复杂制剂质量研究｜SEM-EDS技术解码共晶分析/原料形态/污染分析/制剂逆向工程

在药物研发中，超过80%的活性成分（API）及其最终制剂以固态形式存在，其合成路径与工艺选择直接影响药物的理化性质与制剂性能。因此，在早期筛选阶段即需对原料药及制剂进行系统表征，以保障药物质量与工艺合理性。扫描电子显微镜与X射线能谱仪联用技术（SEM-EDS）作为现代药品与材料表征的关键手段，能够实现对样品微区形貌的高分辨率观测，并结合元素成分的定性与定量分析，为药物晶型研究、原料粒度与形态分析、异物溯源及制剂结构解析提供关键科学依据。

 

目前，华测医药已配备荷兰飞纳（Phenom）台式扫描电镜能谱一体机，可提供专业的SEM-EDS综合检测与咨询服务，涵盖共晶结构解析、原料药形态表征、污染物溯源及制剂逆向工程等多个方向，助力药物研发与质量控制环节的精准决策。

 

荷兰飞纳（Phenom）台式扫描电镜能谱一体机

 

一、什么是SEM-EDS？

扫描电子显微镜（SEM）：利用聚焦电子束在样品表面进行栅格扫描，通过探测二次电子、背散射电子等信号，获得样品表面纳米级分辨率的立体形貌图像。该技术景深大，成像立体逼真。

X射线能谱仪（EDS）：当高能电子束轰击样品时，会激发出特征X射线。EDS通过探测这些X射线的能量与强度，实现对微区范围内元素成分（从铍到铀）的定性与定量分析，并支持点分析、线扫描及面分布分析等多种模式。

 

二、案例揭秘：SEM-EDS如何解决药品检测及研发问题

 

案例一：吸入式干粉制剂的微观结构表征

背景：干粉吸入剂的递送效率与疗效，高度依赖于原料药（API）颗粒与载体辅料的微观特性，如载体形貌、表面粗糙度及API的分布均匀性。

应用总结：

载体颗粒表征：通过SEM图像，可精确分析载体颗粒的几何形状（如球形、条形）与表面粗糙度。结合自动化图像分析软件，可对颗粒群体的“宽高比”等形态学参数进行统计学分析（见图1）。

元素分析及API分布：对于含有特定元素（如氮、硫）的API，可利用EDS面扫描（Mapping）技术，直观呈现API在载体颗粒表面的分布情况，评估其负载均匀性（见图2）。

吸附-脱附行为研究：通过对比气流吹扫前后样品表面的SEM图像，可半定量评估API颗粒从载体表面的脱附性能，为制剂处方与吸入装置的优化提供依据。

价值：该技术为吸入制剂的处方开发、工艺优化与质量控制提供了关键的微观尺度证据。

 

图1. 载体颗粒宽高比自动分析流程及2 组不同载体颗粒的实验结果

 

A-1–载体A 颗粒扫描电镜图片；A-2–载体A 颗粒识别结果；A-3–载体A 颗粒软件分析宽高比柱状分布图；A-4–载体A 颗粒软件分析获得的宽高比平均值

图2. API 在载体颗粒分布情况（API含有N元素，而辅料为C、O元素）

A−能谱面扫结果；B−微区放大电镜图

 

案例二：药品包装材料相容性研究

背景：注射剂与直接接触的玻璃包材之间的长期相互作用，可能导致玻璃内表面侵蚀，引发元素迁移甚至产生不溶性微粒（脱片），对用药安全构成潜在风险。

应用总结：

采用特定浓度氢氧化钠溶液模拟碱性药物环境，制备具有不同侵蚀程度的阳性对照样品。

利用SEM观察玻璃内表面形貌从完整光滑到出现腐蚀坑洞、直至发生脱片的动态过程（图3）。

采用EDS对疑似侵蚀区域与正常基体进行元素成分分析，通过对比元素组成，确认其物质本质是否为玻璃本体，有效排除表面异物的假阳性干扰（图4）。

价值：研究药用玻璃容器脱片产生，是评估药物和包材相容性的重要部分，对药物的稳定性研究起指导作用。SEM-EDS技术能直观显示低硼硅玻璃注射剂瓶内表面结构被接触药物侵蚀的程度，为药包材和药物相容性评价提供可靠依据。

 

图3. 玻璃表面从无侵蚀到严重脱片的形貌对比（氢氧化钠阳性对照样品）

图4. EDS能谱选择区域及对应谱图

（显示展示侵蚀区与正常区的元素组成一致性，排除假阳性）

 

三、华测医药服务能力

华测医药CMC服务基于先进的SEM-EDS平台，可提供以下方面的药品检测服务：

共晶解析：通过EDS与电镜拍照，区分物理混合与真实共晶结构。

原辅料颗粒形貌及粒度分析：测定原料药及辅料的形状、晶癖及粒度大小。

制剂结构表征：解析吸入制剂等复杂剂型的微观结构，判断辅料颗粒分布及大小。

药品包材相容性研究：玻璃侵蚀、橡胶析出物、金属组件腐蚀等。

异物分析与失效分析：产品表面污染物、析出物、缺陷点的成分鉴定。

 

四、总结

SEM-EDS技术以其高分辨率、分析快速、结果直观等特点，在材料科学、药品研发与质量控制中发挥着至关重要的作用。随着技术的不断进步（如AI图像分割、自动化工作流程），SEM-EDS的应用前景将更加广阔，为跨学科研究提供更强大的支撑。我们致力于为客户提供专业、精准的检测数据与深入的技术解读。

 

如您有相关检测与研发合作需求，欢迎联系我们，获取详细技术方案与服务支持！

 

参考文献：

[1] 张传杰,夏星辉,郭丙如,等.扫描电子显微镜-能谱仪在吸入式干粉制剂表征中的应用进展

[J].中国现代应用药学, 2023, 40(1):7.

[2]陈超,史沛,程磊,等.SEM-EDS解析药物对玻璃注射剂瓶内表面的侵蚀程度[J].中国现代应用药学, 2018, 35(12):5.