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测定CRH与构建吸湿等温线的方法与意义

鑫富达2026-01-09 09:52

在口服固体制剂的开发中,原料药与辅料的引湿性研究绝非一项可被简化的常规检测,而是贯穿处方前研究、处方设计、工艺开发、包装选择及稳定性预测的核心科学基础。尤其在国家集采深化与药品监管趋严的背景下,对物料引湿特性的精准认知,已成为控制产品质量风险、优化成本、并确保顺利通过审评的技术关键。

口服固体药用高密度聚乙烯防潮组合瓶盖.png

口服固体药用高密度聚乙烯防潮组合瓶盖

 

一、 核心概念:理解CRH与吸湿等温线

临界相对湿度是指在一定温度下,物质开始从环境中大量、急剧吸湿时的相对湿度值。当环境湿度低于CRH时,物料的吸湿量很小且缓慢;一旦环境湿度超过CRH,吸湿量会急剧增加,可能导致物理状态改变(如潮解)、化学稳定性下降(如水解降解)及工艺性能恶化(如粘冲、流动性变差)。CRH是衡量物料湿度敏感性的关键阈值。

吸湿等温线 则是在恒定温度下,物料平衡吸湿量与不同环境相对湿度之间的函数关系曲线。它动态、全景地展示了物料从低湿到高湿的整个吸湿行为,不仅揭示了CRH点,还能反映其吸湿机制(如单层吸附、多层吸附、毛细管凝结)。

 

二、 研究方法学:从标准操作到深度解析

1. 动态水分吸附分析:主流方法与标准流程

目前,采用动态水分吸附分析仪 是进行定量研究的金标准。其基本流程如下:

样品准备:将适量样品(通常5-20mg)置于微量天平样品盘中。测试前,样品需在干燥条件下(如0% RH)预处理至恒重,以获得干燥基重。

程序设定:设定恒温(通常为25°C),并编程湿度梯度。常用方法包括:

步进法:以固定步长(如10% RH)逐步增加环境湿度(0% → 90% RH),在每个湿度点保持至样品增重达到平衡(如dm/dt < 0.01% 每分钟)。

动态扫描法:以恒定速率改变湿度,连续记录质量变化,效率更高,但平衡判断需谨慎。

数据采集与分析:仪器自动记录样品质量随湿度和时间的变化。最终,以平衡吸湿增重率(%)为纵坐标,相对湿度(% RH)为横坐标,绘制吸湿等温线。

口服固体药用高密度聚乙烯瓶60ml防潮盖.png

口服固体药用高密度聚乙烯瓶60ml防潮盖

 

2. CRH的确定与吸湿等温线的解读

从吸湿等温线中确定CRH,通常寻找曲线斜率发生显著增大的拐点。更精确的方法是对曲线进行一阶求导,导数的峰值对应的湿度即为CRH。

低湿区(如0%-30% RH):曲线平缓,吸湿主要由物料表面的强极性位点通过单层分子吸附完成。此阶段的吸湿量对处方水分控制有参考意义。

拐点与CRH:曲线斜率突变点,预示表面吸附饱和后,体相开始通过毛细作用等机制大量吸湿。

高湿区(CRH以上):曲线陡峭上升,物料可能发生潮解、形成水合物或溶解。此阶段的数据对评估生产、储存的高湿风险至关重要。

解析回线:进行吸湿后的解吸过程测试,绘制解吸曲线。若吸湿与解吸曲线不重合,形成“滞后环”,表明存在不可逆的吸水(如晶体结构变化)或孔道内毛细凝结,这对于评估干燥工艺和物料稳定性有重要意义。

 

三、 研究的核心意义:指导研发与生产的决策

1. 处方设计的“导航图”

辅料筛选与配伍预警:混合物的CRH通常低于各单一组分的CRH(基于Elder假说)。测定API与潜在辅料的CRH及其物理混合物的CRH,可以预先识别出在较低湿度下就易吸湿的“高风险组合”,从而避免选择会加剧引湿问题的辅料,从源头提升处方稳健性。

预测处方整体引湿性:通过研究处方原粉混合物的吸湿等温线,可为其选择匹配的防潮包装提供直接数据支持。例如,若处方在40% RH下即开始显著吸湿,则必须采用高阻隔包装。

2. 生产工艺控制的“标尺”

确定关键工艺参数的控制范围:制粒、混合、压片、灌装等工序均需在受控环境下进行。CRH和吸湿动力学数据可直接指导制定生产车间的湿度控制标准。例如,若API的CRH为50% RH,则核心工序区域的湿度应远低于此值(如设定为<40% RH),以防止生产过程中物料吸水,影响流动性、可压性或导致含量不均。

干燥工艺的优化依据:解吸等温线数据有助于确定产品的最终干燥目标水分。若在某个湿度下解吸达到平衡,则产品水分也趋于稳定,这可为确定干燥终点提供科学依据。

3. 包装与储存策略的“科学依据”

防潮包装选型的决定性数据:这是引湿性研究最直接的应用。通过比较产品在目标货架期(如24个月)内,在不同包装(如普通双铝泡罩、高阻隔瓶+干燥剂)中于长期稳定性条件下的理论吸湿量(基于等温线预测)与实际降解情况,可以科学地量化不同包装的防护能力,从而在成本与风险间做出最优选择,并为注册申报提供关键数据。

稳定性研究方案的设计基础:ICH稳定性指导原则要求在高湿条件下进行测试。引湿性研究可帮助定义何为“高湿”。对于CRH极低的物料,可能需要设计更严格的湿度条件,以充分考察其稳定性风险。


口服固体药用聚丙烯瓶25ml防潮盖.jpg

口服固体药用聚丙烯瓶25ml防潮盖



4. 质量与合规的“风险管控工具”

为质量标准中水分/干燥失重项目的设定提供依据:基于吸湿等温线和稳定性数据,可以设定合理且具 discriminating 的水分限度,既能控制风险,又避免不必要地提高生产成本。

支持变更和偏差调查:当原料来源、工艺或生产环境发生变更时,引湿性数据是评估其对产品质量潜在影响的基础。对于生产或储存中出现的湿度相关偏差,等温线数据是进行根本原因分析和评估影响范围的关键工具。

 

原料药与辅料的引湿性研究,通过CRH与吸湿等温线这两个核心工具,将“水分”这一关键变量从模糊的定性担忧转化为可量化、可预测、可管理的科学参数。在集采驱动成本控制与监管要求“质量源于设计”的双重背景下,这项基础研究的意义愈发凸显。它不仅是满足注册申报要求的必要研究,更是连接物料科学、处方开发、生产工艺、包装设计及质量控制的战略性支点。前瞻性、系统性地开展并深度利用引湿性研究,能够帮助企业主动规避由湿度引发的质量风险,优化开发路径,最终在确保药品安全有效的前提下,实现全生命周期成本的最小化,构筑坚实的产品竞争力。


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