專利名稱：拉曼分析的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及采用拉曼光譜法來測定渾濁或散射樣品的性質的方法和 設備，特別但并非排他性地涉及測定制得的制劑的一個以上的本體性質， 所述制劑例如為藥片、膠囊、凝膠膠囊和皮膚貼片，它們用于藥物產品 的臨床遞送。
本發(fā)明還可應用于診斷測試，例如側向流動診斷測試，其中分析物 的存在通過由膜運送的檢驗物的可被探測的拉曼光譜特征來表達。
背景技術：
US 6，919，556討論了藥物產品的制造者在制造藥品和其他制劑時對 它們的性質進行監(jiān)控的需要。通常，從一批產品中取樣送到實驗室進行 生產后測試從而滿足該需要。US 6,919,556討論了在生產線本身中使用藥 片的拉曼光譜分析。使激光束指向其前方布置有藥片的拉曼探測器。照 射光子的一小部分在被照射的藥片的表面區(qū)域發(fā)生非彈性拉曼散射。背 向散射的拉曼光子由探測器收集并被導向光譜儀以便分析。
在US6897951中討論了可用于分析藥片的其他拉曼探測器。
在該現有技術中使用的這些技術得到的僅僅是藥片的非常有限的部 分的分析，這是因為背向散射的拉曼輻射產生于圍繞激光束入射點的較 小區(qū)域。即使使用例如WO2005/060622中所描述的那些大面積探測器， 幾乎全部的拉曼輻射仍產生于藥片的薄表面層。因此，藥片內部或其他 表面的材料特征仍探測不到。
在W097/22872中，藥片的連續(xù)變換的表面區(qū)域通過錐形孔而暴露 于入射激光束，通過該錐形孔還能夠探測散射的拉曼光子。通過旋轉位 于錐形孔的頂點之后的藥片并改變旋轉中心距錐頂的距離，連續(xù)變換表 面區(qū)域。不過，拉曼信號仍然嚴重偏向藥片的照射表面。
7Taylor, L禾口 F Langkilde在"Journal of Pharmaceutical Sciences" (Vol 89,No. 10，2000年10月)中討論了使用拉曼光譜法來評價藥片中存在的 固態(tài)形式。所關注的性質包括鹽的形成、溶劑化物的形成、多晶型和結 晶度°

發(fā)明內容
發(fā)明目的
理想的是提供用于分析諸如藥片等藥物制劑的方法和設備，其中被 探測并被分析從而進行分析的拉曼輻射代表了不止一個的表面區(qū)域。
此外，理想的是能夠應用這樣的方法和設備來制造并測試藥物制劑。
此外，理想的是提供尤其是但并不排他性地在制造時或制造后的測 試過程中用于分析其他類型的渾濁介質的類似的方法和設備。
此外，理想的是提供探測診斷測試裝置(如側向流動測試條)中的 分析物的改進的方法，并提供用于執(zhí)行該探測的相應的測試裝置和設備。
本發(fā)明旨在解決相關現有技術中的這些課題和問題。
發(fā)明方案
本發(fā)明提供探測樣品的方法，特別是探測樣品本體或樣品內部的方 法或者探測樣品內的一部分的方法，且特別是探測擴散型散射樣品或渾 濁樣品的方法，該方法包括將入射輻射引導至第一表面(樣品的表面區(qū) (region)、域(area)或部分)、從第二表面(樣品的表面區(qū)、域或部分) 收集前向散射輻射、以及在所收集到的輻射中探測所述入射輻射的由所 述樣品內的拉曼散射所產生的拉曼輻射。該方法可用于多個類似的離散 物體的大規(guī)模生產，包括對每一個物體執(zhí)行這些步驟，并對每一個物休 分析所探測到的拉曼輻射從而測定每一個物體的一個以上的特征。該方 法還可用于優(yōu)選以非侵入性的方式通過皮膚和牙齒分析各種不同的活組 織，例如骨骼、軟骨、骨髓、腦、神經、脂質、血液，該分析通過使這 樣的組織成為本發(fā)明實施方式中的樣品而進行。有利的是，前向散射拉 曼輻射包含來自位于第一和第二表面區(qū)域之間的全部散射深度的信息。 相反，使用背向散射幾何學僅能提供來自照射表面下的較淺深度的信息。該方法特別適用于擴散型分散的固體樣品。
本發(fā)明的特定方面提供測定諸如藥片、膠囊或凝膠膠囊等藥物制劑 的一種以上的性質的方法，所述方法包括使所述制劑的第一表面區(qū)域 暴露于入射輻射；和接收并探測來自所述制劑的第二表面區(qū)域的拉曼散 射輻射，所述第二表面區(qū)域與所述第一表面區(qū)域彼此隔開。然后可以使 用所述探測到的拉曼散射輻射確定所述性質中的一種以上的性質。
使用該方法，被分析的拉曼信號不僅地代表制劑的表面的特征，而 是更多地代表制劑的全體內含物的特征，因此更多地代表既定的對象所 要接觸到的所述制劑(例如在被消化后)中的物質的特征。特別是，可 以探測遠離照射表面的雜質區(qū)域?？扇绱吮惶綔y到的性質包括尤其是活 性藥用物質的不同的多晶型、水合物形式、溶劑化物和鹽形式。其他性 質包括殘余化學試劑和其他雜質的存在。
分析可基于測得的拉曼信號相對于理想的或預定義模板的接近程 度，基于使用可能的雜質的公知光譜對被探測到的拉曼光譜進行解析拆 分，或者通過分析諸如光譜偏移和譜線及譜峰寬度等特征而進行。
在膠囊(藥物被封裝在外殼內)的情況中，該方法可用于減少由殼 體作出的對測得的拉曼輻射的相對貢獻。不過，藥物制劑可以是任何具 有適當分散性質的合適的賦形劑，例如藥片、包衣片劑、膠囊、凝膠膠 囊或皮膚貼片或類似物的攜帶藥物的成分。該方法還可用于分析包含在 封皮或包裝物內部的制劑，例如泡罩包裝中的藥片或膠囊。
通過將所述方法分別應用于多種藥物制劑中的每一種制劑，本發(fā)明 的方法可用于例如在大規(guī)模生產線上或在測試設施中測試多種藥物制 劑。
當從所述第二表面區(qū)域收集拉曼輻射時，其已經由第一表面區(qū)域透 過制劑而散射，因而第一和第二表面區(qū)域相互之間確定了-.個透射或前 向散射幾何結構。通常，第二表面區(qū)域可以在該制劑的與所述第一表面 區(qū)域相反的一側上，不過更常見的是以這樣的方式與第一表面隔開前 向散射的拉曼輻射透射至所述第二表面區(qū)域從而被接收并被探測，其中 所探測的拉曼輻射產生于所述制劑的不止一個表面區(qū)域。除了探測并分析前向散射的拉曼輻射之外，該方法還可以包括收集 背向散射輻射、探測所述背向散射輻射中的拉曼輻射和使用探測結果確 定制劑的一種以上性質。
通常，制劑可以支撐或負載于承載器中。這樣的承載器可以具有一 個以上面向所述制劑的內表面，且至少一部分這些表面可以為鏡面以使 輻射被反射回制劑中從而增加被探測的拉曼輻射的量，并改進所述方法 的靈敏度。特別是，合適的鏡式包封將具有改善被探測的拉曼輻射反映 整個制劑的性質的程度的效果。
所述承載器可以包括第一孔隙和第二孔隙，所述制劑的第一表面透 過所述第一孔隙而暴露于所述入射輻射，拉曼輻射從所述制劑的第二表 面透過所述第二孔隙而被接收。
通常，使用一個以上激光器產生入射輻射。
由探測到的拉曼光所得到的諸如譜線強度、寬度或全光譜等光譜倍 息可以以各種不同的方式用于進一步的分析，例如與模板或"理想的" 光譜信息進行比對，拆分成兩個或更多個已知的或預期的光譜數據組或 光譜，或者測定譜線的在頻率或寬度上的偏移。
本發(fā)明還提供實施本發(fā)明的方法的設備，例如用于分析藥物制劑的 設備，所述設備包括用于保持制劑的承載器、經配置而用于將入射輻射 引導至所述制劑的第一表面的照射用光學器件、和經配置而用于從所述 制劑的第二表面區(qū)域接收并探測已透射的拉曼輻射的接收用光學器件， 所述第二表面區(qū)域與所述第一表面區(qū)域彼此隔開。
所述照射用光學器件可以是緊靠或對準第一表面區(qū)域的像激光源那 樣簡單的器件，也可以使用更為復雜的配置。通常，所述接收用光學器 件包括收集用光學器件，以及分光計、濾光器或其他光譜分選儀器，這 些儀器經配置而用于探測或分離所述拉曼輻射的一個以上的分量、波長 或其他方面。例如，可以使用傅立葉變換光譜儀，或是配有一個以上的 合適的光電探測器的一個以上的合適的光譜濾光器。
通常，所述設備可包括分析器，所述分析器作為計算機、專用的電 子器件或二者的一些混合器件發(fā)揮作用，并經配置以從所述探測到的拉
10曼輻射中推導出制劑的一種以上的性質。通常，所述設備還可包括用于 產生入射或探測輻射的激光源。
本發(fā)明的設備可用于測試藥物制劑、活體組織，以及用于其他應用。 該其他應用之一是用于安全目的，例如探測嵌埋在諸如身份證或護照等 物體中的標簽或化學標記物。
本發(fā)明還提供一種使用諸如側向流動測試條等診斷測試裝置或組件 探測分析物的方法，其中，這樣的裝置包括用于接受含有分析物的液體 樣品的膜，和被選擇用來在存在所述分析物的條件下表達一個以上拉曼 光譜特征的試劑，所述裝置適于將探測光引導至所述膜的第一表面，并 適于從所述膜的相反的另一面收集在所述膜內散射的光，以用于所述拉 曼光譜特征的探測。


參照附圖，以下將僅以舉例的形式描述本發(fā)明，圖中
圖1示意性地描述了通過透射拉曼光譜學對藥片進行分析的配置；
圖2描述用于圖1的藥片的替代性承載器，其具有鏡式內表面；
圖3顯示使用背向散射拉曼輻射對藥片進行進一步分析的圖1的配
置；
圖4描述固定在替代性承載器中的球形藥片，用于探測的透射拉曼 輻射顯現在與照射表面垂直的表面上；
圖5示意性地描述了對諸如泡罩包裝等包裝物中的藥片進行分析的 配置；
圖6顯示用于Monte Carlo散射模擬的渾濁樣品的幾何結構，所述樣
口 ^杯rh向臼. 叩t3]P T l"J7石；
圖7顯示源自圖6中所示的中間層的透射和背向散射拉曼輻射隨層 d,的深度而變化的圖表；
圖8顯示來自包括撲熱息痛藥片和含有反式芪粉末的吸收池的層狀 樣品的背向散射的拉曼輻射光譜，其中單獨的撲熱息痛(p)和單獨的反式 芪(t)用作參比光譜；圖9顯示透過用于圖8的層狀樣品而前向散射的拉曼輻射光譜，以 及相應的參比光譜；
圖10顯示在Sudafed Dual Relif膠囊中散射的輻射的背向散射拉曼光 譜("常規(guī)")和透射拉曼光譜；和
圖11描述本發(fā)明在諸如側向流動測試條等診斷測試的光學探詢中的 應用。
具體實施例方式
參考圖l，圖中顯示了藥片形式的藥物制劑IO，其固定在承載器12 中以暴露藥片的上表面11和下表面13的至少一部分。所述承載器可例 如作為一部分生產線或生產后測試設施來提供。將激光器14產生的光引 導至承載器上方的照射用光學器件16，使得藥片的上表面暴露于激光。 接收用光學器件18配置在所設置的承載器的下方，用以接收從藥片的下 表面散射出來的光。將所述光導向光譜探測器20，并將光譜探測器20的 結果傳遞至由計算機執(zhí)行式分析器22。
入射激光的適宜的波長大約在光譜的近紅外部分，例如在827 mn 處，具有的激光功率約為88mW，正如在以下的"實施例"(實驗例)部 分中討論的實例中所用的激光功率，該實例中還提供了用于照射、接收 和探測用光學器件的適宜的光學配置的更多細節(jié)。不過，還可以使用任 何其他適宜的波長。
入射激光的一部分光子在藥片中經歷拉曼散射。具有特定波長的拉 曼光子的產生取決于藥片的化學結構，因此，通過分析散射的拉曼光子 可以推導出藥片的化學性質，例如多晶型的類型、水合度和雜質的存在， 以及不需要的鹽形式和溶劑化物形式。計算機分析器22這樣使用來自探 測器20的光譜結果以推導出藥片的一種以上的性質。這些性質可用于例 如淘汰含有過量的特定多晶型物或雜質的藥片。
在相關的現有技術中討論了可使用本發(fā)明測定的許多不同性質，例 如Taylor, L禾口 F Langkilde的"Journal of Pharmaceutical Sciences "(Vol. 89, No. 10，2000年十月，第1342-1353頁)，以及該文獻中所引用的參考文獻。絕大多數的拉曼光子朝向照射用光學器件發(fā)生背向散射。幾乎全部 的背向散射拉曼光子都產生于接近藥片的被照射上表面處，因此僅能用 于推導該表面區(qū)域的性質。拉曼光子也發(fā)生前向散射，并從藥片的下表 面出現。盡管前向散射的拉曼光子的數目與背向散射的光子的數目相比 較少，不過這些前向散射的光子來自整個藥品深處的相對均勻的范圍， 因而可推導出藥品的本體性質。光譜探測器可采用各種已知的形式，例 如普通光譜儀、傅立葉變換光譜儀、或與一個以上光電探測器連接的一 個以上濾光器。
圖2中描述了承載器的一個替代性構造。在該實例中，臨近藥片IO 的承載器的表面或者全部或者部分是鏡面，從而將本應被承載器吸收的 光子反射回藥片中。藥片中光子的密度由此得以增大，因此被接收用光 學器件18收集的拉曼光子的強度增大。承載器包封藥片的程度可以變化，
例如僅提供用于藥片的照射的小孔和接收前向散射的拉曼光子的小孔。 圖2的承載器30被分成上部32和下部34，藥片處于該兩部分之間，不
過也可以使用其他幾何結構。該鏡式構造可用于本發(fā)明的其他實施方式 中。
圖3描述了照射用光學器件40還包括接收用光學器件以收集背向散 射的拉曼光子的配置。這些光子傳遞至單獨的光譜探測器42，或者作為 備選，傳遞至用于探測前向散射光子的探測器20，以用于探測和后續(xù)的 分析。這樣，可同時或者在不同的時間探測并分析前向散射光子和背向 散射光子，而且這些各種備選項可用于本發(fā)明的其他實施方式。
在圖1 3描述的實施方式中，藥片通常具有矩形截面，可能寬 10mm，深4mm，從上方看時為圓形。圖4中，藥片呈球形，因此包在適 合的承載器50中。圖4還描述了以下情況對于使用透射幾何結構獲得 藥片的本體性質而言，不一定將照射及接收用光學器件完全面對面地布 置在橫跨藥片的兩側，盡管這對于藥片本體的均勻分布取樣常常是優(yōu)選 配置。在圖4的配置中，照射用光學器件面向下，收集用光學器件在承 載器的側面而非底部、在照射方向的橫向上收集自孔隙出現的光。不過， 被照射用光學器件照射的藥片的表面通常應當至少與通過接收用光學器件收集散射光的表面分離或隔開。
因為本發(fā)明的通用方法降低了對表面組成的靈敏度，所以該方法可 用于測定處于如包裝物等封皮中的渾濁介質(諸如藥片或其他制劑)，如 已被包裝在泡罩包裝中用于分銷的藥片的特征。在圖5中對其進行描述， 其中，使用在藥片的整個寬度方向側向配置的照射及接收用光學器件16、
18探測泡罩包裝55中的藥片10。該配置可用于常規(guī)情況，即泡罩包裝 的上部膜56是或包括金屬或金屬箔，或對于照射光子的透射不足的其他 層。將該配置與圖1的配置相比，泡罩包裝55的作用與承載器12—樣。 泡罩包裝的下部膜57優(yōu)選是半透明或透明的，例如部分或全部由半透明 的白色塑料形成，從而使光能夠充分地通過，以使該技術發(fā)揮作用。如 果上部膜和下部膜56、 57均允許光充分通過，則可以使用更類似于圖1 的光學器件的配置。
利用承載器、照射及接收用光學器件的適當構造，本發(fā)明的實施方 式既可用于非侵入性地分析藥片，還可用于分析其他形式的制劑，如膠 囊。所述方法能夠抑制由常用的拉曼背向散射方法觀察到的、源自膠囊 壁的對表面拉曼和熒光信號的干擾，并揭示包含在膠囊內的活性藥物組 分的拉曼光譜。同樣的特征也適用于其他渾濁的散射介質，因而本發(fā)明 還可容易地應用于其他領域，如非侵入性地在深度方向上探測活體組織。 例如，可以通過皮膚和牙齒深入探測骨骼、軟骨、骨髓、腦、神經、脂 質、血液。對于活體組織的該分析，例如可用于探測諸如疾病等生理狀 況。其他實例包括珠寶(如翡翠和珍珠)的特征，或玉米及其他果仁和 種子的特征以用于在質量控制和高通量篩選中探測它們的油或油酸濃 度。
數學模型
Monte Carlo模型用于模擬在諸如圖1 圖4的藥片IO等混濁介質中 散射的照射光子和拉曼光子的傳遞。該模型用于計算背向散射和前向散 射的拉曼光子相對于其在混濁介質中的深度的相對強度。簡言之，當彈 性(照射)和非彈性(拉曼)散射光子在三維空間中以隨機行走方式透 過所述介質傳播時，分別對其進行追蹤。建立以下簡化的假設在每一步中，光子以直線傳播一段距離t，之后其方向在下一次散射事件中完全 隨機化。盡管該描述從單獨的散射事件考慮時過于簡化，不過，透過混 濁介質傳播的光子通常不得不先經歷多個散射事件(例如10 20個)， 然后其初始傳播方向變得完全雜亂。這是因為各單獨的散射事件經常強 烈地偏向于前向散射。不過，己經證實，對于此處所關注的大傳播距離 (例如與藥片的本體分析有關的那些距離)來說，各多次散射事件可以
近似為在"隨機化長度"t上發(fā)生的一個單一的復合事件(Matousek P.等， Applied Spectroscopy 59， p1485， 2005)。該簡化假設使得能夠用適度的計 算量分析大傳播距離。
傳播距離t (超過該距離后光子的方向隨機化)可以粗略近似為散射 介質的傳輸長度(lt)(Brenan C.禾口 Hunter I.， Journal of Raman Spectroscopy 27，p561, 1996)，其以類似的方式被定義為光子在明顯偏離其初始傳播方 向前在樣品內必須行進的平均距離。傳輸長度通常比光子在介質中的平 均自由散射長度(ls)長一個數量級；準確關系是ls=(l-g) lt，其中g是該 單獨散射事件的各向異性度。在本發(fā)明的模型中，還假定透過介質傳播 的光的波長遠遠短于散射長度ls。
模型化的樣品60圖示于圖6中?？烧J為該樣品在x和y方向上無限 延伸，空氣-介質界面位于頂表面62 (z=0)和底表面64 (z=d3)處，其 中z是該界面平面的法向上的笛卡爾坐標。除了中間層66之外，該樣品 被模型化為均勻的混濁介質，中間層66具有不同拉曼符號以代表異源性 雜質，中間層的厚度為d2，其頂表面位于深度dl處。整個模型化的樣品 的厚度為d3(d3>=dl+d2)。也就是說，樣品介質主體位于深度zl處以使 dl>zl>0和d3〉zl>(dl+d2)，并且具有不同拉曼符號的中間層位于深度z2 處以使dl+d2<z2<dl。在此處報道的模擬中，參數d2和d3分別固定在 0.5mm禾n4mm， dl在0mm 3.5mm范圍內變化以代表中間層66在樣品 60的主體中的不同深度。
該模型假定，所有的照射光子均先位于等于傳播長度lt的深度處， 并以坐標體系x、y的原點為中心對稱分布。入射光r的光束半徑是3 mm， 光束被賦予均勻的"top-hat"光強分布，所有的光子在樣品截面內的任何
15點被注入樣品的概率均相等。在該模型中，首先在頂部樣品表面62收集 來自入射光的照射區(qū)域的拉曼光，再在以頂部收集區(qū)/激光照射區(qū)的投影
軸為對稱軸的樣品的相反側64上另外收集拉曼光。
通過使各單獨的激光束光子經過步幅t后轉向一個隨機的方向而使 各激光束光子穿過介質進行傳播。在每一步中，光子轉化為拉曼光子的 概率是既定的。在該模擬中假定光子的吸收可忽略不計。激光束光子向
拉曼光子轉化的轉化以光密度的形式表示。也就是，例如，每lmm為l 或2的光密度(OD)分別相當于，經過l mm的總傳播長度，照射光子因 轉化為拉曼光子而數目減少了 10倍或100倍。將導致照射光子向拉曼光 子的轉化的光密度設定為0.01/mm。盡管該值高于真實的轉化值，不過其 僅僅影響拉曼光子的絕對數目，而不影響所研究的體系中所關注的空間 依賴性。當照射光子轉化為拉曼光子時，識別并記錄發(fā)生該事件的層。 拉曼光子以與照射光子相同的方式傳播。在樣品-空氣界面62、 64處主要 存在光子逃逸機制，因為從樣品的這兩個界面處出現的所有激光光子均 不返回樣品中，而是有效地從遷移過程消失。將在頂部或底部界面處以 激光束的軸為中心的半徑為3 mm的收集孔內出現的拉曼光子單獨統計 為探測到的拉曼光子。將任何自樣品出現的光子從進一步的計算中排除。 用于實施該模型的數值代碼記錄于Mathematica 5.0 (Wolfram Research)中。100,000個模擬光子被傳播，每一個均通過40 mm的總距離，
這與在不存在吸收的拉曼光譜中所觀察到的典型的遷移時間相一致。所 用的步長t二0.2mm (即，使用200步)。這相當于由粒徑分別為10pm和 20pm直徑、各向異性度分別為0.9和0.95的粉末構成的樣品。已證實， 經過這些時間，絕大多數的光子消失在樣品-表面界面處。這個過程重復 50次。因此傳播的光子的總數目是106，估計總步數約為109。計算在這 些重復移動中所探測到的全部拉曼光子的總數。
圖7中顯示了起源于中間層66并在上表面62作為背向散射光子被 收集的拉曼光子的數目和在下表面64處作為透射光子被收集的拉曼光子 的數目。這些曲線圖顯示了從dl=0 mm的頂表面至dl=3.5 mm的底表面 范圍內的中間層66的八個不同深度dl處的背向散射光子及透射光子的由圖7可清楚地看出，即使以直徑高達6 mm的孔按背向散射幾何 學收集拉曼光子也會產生極強的朝向樣品的表面層的偏離。將厚度為 0.5mm的中間層從照射表面重新置于1.5 mm深度處時，拉曼背向散射強 度減少了 97%。在大多數的實際應用中，拉曼信號早已被來自介質表面 區(qū)域的拉曼或熒光信號淹沒。在3mm深度處，源自中間層的拉曼信號已 從其零深度處的初始水平下降了 4個數量級。另一方面，透射拉曼光子 的強度的依賴性僅僅顯出對樣品內的中間層的位置的較弱的依賴。當中 間層在深度為0 mm和3.5 mm之間移動時，相應的拉曼信號僅僅改變約 2倍。來自中間層的拉曼信號的絕對強度僅僅比相對直接地進行探測的本 體介質的拉曼信號的絕對強度低大約20倍。因此，相對于常用的背向散 射幾何學而言，透射幾何學清晰地提供了更具有代表性的對樣品內部的 本體的取樣，同時具有令人滿意的靈敏度。
對于背向散射幾何學，該模型也揭示出，樣品的厚度從l mm增加 至4 mm使得按背向散射幾何學探測到的拉曼信號增加了 58%。如果過 于簡化的話，這有可能被錯誤地解釋為額外的拉曼光子產生自在1 mm樣 品層的頂部增加的額外的3 mm厚度(在4 mm厚的藥片所觀察到的全部 拉曼信號中，額外的拉曼光子占37%)。然而，4mm厚的樣品的模型顯 示出88。％的拉曼信號源自頂部的1 mm層，僅有12%源自剩余的3 mm 的樣品厚度。這額外的3 mm物質不僅對拉曼光子的額外產生作出貢獻， 而且減少了源于下表面64處的1 mm層中的拉曼光子的損失。因而，通 過增加另外的3 mm樣品而使得背向散射的拉曼光子增多也可以通過使 產生于上表面附近的拉曼光子返回該拉曼光子可能會出現并被收集的所 述上表面而實現。同樣， 一些照射光子散射返回上表面62，使得它們在 頂部的1 mm層中進而產生更多的拉曼光子。
實施例
在實驗配置中，兩層式樣品如下構成將撲熱息痛藥片(500 mg， 厚度3.9 mm，圓形直徑12.8 mm， Tesco, PL Holder: The Wallis Laboratory Ltd. FOP234 MH /DRUGS /357)倚靠2 mm厚的具有300 視窗的充滿
17反式芪研磨粉末的熔融石英吸收池放置。吸收池的寬度和長度為10 mm 和40 mm。將照射激光束對準藥片進行某些測定， 一部分激光束對準吸 收池進行某些測定，在每一種情況中均測定背向散射和前向散射(透射) 的拉曼光子。
使用工作波長為827 nm的衰減型115 mW溫度穩(wěn)定的二極管激光器 (Micro Laser Systems, Inc,L4 830S-115-TE)產生照射激光束。樣品處的 激光功率為88mW，激光光斑直徑約為4mm。通過使用兩個830 nm的 帶通濾波片(Semrock)從光譜中移除任何殘留的放大的自發(fā)輻射分量，從 而對光束進行光譜純化。將這些濾波片輕微傾斜以使827 nm波長的激光 的通過量最優(yōu)化。光束以約45。入射在樣品上。光束在表面上發(fā)生水平偏 振。樣品表面上的入射光斑因而為橢圓形，短徑為2 mm，長徑為2.8 mm。
用焦距為60 mm、直徑為50 mm的透鏡收集拉曼光。散射光被校準 后通過50 mm直徑的全息窄帶帶阻濾光片(830 nm， Kaiser Optical System, Inc)，從而抑制光的彈性散射分量。也將該濾光片輕微傾斜以使對于 S27nm的彈性散射的抑制最優(yōu)化。隨后使用與第一透鏡相同的第二透鏡 以使樣品表面在光纖探針的正面上成像，其放大倍率為l:l。激光入射光 斑以與探針軸的中心重合的方式成像。在探針前緊挨著探針的位置，使 用兩個濾光片(25 mm直徑的全息窄帶帶阻濾光片，830 nm，Kaiser Optical System, Inc，和邊緣濾光器，830 nm， Semrock)，從而抑制通過第一全總 濾光器的任何殘留的彈性散射光。
光纖探針由緊密包束在探針中心的7根光纖構成。所述光纖由二氧 化硅制成，纖芯直徑為200 pm，包覆層的直徑為230 pm，數值孔徑為0.37。 將兩端的套筒剝去以更緊密地包束光纖。光纖束定制于C Technologies Inc.。拉曼光通過長度為約lm的光纖體系傳播至線型光纖末端，該末端 垂直取向并位于Kaiser Optical Technologies Holospec併=1.4 NIR光譜儀 100 (其狹縫已移除)的輸入圖像平面內。在該取向中，光纖本身用作光 譜儀的輸入狹縫。通過將來自全部7根光纖的信號垂直合并(bin)，用深 耗盡液氮冷卻CCD照相機(Princeton Instruments, SPEC 10， 400BR LN Back-Illuminated Deep Depletion CCD, 1340x400像素)收集拉曼光譜。該拉曼光譜并未經過針對探測體系的靈敏度在整個被探測的光譜范圍內的變化而進行的校準。
使用該試驗配置獲得的結果顯示在圖8和9中，圖8顯示了由應用
于兩層式樣品的常用背向散射幾何學得到的光譜，包括照射撲熱息痛(曲
線70)和照射吸收池(曲線72)。也示出了僅針對撲熱息痛(曲線74)和僅針對吸收池(曲線76)的背向散射結果以用于參考。圖9顯示了使用透射散射幾何學得到的光譜，包括照射撲熱息痛獲得的光譜(曲線80)和照射吸收池獲得的光譜(曲線82)，也示出了僅針對撲熱息痛(曲線84)和僅針對吸收池(曲線86)的透射結果以用于參考。
由圖8清晰可知，使用背向散射幾何學，僅可見到來自樣品的直接照射分量的拉曼信號。即使扣除頂層的純拉曼光譜，也不可能探測到樣品次層的光譜，這與使用前述的Monte Carlo模型的預測相符合。相反，在圖9的透射幾何學的結果中，觀察到相對恒定的表面與次層之間的拉曼強度比，而與被照射的樣品的成分無關。
圖9證明了在測試藥片的環(huán)境中如何探測異常層，而與其相對于照射輻射的位置無關。如果用于該試驗的撲熱息痛藥片在后部具有較厚的雜質層，則常用的背向散射方法不能探測其存在。透射幾何法則可以探測雜質層，而與其在樣品內的深度無關。
使用撲熱息痛藥片而不包含吸收池而進行的背向散射和透射測定足示，當由傳統的背向散射變?yōu)橥干鋷缀螌W時，全部拉曼強度的減少僅為12倍，由此仍允許在具有理想的靈敏度時使用較短的曝光時間。值得注意的是，即使透過兩片撲熱息痛藥片的堆積體(7.8mm厚)也能夠在透射幾何學中觀察到良好的拉曼信號，而且透過三片撲熱息痛藥片的堆積體(11.7 mm厚)仍具有可探測性，與在透射幾何學中僅監(jiān)測一片藥片相比，信號分別衰減16倍和400倍。適用于藥片和其他制劑的透射幾何學的大照射面積還使得能夠采用充分高的激光功率而不會損壞樣品。需要時，尤其是如果與大面積的接收用光學器件組合時，這可用于實現曝光時間的進一步縮短。
同樣的試驗配置可用于獲得各種不同的藥物膠囊(具有各種不同的有色外殼部分)的常規(guī)背向散射拉曼光譜和透射拉曼光譜。通常，有色的膠囊外殼引發(fā)很大程度的熒光輻射，其對于測定的拉曼光譜的信噪比
具有不良影響。圖IO中顯示了采用IO秒曝光時間，使用綠色的Sudafed(RTM) Dual Relief膠囊測定的光譜。上部曲線是使用常規(guī)的背向散射幾何學獲得的光譜，藥物組分的所有拉曼光譜特征都完全被熒光信號掩蓋。下部曲線是使用所述的前向散射幾何學獲得的光譜，雖然前向散射信號弱于背向散射信號，但有用的拉曼光譜峰卻完全清晰可見。診斷學應用
本發(fā)明還可應用于診斷測試技術。許多臨床的和其他的診斷測試l I前仍然通過由膜運送的檢驗物進行。將可含有特定分析物的樣品施用于運送一種以上診斷試劑的膜，或是與膜連接的墊狀物。診斷測試的結果常常以光學方式探測，例如借助于顏色的變化、有色帶相對于白色薄膜的可見性或類似的方式。特定類型的該診斷測試配置包括側向流動、流動、固相和凝集格式。
對一些測試而言，對于樣品中少量目標分析物質的高靈敏度是必不可少的，各種技術已經通過使用具有根據目標分析物質的存在而表達的獨特的拉曼光譜標志的光學標簽解決了該問題。為進一步增大靈敏度，有時可以使用膠體金，使之能夠通過表面增強型拉曼光譜技術探測目標物質。
圖11中顯示了常用的側向流動測試配置。將包含待探測的分析物的液體樣品在進入點102施用于膜100，并通過毛細管作用沿著膜通過過濾器104。所述膜通常由承載于透明或半透明的基材105上的諸如硝化纖維等半透明的光散射材料制成，所述基材例如可以是玻璃、紙或塑料。在描述性實例中，樣品液體與信號試劑106接觸，當液體檢驗物沿帶流動時與該試劑發(fā)生相關反應。到達探測區(qū)108時，使用例如圖示的照射用光學器件IIO和收集用光學器件112，或者如該文獻其他地方所討論的器件，捕獲并通過光學方式探測由分析物與信號試劑構成的復合物。所述信號試劑可以是諸如由Oxonica Inc.提供的Nanoplex (RTM)等生物標記物。對于圖示配置的各種替代物和改造物也是公知的。
20本發(fā)明可用于諸如圖11中所描繪的側向流動測試，或是基于診斷測試的其他膜的光學探測階段。正如圖11中所描述的，將探測光引導至探測區(qū)108處的膜的第一表面。探測光在膜內散射，在相反的第二表面以透射幾何學的方式收集散射光。 一部分散射是來自一種以上光學活性試劑、標記物或標志物的拉曼散射，其通過特定拉曼光譜特征的表達以光學方式表達所述分析物的存在。因此，經收集的光的一個以上拉曼光譜特征可用于確定或量化探測區(qū)處的膜內或膜上的分析物的存在，或保持在所述膜內或膜上的材料的其他特征。
各種不同的拉曼光譜技術可用于增強對被表達的拉曼光譜特征的探測，包括共振拉曼、表面增強型拉曼光譜和表面增強型共振拉曼光譜。
對于本領域技術人員顯而易見的是可以對已描述的實施方式進行各種變化和改進，而不會背離本發(fā)明的要旨和范圍。
權利要求
1. 一種測定諸如藥片、膠囊或凝膠膠囊等藥物制劑的一種以上的性質的方法，所述方法包括使所述制劑的第一表面暴露于入射輻射；接收并探測所述入射輻射的來自所述制劑的第二表面的拉曼散射分量，所述第二表面與所述第一表面彼此隔開。
2. 如權利要求l所述的方法，所述方法還包括由所述探測得到的拉 曼散射輻射測定所述一種以上的性質。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其中，所述第二表面在所述制劑的與所述第一表面相反的一側。
4. 如權利要求1 3中任一項所述的方法，其中，所述第二表面以這樣的方式與所述第一表面彼此隔開前向散射的拉曼輻射透射至所述第二表面從而被接收并被探測。
5. 如權利要求1 4中任一項所述的方法，所述方法還包括收集背向散射輻射，和探測所述背向散射輻射中的拉曼輻射。
6. 如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述制劑保持在具有面向所述制劑的一個以上內表面的承載器中。
7. 如權利要求6所述的方法，其中，所述內表面的至少一部分是鏡 面從而將輻射反射回所述制劑中。
8. 如權利要求7所述的方法，其中，所述承載器包括第一孔隙和^ 二孔隙，所述制劑的第一表面透過所述第-一孔隙而暴露于所述入射輻射， 透過所述第二孔 隙從所述制劑的第二表面接收拉曼輻射。
9. 如權利要求8所述的方法，其中，使用一個以上激光器產生所述 入射輻射。
10. —種測試多個藥物制劑的方法，所述方法包括將任一項前述權 利要求所述的步驟應用于每一個所述制劑。
11. 如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述藥物制劑選自 包括以下物質的列表藥片；膠囊；包衣片劑；凝膠膠囊；和經包裝的藥物產品。
12. 如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述藥物制劑包 含渾濁固體物。
13. 如前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述一種以上的 性質包括多晶態(tài)性質、水合態(tài)性質、溶劑化物性質、鹽形式性質和結晶 度性質中的一種以上。
14. 如權利要求1 12中任一項所述的方法，其中，所述一種以上 的性質包括用于化學反應以形成所述制劑的成分的原料的一個以上的特 征。
15. —種探測樣品的方法，所述方法包括 使入射輻射照射至所述樣品的第一表面；從所述樣品的第二表面收集所述入射輻射的前向散射分量；和 探測所述收集的輻射中的拉曼輻射。
16. 如權利要求15所述的方法，其中，所述樣品是擴散型散射固體。
17. 如權利要求15所述的方法，其中，所述樣品包括活體組織。
18. 如權利要求17所述的方法，其中，所述活體組織包括骨骼、軟 骨、骨髓、腦、神經、脂質、血液和牙齒中的至少一種。
19. 如權利要求15所述的方法，其中，所述樣品是存在分析物時適 于通過表達一個以上的拉曼光譜特征來探測所述分析物的診斷測試裝置 的膜，所述方法還包括通過探測所述探測到的拉曼輻射中的所述一個以 上光譜特征來探測所述分析物的步驟。
20. 如權利要求19所述的方法，其中，所述診斷測試裝置是運送試 劑的側向流動測試裝置，所述試劑被選擇用于與所述分析物反應并表達 所述拉曼光譜特征。
21. 如權利要求19或20所述的方法，其中，所述第一表面和所述 第二表面是所述膜的相反兩面。
22. —種制造多個類似的離散物體的方法，所述方法包括 對每一個物體執(zhí)行權利要求15所述的步驟；和 對每一個物體，分析所述探測到的拉曼輻射從而測定每一個物體的一個以上的特征。
23. 如權利要求22所述的方法，所述方法還包括基于所測定的特征 中的一個以上的特征淘汰所述物體中的一個以上的物體。
24. —種分析藥物制劑的本體的方法，所述方法包括使入射輻射照 射至所述制劑并使用透射幾何學探測在所述制劑中散射的拉曼輻射。
25. —種用于分析藥物制劑的設備，所述設備包括 用于保持制劑的承載器；照射用光學器件，所述器件經配置而用于將入射輻射引導至所述制 劑的第一表面；接收用光學器件，所述器件經配置而用于從所述制劑的第二表面接 收并探測所述入射竊射的已透射的拉曼散射分量，所述第二表面與所述 第一表面彼此隔開。
26. 如權利要求25所述的設備，其中，所述接收用光學器件包括經 配置而用于探測所述拉曼輻射中的一個以上的分量的光譜分析器。
27. 如權利要求25所述的設備，其中，所述接收用光學器件包括經 配置而用于分離所述拉曼輻射中的一個以上的分量從而用于探測的 一個 以上的光譜濾光器。
28. 如權利要求25 27中任一項所述的設備，所述設備還包括經配置而用于從所述探測到的拉曼輻射中得出所述制劑的一種以上的性質的 分析器。
29. 如權利要求28所述的設備，其中，由所述經配置的分析器得出 的所述一種以上的性質包括多晶態(tài)性質、水合態(tài)性質、溶劑化物性質、 鹽形式性質和結晶度性質中的一種以上。
30. 如權利要求28所述的設備，其中，由所述經配置的分析器得出 的所述一種以上的性質包括用于化學反應以形成所述制劑的成分的原料 的一個以上的特征。
31. 如權利要求25 30中任一項所述的設備，其中，所述第二表而位于所述制劑的與所述第一表面相反的一側。
32. 如權利要求25 31中任一項所述的設備，其中，所述第二表面以這樣的方式與所述第一表面彼此隔開使前向散射的拉曼輻射透射至 所述第二表面從而被接收并被探測。
33. 如權利要求25 32中任一項所述的設備，其中，所述承載器具有面向所述制劑的 一個以上的內表面。
34. 如權利要求33所述的設備，其中，所述內表面的至少一部分足 鏡面從而將輻射反射回所述制劑中。
35. 如權利要求25 34中任一項所述的設備，其中，所述承載器包 括第一孔隙和第二孔隙，所述制劑的第一表面透過所述第一孔隙而暴露 于所述入射輻射，透過所述第二孔隙從所述制劑的第二表面接收拉曼輻 射。
36. 如權利要求25 35中任一項所述的設備，所述設備還包括經配 置而用于產生所述入射輻射的激光源。
37. —種用于測試多個藥物制劑的設施，所述設施包括權利要求 25 36中任一項所述的設備。
38. 如權利要求25 37中任一項所述的設備，其中，所述藥物制劑 選自包括以下物質的列表藥片；膠囊；包衣片劑；凝膠膠囊；和經包 裝的藥物產品。
39. 用于測定活體組織的一個以上特征的設備，所述設備包括 照射用光學器件，所述器件經配置而用于使入射輻射照射至所述組織的第一表面；接收用光學器件，所述器件經配置而用于從所述組織的第二表面接 收并探測源自所述入射輻射與所述組織的相互作用的經透射的拉曼輻 射，所述第二表面與所述第一表面彼此隔開；和分析器，所述分析器適于從所述探測到的輻射中測定所述一個以上 特征。
40. —種診斷測試裝置，所述裝置包括用于運送包含分析物的液休 的膜，和被選擇用來在存在所述分析物時表達一個以上拉曼光譜特征的 試劑，所述裝置適于使探測光能照射至所述膜的第一表面，并適于從所 述膜的相反的第二表面收集在所述膜內散射的光，以用于所述拉曼光譜特征的探測。
41. 診斷測試設備，所述設備適于容納權利要求40所述的診斷測試 裝置，適于使所述探測光照射至所述第一表面，適于在所述第二表面收 集在所述膜內散射的光，并適于探測所述散射光中的所述拉曼光譜特征。
42. 如權利要求41所述的診斷測試設備，所述設備還適于測定并指 示施用于所述測試裝置的所述液體中的所述分析物的存在。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種拉曼分析，其利用拉曼光譜法測定渾濁或散射樣品的性質，其中將探測光輸送至樣品，隨后使用透射幾何學從所述樣品收集所述探測光。該技術可應用于諸如藥片等藥物產品、諸如側向流動診斷條等診斷測試以及其他場合。
文檔編號G01N21/65GK101460831SQ200780020790
公開日2009年6月17日 申請日期2007年4月5日 優(yōu)先權日2006年4月5日
發(fā)明者安東尼·維廉·帕克, 帕維爾·馬陶謝克 申請人:科學技術設備委員會