化学成像(chemical imaging)结合具有空间分辨能力的传感技术与数据分析技术,利用主要获自样品表面的信息来表征样品的化学、物理性质,包括光谱成像、质谱成像、磁共振成像等。其中光谱成像是利用不同波长的光照射样品表面各个空间位点,收集所产生的反馈信号,构建反映样品表面化学和物理特性的图像,用于成分鉴别及浓度、晶型、空间排列、区域尺寸和颗粒大小分析等。
2025年版《中国药典》首次收载化学成像指导原则,本指导原则主要适用于基于振动光谱(如近红外、中红外、远红外和拉曼光谱)的化学成像系统,也可适用于其他成像技术。2017年,欧洲药典(EP)增刊9.3新增全球首个化学成像(general tests)(5.24. Chemical imaging),用于药品质量保证和控制以及药品生产环境下的分析,随后英国药典(BP2023)附录Appendix II L也收载了化学成像技术。新增的9031化学成像指导原则详细阐述了概念、适用范围、成像特点、成像系统、采集模式以及成像过程。主要内容整理如下:
成像特点 | 成像模式 | 多光谱成像、高光谱成像、超光谱成像 |
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数据立方体 | 由二维空间(x,y)和一维波长(λ)组成三维的数据阵 | |
多维化学成像 | 增加空间维度、时间维度等可实现 | |
成像系统 | 主要介绍的是基于振动光谱的化学成像系统类型,各种光谱方法的化学成像技术各有特点和适用性 | • 近红外光谱 • 中红外光谱 • 远红外/太赫兹光谱 • 拉曼光谱 |
采集模式 | 主要分为扫描型和快照式 | • 摆扫式 • 推扫式 • 凝视式 • 快照式 |
成像过程 | 详细介绍了各个部分的内容 | • 样品制备 • 仪器装置 • 图像处理 • 图像分析 |
备注:以上是摘自EP5.24.CHEMICAL IMAGING的“数据立方体DATACUBE”的示意图
化学成像不仅用于定性和定量分析原辅料、固体和半固体制剂、生物样品、包装材料和设备中的活性成分,还有助于检查样品的均匀性,检测物理缺陷如裂纹,以及识别外来颗粒或污染物。此外,它还能帮助理解生产过程和确定工艺问题的原因。
【盐酸二甲双胍缓释药物的化药片剂的原料药(API)以及两种晶型药物有效晶型分析】
【尼莫地平A晶(有效晶型)拉曼光谱化学成像与占比计算】
通过化学成像采集发现,该片剂中的尼莫地平分子以较为均匀的形式分布在药片内部,图中色带偏蓝处为无信号背景,信号偏黄红处为有效的A晶成像信号,其中颜色越红代表信号越强,即A晶含量越高。由化学成像结果可见,该尼莫地平片剂中A晶的分布呈现分畴特点,分布均匀度一般。进而通过自主开发的图像处理工具,对化学成像图进行二值化处理,所得结果如图所示,其中白像素为A晶有效信号,而黑像素为背景信号。通过借助程序处理进行像素计算,得到在所成像的区域内,A晶占整体尼莫地平分子的66.15%。针对该方法的验证工作正在通过QC样本进行中。
【药物各成分分布成像与定量】
【药物的颗粒分布成像、计数定量与粒径统计】