以固相凝膠滲透層析紅外線光譜(GPC-IR)分析藥物聚合物賦形劑

以固相凝膠滲透層析紅外線光譜(GPC-IR)分析藥物聚合物賦形劑

前言:

    聚合物賦形劑在增強和控制活性藥物成分（API）的釋放方面越來越被廣泛使用，它們在遞送難溶性藥物中有著特別重要的作用，透過控制賦形劑包裝的化學和物理特性可達成所需的效能，高分子合膠(Polymer blend)和共聚物都在這個領域中被使用;共聚物提供了微調聚合物各種屬性的機會，在某些應用中，會使用區塊共聚物而不是隨機共聚物來獲得精確的釋放特性。

    聚合物並不是一種化學化合物，而是一群具有相似分子的物質，這些分子在許多物理和化學特性（鏈長、組成、組態、立體規則性、構形）上同時存在變化，這些特性將決定賦形劑API包裝的性能特性（溶解度、擴散性、API結合親和力、吸濕性等）。共聚維酮(Copovidone)是其中一種聚合物賦形劑，它是由PVP(vinyl Pyrrolidone)和 PVAc(vinyl acetate comonomers)共聚單體形成的無規則線性共聚物；當共聚維酮與API共擠押出時，會產生連續的固相材料，其中共聚維酮作為API的固體分散劑，API與聚合物的鍵結通常發生在聚合物鏈的pyrrolidone部位。

圖一:共聚維酮(Copovidone) 的化學結構

DiscovIR system 介紹

圖二: DiscovIR system

    DiscovIR-GPC/LC是高效能的新型材料分析工具，當連接到液相層析儀(或凝膠滲透)管柱的出口時，DiscovIR會將液相層析儀分離出的物質，去除溶劑後，連續的沉積在紅外光可穿透的ZnSe 基板上，內建的FTIR同時按時間順序收集沉積物的紅外線光譜，樣品數據收集參數和數據處理，皆由DiscovIR系統內置的軟體執行。

    在分析聚合物時，凝膠滲透層析儀分離出的物質，會連續沉積在樣品盤上，範圍從高分子量到低分子量，這種聚合物經由GPC-IR 所獲得的分子光譜圖，使樣品共聚單體的分佈特性研究成為可能。

測試結果:

1.    紅外線光譜：

    圖三 是從DiscovIR所測到的單一光譜，兩個共聚單體各自呈現出高強度且分離良好的C=O 鍵結光譜，這個特性峰可用來追蹤共聚單體的相對濃度。

圖三：共聚維酮(Copovidone) 的 IR 光譜

2.    分子量變異：

    不同供應商(ABC)的分子量變化，圖四顯示了三個樣品的最大紅外強度與GPC層析圖，橫軸顯示樣品的分子量對數。

圖四：樣品 A,B,C 的GPC-IR 圖

·         樣品A:以這三個樣品比較，具有最大的分子量

·         樣品B:分子量比 A 小一點

·         樣品C:分子量比 A及B 小，大概為其他兩個樣品的一半

3.    成分偏移（Composition drift）：

    使用IR 特性峰的比值 A₁₇₄₀/A₁₆₈₀ 進行兩種成分的濃度變化，如圖五，Y 軸為vinyl acetate 濃度，X 軸為 log Mw，這三個樣品的出廠報告都是以標準的60% PVP/ 40% PVAc 所合成

圖五：樣品 A,B,C 的vinyl acetate 濃度與分子量圖

• 從結果圖可看到聚合物的濃度在整個GPC 分析過程非固定，樣品A 和C在低分子量的可明顯看出 acetate 濃度變化
• 可看出三個樣品具有不同的共聚合物組成
  

4.    不同批次間的變異(Lot to Lot variation)

測試樣品A 不同批次的結果如圖六:

圖六：樣品 A,不同批次的vinyl acetate 濃度與分子量圖

• 兩張圖很相似,，只有微小的變化，成分大致相同

結果與討論

　共聚合物系統中，聚合物成分組成的漂移是常態，而非例外。兩種單體的反應動力學很少是完全相同的；在共聚合的反應中，如果需要特定的組成分佈，可以通過各種方法來實現，例如漸進添加原料，一般供應商所聲明的「成份組成」通常只是聚合單體的總體含量，無法呈現聚合物分子群體內存在的異質性。同樣地，在分子量分佈中發現差異也不足為奇，如果僅使用簡單的粘度計數值來表現分子量，無法獲得細微的差異變化。實際上，應該預期不同批次之間會有輕微的分子量平均值變化，並且在某些產品中，可能會存在多分散性（polydispersity）的差異，甚至伴隨有多峰分佈；這意味著由聚合物賦形劑提供的關鍵性能因素可能會受到影響，當聚合物賦形劑存在變異時，有可能造成最終產品的性能改變；因此為確保產品性能的一致性和最佳效果，必須密切關注和控制賦形劑聚合物的變異性。

　紅外光譜法是聚合物材料分析中最廣泛且最具解析力的方法，層析法結合光譜法，可用於解析聚合物材料的變異，各種層析分析模式被研究人員越來越多地利用來專注於聚合物組成和結構的不同面向；因此，使用固相沉積的DiscovIR-GPC/LC 進行材料分析，可獲得聚合物表徵及特性的資訊，可應用於材料研發或產品效能分析。

Reference:

1.Spectra analysis Application Note 033: Variability of Polymeric Excipients And Its Effect On Drug Delivery Performance