Use of diffuse reflectance Fourier transform near-infrared spectroscopy to confirm blend uniformity

Význam tématu

Uniformita směsí v procesu přípravy pevných lékových forem je klíčová pro zajištění konzistentní dávky a kvality finálního přípravku. Regulátoři vyžadují validaci míchacích procesů a výrobci čím dál častěji implementují rutinní on‑line nebo at‑line kontroly, které včas odhalí nedostatečné promísení nebo jiné odchylky. Elektrochemické a chromatografické metody sice poskytují přesné výsledky, ale obvykle vyžadují laboratorní přípravu vzorků a delší čas odezvy. Difuzní reflektanční FT‑NIR spektroskopie nabízí rychlou, nedestruktivní a bezodpadovou alternativu vhodnou pro in‑process monitoring.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo ověřit použitelnost difuzní reflektance FT‑NIR (Antaris FT‑NIR) pro potvrzení homogenity směsí během výrobních procesů. Studie připravila kalibrační vzorky v laboratoři pro dva různé výrobky (produkt #1: binární směs; produkt #2: ternární směs), sestavila chemometrické modely a tyto modely použila k predikci obsahu reálných výrobních vzorků. Dále byla zkoušena instrumentální přesnost, variabilita vzorkování a stabilita kalibrací v čase.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Příprava kalibračních směsí: vážené směsi v rozmezí přibližně 40–60 % pro hlavní složky, plněné do 2‑dram skleněných vialů, mechanické promíchání (~10 s) a následné ruční tumblování.
• Měření: bez další přípravy vzorků, vialy položeny přímo na integrující kouli a měřeno skrz dno nádoby; každá kalibrační položka analyzována trojmo.
• Spektrální parametry: spektrální rozsah 10000–4000 cm⁻¹, rozlišení 8 cm⁻¹, 32 sumovaných scanů (sběr dat ~24 s).
• Předzpracování a chemometrie: střední centrování, konverze na druhou derivaci použitím Norrisova diferenciálu (9‑bodový segment, žádná mezera) s cílem omezit multiplicativní scatter; modelování pomocí Stepwise Multiple Linear Regression (SMLR) a Partial Least Squares (PLS).

Použitá instrumentace:

• Thermo Scientific Antaris FT‑NIR analyzátor s integrující koulí (diffuse reflectance).
• Software pro sběr dat: RESULT (cGMP‑kompatibilní).
• Software pro kvalifikaci přístroje: ValPro (interní validační kolo s NIST‑sledovatelnými standardy a polystyrenovým standardem pro kontrolu polohy pásů, měření šumu a stability).
• Softwarové nástroje pro chemometrii: TQ Analyst.
• Pozadí měření: interní zlatý flag (gold flag) použit jako referenční pozadí pro stabilní NIR pozadí bez spektrálních rysů.

Hlavní výsledky a diskuse

Produkt #1 (2 komponenty):

• SMLR na jediné datové pozici (5438 cm⁻¹) poskytl uspokojivé modely pro obě složky. Korelační koeficient R = 0,9918, RMSEC = 1,24 (%). Kalibrace prokázala linearitu i na extrémních vzorcích (100 % jedné složky).
• Instrumentální přesnost (6 replikát): průměr 46,0 % pro komponentu #2, RSD 0,67 %; ale přesnost vzorkování (12 měření se zatřesením mezi měřeními) vykázala RSD 6,9 % (rozptyl 48,7–56,6 %), což ukazuje na významnou heterogenitu v rámci prostoru, který FT‑NIR zkoumá.

Produkt #2 (3 komponenty):

• Pro komplexnější matrici byl nutný PLS s 4 faktory pro obě hlavní složky. Korelační koeficienty R ≈ 0,9990–0,9993, RMSEC ≈ 0,377–0,434 (%), velmi dobrá přesnost a linearita.
• Instrumentální přesnost byla excelentní (<0,1 %, konkrétně 0,089 % a 0,072 %). Predikce výrobních vzorků (odběry z horní, střední a spodní části zásobníku) ukázaly, že součet dvou hlavních složek dosahuje ~98,8–99,0 %, což odpovídá očekávanému složení (třetí složka ~1 %).
• Mezní zkouška stability: druhá sada výrobních vzorků přijata čtyři týdny po vývoji metody – výsledky potvrdily střednědobou stabilitu kalibrace a přijatelnou reprodukovatelnost predikcí.

Diskuse:
FT‑NIR vykazuje nízký instrumentální šum a vysokou opakovatelnost měření; hlavní limitací je prostorová variabilita směsí (sampling), která byla v některých případech výrazně vyšší než samotná instrumentální variabilita. Kalibrace z laboratorních směsí byly pro tyto produkty použitelné a modely ukázaly robustnost i při extrapolaci na extremní složení.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá, nedestruktivní at‑line kontrola homogenity bez nutnosti přípravy vzorků nebo chemikálií.
• Přímé měření skrz běžné vzorkovací nádoby usnadňuje implementaci na výrobní lince a minimalizuje zásahy do procesu.
• Nízký čas odezvy (desítky sekund) umožňuje včasné rozhodování o ukončení míchání (end‑point podle RSD) a optimalizaci výrobního cyklu.
• Vysoká instrumentální přesnost činí metodu vhodnou pro sledování změn v čase a porovnávání šarží (lot‑to‑lot consistency).

Budoucí trendy a možnosti využití

• Přechod k plně integrovaným PAT řešením: implementace FT‑NIR inline sond a automatizovaného sběru dat umožní kontinuální kontrolu procesu.
• Zlepšení hardwaru a výkonu spektrometrů (modernější modely jako Antaris II) zvýší rychlost a citlivost měření.
• Rozvoj chemometrických přístupů: robustní kalibrace, adaptivní modely, transferabilita kalibrací mezi přístroji a automatizovaná údržba modelů (kalibrační aktualizace, detekce odchylek).
• Větší pozornost samplingovým strategiím: kvantifikace a minimalizace mezivzorkové variability, validované postupy odběru, případně kombinace FT‑NIR se zobrazovacími metodami pro lepší prostorové mapování homogenity.
• Regulační akceptace a integrace do standardních operačních postupů pro potvrzení koncových bodů míchání a kontinuální kvality.

Závěr

Studie prokázala, že difuzní reflektanční FT‑NIR (Antaris) je efektivní nástroj pro potvrzení uniformity směsí při výrobě pevných dávkových forem. Metoda poskytuje rychlé a přesné predikce, přičemž hlavním zdrojem variability zůstává sampling vzorku, nikoli instrumentální šum. Kalibrace vytvořené z laboratorních směsí se ukázaly jako použitelné pro reálné výrobní vzorky u obou zkoumaných produktů. FT‑NIR může být implementováno jako at‑line kontrola koncového bodu míchání nebo jako součást širší PAT strategie s výhodami v čase odezvy, bezpečnosti a provozní úspornosti.

Reference

1. Porter J. Use of diffuse reflectance Fourier transform near‑infrared spectroscopy to confirm blend uniformity. Thermo Fisher Scientific Application Note AN50787_E, 03/22.