SONICC®（非对称晶体的二阶非线性成像）是一种新颖的成像技术，在量化小分子结晶度方面提供了前所未有的灵敏度。SONICC 可用于检测无定形固体分散体中低至 0.03% 的结晶 API 浓度。其分析速度快（小于 1 秒），无需制备样品，且分析可以在存在赋形剂的情况下以最终形式进行。
无定形固体分散体
药物中活性药物成分 (API) 的生物利用度通常与 API 分子本身的溶解度密切相关。当存在这种分子的多晶型时，最稳定的分子形式通常是结晶型。可惜的是，这种结晶多晶型物通常也是最难溶解的。在这种情况下，需要开发基于 API 的无定形形式的配方，通过添加精确的添加剂组合来获得稳定性。聚合物和其他赋形剂以不同的量使用以形成稳定的制剂，从而延缓更易溶解的无定形 API 转化为其较难溶解的结晶形式。出于优化的目的，这些配方经受各种应力（温度、湿度等）以模拟加速老化，同时进行监测以确保它们保持无定形，从而保持其溶解特性。分析配方中 API 状态的常用技术包括 X 射线粉末衍射、双折射、拉曼显微镜和量热法。这些技术在灵敏度和选择性之间都有着各自的平衡，X 射线衍射通常被认为是功能最强大的；其通常观察到结晶度低至 1-2% 的检测限。偏光显微镜 (PLM) 可提供低至单粒子状态的较低检测限，但它缺乏选择性。所有晶体（包括赋形剂晶体）都将使用 PLM 检测，因此无法分析片剂剂型中的配方。
SONICC 带来前所未有的灵敏度
最近由普渡大学的 Garth Simpson 教授所开发的一种名为 SONICC（非对称晶体的二阶非线性光学成像）的新表征技术，由 Formulatrix 独家授权代理，该技术为非对称晶体研究带来了前所未有的灵敏度，目前已证明该技术定量限 (LOQ) ) 低至 0.03% 的结晶度。1,2 SONICC 使用多光子显微镜选择性地检测非对称晶体，不受无定形或非手性材料的干扰。SONICC 依赖于二次谐波 (SHG)，其中两个低能量光子在强电场下结合形成更高能量的光子。而这个过程只发生在非中心对称有序晶体中。因此，信号仅在非对称晶体存在的情况下产生；背景信号极低，导致非对称结晶小分子具有极好的检测限。
SONICC 用于绝对定量
对特定配方中的结晶 API 进行定量可以深入了解配方的稳定性，并有助于确定其在稳定 API 方面的有效性。SONICC 使用校准标准，可以确定未知样品中结晶材料的浓度。为了验证此概念，在无定形灰黄霉素和共聚维酮片剂中加入不同量的结晶灰黄霉素。我们绘制了 SONICC 响应与加标量的校准曲线，并与直线拟合（图 1）。以重量计 2% 的结晶材料制备测试样品，并用 SONICC 一式三份进行分析。使用图 1 所示的校准曲线，测试样品的结晶度确定为 1.6% +/- 0.3%。精确到 2% 的样品制备并非易事，并且是这些测量中最大的误差来源。其中一种标准片剂的 SHG 图像如图 4 所示。从显微镜图像中可以明显看出，结晶灰黄霉素在片剂中分布不均匀，从而导致测试样品分析出现错误。
图 1. 加标已知量结晶灰黄霉素的无定形灰黄霉素/共聚维酮片剂的 SONICC 响应与 % 结晶度的校准曲线。
在一项研究中证明了 LOQ 比粉末 X 射线衍射 (PXRD) 提高了一个数量级，其中纯结晶灰黄霉素样品在冷冻研磨时间增加后用 SONICC 和 XRD 进行分析。如图 2 所示，冷冻研磨 1 小时后，PXRD 无法再检测到任何结晶材料，而 3 小时后，SONICC 仍检测到 0.05% 的结晶材料存在。2 使用 SONICC 对 LOQ 的这一数量级改进使得其能够评估结晶度低的样品，并能够分析低载药量的样品。
图 2. 结晶灰黄霉素样品的相对结晶度与低温研磨时间的关系。2
SONICC 用于相对定量
获得样品中 API 结晶程度的绝对定量并不总是可行或必要的。通常，样品之间的相对差异足以评估各种配方。例如，在压力和非压力条件下分析了不同载药浓度的药物配方（出于专有原因未公开）。这个特殊的案例研究适用于载药量非常低（0.03% 和 3.2% 药物浓度）的样品，使用 PXRD 等传统技术不容易评估。如图 3 所示，SONICC 可以很容易地识别出不同配方之间结晶度百分比的相对差异。即使样品仅含有 0.03% API，SONICC 仍然可以区分受压样品和未受压样品。SONICC 还能分析得出，与安慰剂和 0.03% 的无应力样品相比，3.2% 浓度的无应力样品存在显着的结晶物质。
图 3. 在压力和非压力条件下，不同载药量（0.03% 和 3.2%）的药物配方的相对 SHG 响应。
SONICC 提供空间分布信息
SONICC 是一种成像技术，它提供了有关样品中结晶药物空间分布的有用信息。而这在评估各种混合技术时特别有用。例如，用无定形灰黄霉素、共聚维酮和少量结晶灰黄霉素制备粉末样品。在图 4 中可以看到 SONICC 成像，其中可以在分散体中识别出一大块结晶材料。我们能在 500 ms 内获得 3um x,y 分辨率的 2mm 正方形图像。由于 SONICC 是一种多光子技术，可以在 z 方向以 ~30 μm 的分辨率实现高达 500 μm 的深度穿透。灰黄霉素/共聚维酮片剂的 3-D 效果图如图 5 所示。这对于分析带有包衣的片剂特别有用。SONICC 可以穿透涂层并提供有关药物如何定位以及它是结晶还是无定形形式的信息。
图 4. 无定形灰黄霉素/共聚维酮片剂中结晶灰黄霉素的 SONICC 成像。
图 5. 无定形灰黄霉素/共聚维酮片剂中结晶灰黄霉素的 SONIC 3D 渲染。
SONICC 也可用于检测紫外激发荧光的模式。这对于可视化 API（以结晶或无定形形式）在配方中的位置特别有用。紫外荧光模式是特定于分子的，例如发出荧光但对结晶度没有选择性的 API。结合晶体特异性 SHG 模式的 UV 模式可以显示药物的定位位置和形式。图 6 中可以看到无定形灰黄霉素/共聚维酮片剂的多光子 UV 荧光成像。
图 6. 无定形灰黄霉素/共聚维酮片剂的紫外双光子激发荧光图像。
总结
SONICC 提供的极低检测限和选择性使科学家能够更多地了解他们的配方。SONICC 提供了一种分析低载药量配方的方法，否则传统技术无法对其进行研究。SONICC 提供了通过偏光显微镜获得的灵敏度和成像信息，同时仍为 API 提供选择性。我们预想在显着加快的时间点能够进行有意义的评估。用户只能通过 Formulatrix 获得 SONICC 仪器和服务。
