简介
动态水分吸附分析仪结合微天平、气体流量和蒸汽的测量技术以实现药物中水分的研究，其最核心部位是灵敏度超高、有记录能力的微天平，样品的质量变化低于千万分之一也可被其测定出。
在DVS方法中，待测样品置于微量天平上，一定浓度的蒸气（水蒸气）的气体（氮气）以设定好的流量和温度通过待测样品，微量天平上的样品质量进行读数，即可揭示样品的水分吸附/脱附行为。
Schematic diagram of DVS Advantage apparatus
动态水分吸附的结果可为选择优势晶型、确定样品存储条件、研究无水晶型/水合物动力学稳定湿度区间等提供数据支持。特别是对于盐型化合物，如盐酸盐、钠盐等，配体的引入使得游离态成盐后可能更易与水分子形成氢键，导致高湿度条件下吸湿增重明显，对晶型稳定性、原料药存储等带来挑战。而DVS的数据将提前揭示这些潜在的问题，帮助研发人员提早应对。
晶云通过开展DVS测试，可在早期研发阶段快速评估某一晶型的引湿性，并结合XRPD、TGA、DSC等表征手段，了解晶型稳定区间、发现新晶型、研究水合物结晶水等。
3.2 应用1 - 引湿性评估
根据美国药典水分不被认为是杂质，然而必须尽可能密切监测和控制药物中水分的存在。水分含量可能影响其结晶度，并影响药品的渗透性、密度和熔点。特别是对于无定形，水分可以显著改变其玻璃化转变温度，甚至引发转晶。此外，对于一些化合物，水分还会促进其水解并诱导药物降解。
对于引湿性的评估，传统的实验方法是使用盛有饱和盐溶液的干燥器和电子天平进行测量，这种静态测定方法所需样品量大、测试时间长，测试结果受外界环境影响较大。而选用DVS进行测试，操作便捷，将样品置于微量天平上，设定一定水蒸气吸附/脱附程序，具备所需样品量少，操作简便，测试环境稳定等诸多优点，是目前药物引湿性评估的常用方法。在晶型不变的前提下，参考药典中引湿性界定标准为：
以无水晶型I为例，经过吸附/脱附（0%RH-95%RH-0%RH）循环，当相对湿度为 80%时，重量增加 0.59%。根据药物引湿性试验指导原则，晶型I略有引湿性。
以水合物晶型A为例，在10-90%RH范围内无明显质量变化，说明晶型A在此范围内动力学稳定，由此还可结合TGA、NMR等初步计算晶型A中结晶水个数。从吸附/脱附等温线看，湿度从10%开始降低，样品质量下降明显，应由结晶水脱除引起；当湿度从20%开始上升，样品开始吸湿增重，到30%RH时吸水得到晶型A。
根据DVS的表征结果，水合物晶型A和脱水后得到的无水晶型之间的热力学关键水活度在10-20%。
3.3 应用2 - 蒸汽诱导的相变研究
水合物的湿度稳定区间确定是水合物开发中必不可少的环节，其水分将直接影响原料药/制剂工艺以及储存条件的选择。在前期多晶型筛选阶段通常根据混悬竞争确定各晶型转化关系，对于不适合混悬竞争的晶型，如溶解度太高、易成溶剂合物等，可通过DVS评估水合物的热力学稳定湿度区间。
同时，结合DVS的表征数据，水合物可初步了解是否转化成无水晶型或其他水合物；无水晶型则可初步了解其是否转化成水合物。
案例 1 晶型转化关系研究
结合水合物晶型A的DVS图，在水分脱附过程中，晶型A在10%RH脱水，得到无水晶型B。随着湿度升高至30%RH，晶型B吸水转为水合物晶型C。湿度从60%RH继续升高至90%RH，晶型C吸水转为晶型A。根据晶型转化区间，可在低湿度条件下（小于10%RH）转成晶型B，在湿度条件20%RH-60%RH条件下转成晶型C。
案例 2 DVS与变湿XRPD联用
对于湿度敏感的晶型，将样品转移至环境条件下测试XRPD，这一过程可能已发生晶型变化，难以捕捉到潜在的亚稳晶型。对于此类情况，可通过变湿XRPD，原位采集不同湿度条件下的XRPD，捕捉潜在晶型。结合DVS数据（如图b），当湿度从50%升至60%、90%升至95%，样品吸湿增重明显，提示转晶可能性。该项目中结合变湿XRPD表征，采集各湿度条件下的XRPD，确定新晶型。
案例 3 无定形转晶
无定形结晶是获取新晶型的一种方法，除了以无定形起始设置筛选实验，也可通过DVS评估结晶可能性。以无定形乳糖为例，测试DVS过程中，随湿度上升，反而出现质量下降，这是由于无定形在水分诱导下结晶。
3.4 应用3 - 检测无定形含量
药物中一定成分的无定形可能是改善药物溶解度所需要的，但也有可能是工艺工程中研磨、制粒或其他机械外力作用下产生的。无定形的含量会影响药物的疗效、加工、存储等方面，因此需要对无定形的含量进行精准测定。常用的XRPD方法LOD~10%，DSC方法LOD~5%，而DVS方法可达到0.05%，对于低含量无定形的检测比较适用。
DVS无定形含量测试方法：
1.在特定的适度条件下测定无定形样品的质量变化，与已经含量的无定形样品的较标曲线对比；
2.对比蒸汽诱导的结晶前后的曲线。
文献报道Mackin等人的方法，其中无定型相的结晶被溶剂诱导，测量结晶前后的溶剂吸附量，从而测定无定型含量。
以丙酸氟替卡松为例，其结晶溶剂为乙醇，下图显示，当化合物暴露于90%的P/Po乙醇时，出现与结晶相关的质量下降。
实验中，配置2%、5%、10%、全晶四个丙酸氟替卡松标准品绘制其标准曲线。下图显示，待测样品、全晶标准品和2%无定型标准品的DVS结果，待测样品和2%标准品在90%的P/Po出现结晶特征的质量下降，全晶标准品显示几乎没有质量的变化样。使用DVS分析套件，测定待测样品中无定型含量。
4 注意事项
结合晶云过去12年的药物固态研究经验，对DVS测试中的注意事项进行如下总结与分享。
吸附/脱附程序选择
在晶型评估环节，吸附/脱附的程序选择需要结合待测样品性质，如无水晶型建议选择0%RH起始的程序，水合物建议选择室湿或已知晶型稳定的湿度作为起始的程序。
残留溶剂因素
尽管DVS表征对物料要求相对较低，但不建议使用溶残明显的样品。若残留溶剂不能在预平衡阶段脱除，DVS测试过程的干、湿氮气控制样品室湿度，溶剂有可能在测试过程中脱除，测得的质量变化将包含这一部分，导致数据与实际存在差异。
样品因素
即使是同一晶型，样品的表面积、粒径、晶习等因素也会造成DVS图谱差异。研究者表明，采用两种方法制备的同一无水晶型，分别具有粗糙和光滑的表面，吸水后转为同一水合物，但吸附过程的DVS存在差异，这反映了动力学上吸水的差异。如果需要根据DVS选择样品存储的湿度条件，需要关注样品晶习的影响。
a:表面粗糙，b:表面光滑，吸水转为水合物的DVS曲线存在差异
同步采集数据
药物前期研究阶段，若对晶型稳定性研究不充分，建议采集DVS表征前后的XRPD，以便结合DVS数据，分析晶型稳定区间等信息。
5 结语
药物多晶型研究贯穿于原料药研究、制剂研究各个阶段。DVS是晶型研究不可或缺的表征手段，晶云配有多台DVS仪器，期待为各位伙伴提供快速精准的DVS表征，助力晶型药物的研发。
请大家关注后续系列文章，共同分享探讨。
6 参考文献
1. Arnold Duralliua, Paul Matejtschukb, Daryl R. Williamsa, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics Humidity induced collapse in freeze dried cakes: A direct visualization studyusing DVS
2. Saleki-Gerhardt, A., Ahlneck, C.,and Zografi, G., 1994. Int. J. Pharm., 101, 237-247
3. Buckton, G. and Darcy, P., 1995. Int. J. Pharm.,123, 265-271
4. Sheokand, Modi, and Bansal, JOURNAL OF PHARMACEUTICALSCIENCES，DynamicVapor Sorption as a Tool for Characterization and Quantification of Amorphous Content in Predominantly Crystalline Materials