药物多晶型现象研究进展

同种药物采用不同溶剂、不同工艺生成不同空间结构的晶体，称为药物多晶型现象。药物多晶型自18世纪20年代开始引起人们的关注，20世纪60年代以后随着相关学科的发展和实验分析手段的提高，如热分析、红外吸收光谱、X-射线粉末衍射等分析方法的运用，药物多晶型研究进展快速[1]。人们对药物多晶型现象以及药物多晶型对药物的物理化学性质、稳定性、生物利用度[2]和安全性的影响，有了全面深刻的理解。

药物多晶型一般认为有4种类型：构象多晶型、构型多晶型、色多晶型、假多晶型。晶体中分子在晶格空间的排列不同形成的晶体称为构象多晶型，多数药物的晶型均属此类；晶体中的原子在分子中的位置不同形成的晶体称为构型多晶型；药物在不同的溶剂中结晶形成不同颜色的晶体，称为色多晶型；药物在结晶时，溶剂分子以化学计量比例结合在晶格中而构成分子复合物，称假多晶型，亦称溶剂加成物。

1 药物多晶型的研究意义

多晶型现象在有机药物中广泛存在。据统计，美国药典(2000版)片剂样品中约有40%的药物存在多晶型现象。中国药典(2000版)共收载化学药品1699种，其中固体药物制剂约1336种[3]。同一药物的不同晶型在溶解度、溶出度、熔点、稳定性等方面有显著的差别，不同程度地影响了药物的稳定性、均一性、生物利用度和安全性；同时药物的多晶型现象还会对制药工艺带来影响。药物多晶型现象已经成为药品生产质量控制和新药研究中不可缺少的重要组成部分。

1.1 药物多晶型对药物溶解度和溶出度的影响

同一药物的不同晶型的溶解度不同，例如降血糖药物那格列奈的三种晶型B、S、H在20℃的100 mL磷酸盐缓冲溶液(pH=6.8)中的溶解度分别为0.893 g、1.276 g、1.354 g[4]。因溶解度差异药物固体制剂的溶出度亦会因晶型不同而产生差异，而固体药物的溶出是吸收的前提，溶出度的高低直接影响生物利用度。杨梁等[5]研究了盐酸林可霉素两种晶型胶囊，结果发现，晶型Ⅰ的溶出度在开始时比晶型Ⅱ低，但在2 min后会快速升高并超过晶型Ⅱ优先达到最高药峰浓度；袁恒杰等[6]研究尼群地平的溶解度及其在家兔体内的血药浓度发现，尼群地平晶型Ⅲ的生物利用度明显优于晶型Ⅰ和Ⅱ。

对药物晶型的溶解度和溶出度研究是提高药效的有效途径之一，对于有毒药物，低溶解度晶型有利于减低毒性对生物的影响。同一药物的不同晶型还可以分别制成速效、普通和缓效药物以适用于不同的人群。

1.2 药物多晶型对药物稳定性的影响

根据不同晶型稳定性的差异，药物多晶型可以分为稳定型、亚稳定型和不稳定型三种。稳定型的熵值小、熔点高、化学稳定性最好,但溶出度、溶解度也往往最小，因此生物利用度比较差，不稳定型则相反，亚稳定型介于二者之间。亚稳定型和不稳定型在一定的条件下会逐步向稳定型转变。李钢等[4]发现，那格列奈药物H型在40℃左右会自动转变为X2型，B型在受热条件下逐步向S型转变；王明[7]研究发现，增大湿度和升温有利甘氨酸α型向γ型转变，同时α型中含少量的γ型对转变起到促进作用；杜青等研究发现，盐酸丁螺环酮A型在较低的温度下会向C型转变；Getsoian等[8]研究发现，卡马西平在高温溶剂异丙苯中随着温度的升高会逐步出现三种晶型；Barbas等[9]采用现代分析技术对比研究了盐酸诺氟沙星三种晶型的相对稳定性。

了解不同晶型的稳定性有助于确定药用晶型、制定相应措施保证制药和存储过程中药物的物理化学稳定性、保证每批次药物的等效性等等。

2 药物多晶型的常用分析方法

自20世纪60年代以来，仪器分析在多晶应用方面获得了巨大的成就。目前，研究药物多晶型的常用分析方法有熔点分析法、热载台显微镜检查法、热分析法(包括差热分析法、差示扫描量热法以及热重分析法)、比色法、红外分光光度法、溶解度测定法、密度测定法(包括浮集法、比重计法及膨胀测量法)、X-射线粉末衍射法以及X-射线单晶衍射法等。近年来一些新方法更是引起了多晶分析的研究热潮。固态核磁共振法、漫反射红外分光光度法、近红外分光光度法、拉曼分光光度法等在多晶分析上取得了长足的进步。

2.1 熔点法

多晶型分子因内部结构的不同会引起熔点的差异。熔点法因其简便、直观一直是多晶研究的重要分析方法之一。常用的有毛细管法、熔点测定仪法以及热载台显微镜法。

部分药物多晶型之间熔点相差幅度较小，甚至无差别，如卡马西平的晶型A仅比晶型B低0.5～0.7℃，熔点法很难区分，故以熔点差异确定多晶型只是初步检测方法之一。一般来说，晶型熔点越高稳定性也越高，根据两种晶型的熔点差距大小，可以相对地估计出它们之间的稳定性关系。如果两种晶型熔点相差不到1℃时，则这两种晶型在结晶过程中就可以同时析出，且两者的相对稳定性较难判别。两者熔点越接近，不稳定的晶型越不易得到。

2.2 热分析法

热分析法是在程序控制温度下，测量物质的物理化学性质与温度的关系[10]，并通过测得的热分析曲线来判断药物晶型的异同。热分析法主要包括差示扫描量热法、差热分析法和热重分析法。

差示扫描量热法(DSC)是在程序控制下，通过不断加热或降温，测量样品与惰性参比物(常用α-Al2O3)的功率差随温度变化的一种技术。DSC多用于分析样品的熔融分解情况以及是否有转晶或混晶现象。目前，DSC已成为多晶分析最常用的手段之一。随着科技的发展，普通DSC已经不能满足某些研究需要,进一步开发出调制温度差示扫描量热分析(MTDSC)与微区热分析技术用于多晶分析。如：Keymolen等[11]对硝苯地平多晶型转化进行研究；Sharma等[12]研究了固态药物吲哚美辛和辛伐他汀在湿磨机加工过程中的晶型转化关系;Kawakami等[13]采用MTDSC研究了阿苯达唑多晶型的相关转变温度。

差热分析法(DTA)是通过同步测量样品与惰性参比物之间的温度差来判定物质的内在变化。由于各种物质都有自己的差热曲线，因此DTA是物质物理特性分析的一种重要手段。热分析法中DTA使用较早、应用较广，在对晶型的转变与温度关系的研究中有着重要的应用。目前常将DTA曲线与TG/DTG曲线结合分析，以确定晶型转变的具体温度(晶型转变时DTA曲线上有明显的吸热峰，而TG/DTG曲线上没有)。如徐坚等将甲氧氯普胺多晶型的DTA曲线与TG曲线结合，发现了晶型Ⅰ向晶型Ⅱ的转化温度,为该药物的生产保存作出了重要贡献。

热重分析法(TG)是在程序控制温度下测定物质的质量与温度关系的一种技术。TG适用于检查晶体去溶剂化过程以及研究晶体的热力学稳定性和热分解动力学，可推测晶体中含结晶水或结晶溶剂的个数，从而快速区分无水晶型与假多晶型。TG曲线与DTG曲线结合可以初步判定不同晶型的差异与转化温度，在多晶型研究中有着不可替代的作用。

热分析法所需样品量少，方法简便、快速、灵敏、重现性好，在药物多晶型分析中较为常用。

2.3 光谱法

红外光谱法(IR)又称红外分光光度分析法,是分子的振动-转动能级跃迁引起的吸收光谱。不同的晶型分子因内部结构的差异往往会造成旧峰消失、新峰生成、峰位和峰形的变化等，根据这些特征可以初步判定不同晶型的存在。较常用的红外光谱法有石蜡糊法、KBr 压片法、漫反射法以及衰减全反射法(ATR)等。传统的红外光谱法受外界环境、操作熟练程度影响较大。

拉曼光谱与红外光谱一样，也是用来检测物质分子的振动-转动能级，这两种光谱俗称姊妹谱。但是两者的理论基础和检测方法是完全不同的。物质的原子总在不停地振动，这种振动是由各种简正振动叠加而成的。当简正振动能产生偶极矩的变化时，它能吸收相应的红外光，即这种简正振动具有红外活性；具有拉曼活性的简正振动，在振动时能产生极化度的变化，它能与入射光子发生能量交换，使散射光子的能量与入射光子的能量产生差别，这种能量的差别称为拉曼位移(Raman shift)，它与分子振动的能级有关。拉曼位移的能量水平也处于红外光谱区，但拉曼光谱的检测不仅仅限于红外光，也有紫外光和激光。在结构鉴定中红外和拉曼两种光谱起到相互补充的作用。

近年来光谱法在多晶分析上取得了长足的发展。扩散反射红外傅立叶变换光谱法[14]、近红外光谱法[15,16]、原位拉曼光谱法[17]以及拉曼光谱与热显微的联用[18]等为多晶分析研究作出了巨大贡献。

2.4 X-射线衍射法

X-射线衍射法是研究药物多晶型的主要手段，常用的有X-射线单晶衍射法和X-射线粉末衍射法。X-射线粉末衍射法可用于区别药物的晶态和非晶态、鉴别晶体的晶型、区别混合物和化合物。X-射线单晶衍射法可用于确定药物晶型结构、测定晶胞参数(如原子间的距离、环平面的距离等)、确定晶体的对称性、比较不同晶型，是研究药物多晶型的最常用和有效的方法。

X-射线粉末衍射定性分析的主要参数测定：(1)从衍射峰位置测量2θ值，再经Bragg公式2dsinθ=nλ(n=1、2、3…)计算得出晶面间距d值；(2)从图谱内相应d值的衍射峰强度(I)与最强衍射峰强度(I0，习惯以100计)的比值求出衍射峰强度比(I/I0)。从X-射线衍射谱可得出晶型变化、结晶度、有无混晶等信息。X-射线粉末衍射分析因其制样方便、鉴定迅速、结果准确已经被许多国家药典列为分析药物多晶型的常用手段之一。

国际上公认的确证多晶型的最可靠方法是X-射线单晶结构测定。它可以直接获得晶体的晶胞参数、空间群等分子的立体结构信息。应用X-射线衍射技术可对含有C、O、H、N、S等原子的复杂有机物的晶体结构作出迅速精确的测定、准确计算相应粉晶图谱的理论计算值、绘出相应晶型的空间结构图，是多晶研究领域的重要进展。在微观分子水平上阐明药物多晶型的构效关系，是该领域研究动向之一。通过衍射数据结合计算机分析软件可以直观地表现出多晶分子之间的结构差异，是X-射线粉末衍射分析、红外光谱等方法的强有力的佐证。如甘氨酸的单晶衍射结合计算机分析研究很好地阐述了造成晶型差异的原因，直观地描述出两种晶型的结构差异，有力地证明了经X-射线粉末衍射得出的观点[19]。

2.5 核磁共振波谱法

核磁共振波谱法(NMR)是采用合适的电磁波照射磁场中有磁矩的核，使它们吸收能量，产生原子核能级的跃迁，发出核磁共振信号，经过相应的信号检测转换仪器得到核磁共振波谱的方法。目前用于多晶分析的主要是13CNMR。NMR是化合物分子结构分析的重要方法之一，尤其适用于不能获得单晶的或液体(包括溶液)的化合物的构型、构象的结构分析，大量地应用于有机结构分析，包括生物分子(如蛋白质分子等)，但一般要事先确定分子式。在多晶型分析中，因13CNMR灵敏度较低，精确度、准确度较差，开发出的一系列新技术可以解决以上问题，如：固态13CNMR[20]、高效质子去耦合、交叉极化(CP)、幻角自旋(CAS)[21]等新技术。

2.6 其它方法

溶解度法、密度法、折射率法等的原理都是根据晶型结构的不同所产生的物理性质差别而提出的。随着科技的进步，更快、更准确的分析方法将会被开发应用。

3 药物多晶型转变的影响因素

药物的晶型往往影响药物的疗效，选择合适的药物晶型有助于提高药物的疗效和增加药物的价值。在药物制剂的生产制备过程中，许多因素会影响到晶型的转变。为选择和确保固体制剂中的药物晶型为有效晶型，有必要了解与掌握晶型转变的影响因素，以合理地设计处方，制定工艺方案，使生产的晶型趋向于最优晶型，使亚稳定型稳定化，从而保证药品质量及临床药效。

3.1 溶剂的影响

采用不同溶剂或不同比例的混合溶剂重结晶可以获得同种药物的不同晶型或不同比例的混晶。如头孢呋新酯在正丁醇和乙醇中结晶会产生不同的晶型α型和β型；盐酸丁螺环酮原料药溶于无水乙醇和氯仿可以分别获得A型 和B型；替莫唑胺原料溶于比例为1∶3 和3∶1的丙酮与水的混合溶液分别得到A型和B型[22]。

不同的溶剂制备药物多晶是目前多晶制备最常用的方法。混合溶剂、共溶剂与反溶剂的研究被越来越多地报道。溶剂法不仅可以用来获得多晶，还可以用来研究多晶的质量。季华等[23]研究发现，反溶剂(二甲基亚砜+乙醇)重结晶法制备多晶型比卡鲁胺可以获得分散性好的Ⅰ型比卡鲁胺。

在工业化生产中只有采用合适的溶剂才能得到所需的晶型。除溶剂种类外,溶剂浓度和结晶时间也是需要考察的因素。

3.2 研磨的影响

研磨粉碎既是减小药物的颗粒粒径，使之充分混合，促进溶解吸收的一种方法，也是将多晶型转变为无定型和稳定型的常用方法。研究发现，许多药物进行研磨时晶型会发生转变，如卡马西平、咖啡因、苯巴比妥、棕榈氯霉素、无味氯霉素等；研磨也会加速转型，如甲氰咪胍[24]和法莫替丁[25]的多晶型转变。

在研究研磨对药物晶型的影响时，往往结合温度、湿度、时间等因子综合考虑。例如消炎痛在玛瑙离心研磨机里进行研磨，4℃时，α和γ晶型研磨后得到的均为非晶型；30℃时，γ晶型研磨后得到α晶型，而α晶型研磨却比较稳定。通常情况下,研磨往往导致亚稳定型向稳定型的转变，但也有由稳定型转变为亚稳定型的情况。

3.3 温度、湿度的影响

温度是影响药物晶型的最关键因素，大多数药物都存在温度对映晶型。湿度对药物晶型的影响往往与温度综合考虑。对于对映互变型晶体，在不同的温度、湿度下，很可能引起晶型的转变，尤其是在生产、运输、贮存的温度、湿度条件下，晶型转变应特别注意，一般先研究高温、高湿条件下的情况，再推测室温下的情况。

据报道，尼莫地平α、β两种晶型敞开置于40℃、60℃、80℃烘箱中20 d，105℃放置12 h，取出后测定发现X-射线衍射图谱与实验前明显不同，说明高温对尼莫地平晶型转变有影响。在相对湿度为75%、温度为40℃以及相对湿度为75%、温度为80℃的高温高湿条件下也发生转型。李钢等[26]对那格列奈进行研究，发现了不同晶型在不同温度下的转变关系。

3.4 压力的影响

压制片制备工艺中,粉体的流动性、可压缩性和凝聚性质等是影响压片工艺和药品质量的重要工艺控制参数。压片过程会使药物多晶型内部能量发生变化，直接造成晶体结构的改变，因而可能导致晶型转变，使药物制剂的质量与药效发生变化。例如法莫替丁晶型B在100℃、常压下稳定；当压力逐渐提高至49.03×104kPa时将会转变为A型[27]。

药物多晶型还能影响直接压片中粉末的成型性能，例如对乙酰氨基酚晶体一般为单斜晶系(晶型Ⅰ)，而它转变为正交晶系(晶型Ⅱ)后，由于分子内部结构中存在滑动面，所以直接压片能力强，通过晶型Ⅱ直接压成的片剂药物的生物活性和稳定性均有改善[28]。

通常情况下，压力对稳定型的影响要小于亚稳定型，亚稳定型结晶在机械压力下容易发生晶型转变而改变制剂溶出性质,从而影响制剂质量的均一性[29]。因此，既要提高片剂的硬度，又要使药物保持有效晶型，这就需要考察合适的压力以及施压过程。

3.5 添加物的影响

除了温度、溶剂、压力等对药物多晶型有影响外，在药物的重结晶与研磨粉碎过程中加入特定的物质也可以促进晶型转变。药物多晶型中亚稳定型通常比稳定型具有更好的溶解度、溶出度以及生物利用度，但亚稳定型的自由能较大，易自发转变为稳定型，降低药效。因此控制亚稳定型药物的药效十分重要。生产过程中常常通过快速冷却或加入晶种重结晶来制得亚稳定型，然后加入合适的辅料来保证晶型的稳定，如微晶纤维素、PVP等。这主要是因为这些分子能通过氢键、络合、静电等作用力与药物分子间形成电子对，加强了亚稳定型药物分子的稳定性。

4 展望

研究和掌握药物多晶型性质对于新药工艺研发、提高药物稳定性与生物利用度、降低药物毒性等具有重要作用。目前国内对药物多晶型的研究大多集中在新晶型的研发上，存在着几点不足：(1)对新晶型的理化性质研究还很少；(2)新晶型的微观结构分析与相关晶型的微观结构差异研究几无报道；(3)晶型间的转变途径等研究还与国际水平存在很大的差距；(4)多晶型药物的保存工作很少涉及。美国药典已经对目前发现的多晶型药物的理化性质与鉴定方法作出了详细说明，并规定以后收录的多晶型必须附有详细的鉴定方法与具体的理化性质差异。随着科技的发展、分析技术的提高、人类对药物本质与特性了解的深入，药物多晶型研究将会取得更多的成就。

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