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从制药到农业:近红外光谱有哪些新的突破?
发布:kittyll   时间:2016/1/25 16:32:09   阅读:1572 
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图片来源:网络

近红外光谱法(NIR)可以在无需样品制备的情况下,为许多领域提供快速的分析,其在进程监控、材料科学和医学用途上尤其受到青睐。在NIR技术刚刚出现时,也曾经应用于农业,但新型的仪器功能则致力于为该领域提供更多的应用。
 
Benoît Igne,宾夕法尼亚普鲁士王市葛兰素史克制药公司的首席科学家,向我们谈及了他最近关于NIR的研究工作,以及他认为该技术在哪些领域具有增长的潜力,如在过程分析技术和农业等领域。
 
 
问:关于如何将NIR更好地用于控制药品生产,你的经验可谓是非常丰富了。你是如何涉足这个领域的?在关于针对药品制造上使用NIR,你最感兴趣的方面是什么?
 
答:我一直对测量质量非常感兴趣。在法国图卢兹攻读硕士学位期间,我曾与食品公司合作使用IR和NIR来预测质量参数。我于爱荷华州立大学进行研究生教育时,我应用NIR对近谷物和饲料进行了测定。我之所以选择这一研究领域,是因为我对湿化学,输出缓慢的,以及那些涉及样品制备的领域并不太感兴趣。我发现NIR具有分析速度快、无需样品制备,是一个非常令人满意的测量技术,同时相较于湿化学相关专业来说,其提供的结果更令人满意。关于如何使用化学计量学来提取光谱相关信息,类似于色谱柱如何从其成分中分离上,我也非常感兴趣。当我加入杜肯大学后,我开始使用NIR和化学计量学来处理药品相关的问题。我发现采用合成粉末来构建整个数据集的可能性及便利性。相比农业和其他受生长周期影响的领域来说,在制药工业中能够开发出更有效的方法。
 

图片来源:网络
 
问:在你第二版书籍的序言中[1],你从2002年对发布的FDA,EMA和ICH等规范性文件进行了一系列评论,其中提到“当内建质量优于测试质量时,有助于近红外光谱技术成为一种实现对该情况进行控制的高度相关工具。”自各研究机构于2002年发布这些文件后,关于使用NIR以及类似用于进程控制的方法,你是如何评价的?
 
答:虽然国家和国际机构发布的这些文件确实为研究提供了一个框架,但我认为这个行业仍应努力发布一些包含过程分析技术(PAT)的文件,以此作为进程或批处理决策的工具。其中一个共同的症结是校准更新。就像每一个分析工具那样,PAT需要进行模型维护。然而,鉴于FDA及其他管理机构的现状,关于提交这些工具更新或调整的要求的复杂性,为这些工具的发展增添了困难。当然在这方面肯定已经取得了进展,但流程可以进一步简化。
 
问:如何将你的农业背景融入到NIR研究中?哪些农业领域你认为对于未来NIR的应用具有潜力?
 
答:在农业领域,你通常希望基于可靠的数据迅速做出决策。我将NIR自身定位为一个伟大的工具,其能够为农民提供许多所需的信息。联合收割机现在可以配备近红外传感器,同时使用GPS装置,在基于产品质量的前提下,提供映射字段。也可以直接从地面对土壤进行分析,或是通过使用遥感影像处理技术来进行分析。例如,在之后的几年中,可以通过这些数据,来针对局部不均匀性来调整施肥计划并增加产量。由于仪器制造商提供体积更小,更具成本效益的传感器,我们不仅可以将NIR部署在更集中的区域,也可以部署在更广泛的区域。为那些在该领域制定决策的人提供信息,这可能是NIR在农业中的下一个发展方向。

 

图片来源:网络
 
问:你认为在进程监测中是否会大量采用NIR技术,该技术是否会在实验室中广泛使用?
 
答:虽然在实验室中有各种离线或在线NIR的应用,但该技术的主要优点是进程监测和控制。NIR相对于其他方法来说适合进程监测和控制的优点(相对低的样品吸光度允许一定的穿透深度、快速采集、无样品制备,等等),对于实验室来说恰恰是缺点(样品物理属性的灵敏度,重叠的频段)。在实验室中,NIR的应用可能会被诸如拉曼光谱等技术代替,但关于其他技术是否能够取代NIR对于进程监测和控制的灵活性这一点上,目前尚不清楚。
 
问:你下一步的研究计划是什么?
 
答:我们可以通过以下的一些途径来获取PAT技术部署的应用价值:改进对进程的理解、缩短开发时间、实时保证、实时释放测试,等等。然而,NIR与其他PAT工具是不能单独用于进行进程决策的。这集成了PAT工具进程控制和自动化的统计输出数据,提供了监测和控制进程的可能性。这就是我想要进一步研究的领域,同时我希望能够使用NIR和其他工具来对整个集成控制系统进行研究,以保证产品质量,保证“患者”安全。
 
参考文献:
[1]  E.W. Ciurczak and B. Igne, Pharmaceutical and Medical Applications of Near-Infrared Spectroscopy (CRC Press, Boca Raton, Florida, 2015).
 
译自:spectroscopyonline
来源:材料与测试
译者:兔子小光

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