技术领域
本发明涉及采用拉曼光谱法来测定浑浊或散射样品的性质的方法和 设备，特别但并非排他性地涉及测定制得的制剂的一个以上的本体性质， 所述制剂例如为药片、胶囊、凝胶胶囊和皮肤贴片，它们用于药物产品 的临床递送。
本发明还可应用于诊断测试，例如侧向流动诊断测试，其中分析物 的存在通过由膜运送的检验物的可被探测的拉曼光谱特征来表达。
背景技术
US 6,919,556讨论了药物产品的制造者在制造药品和其他制剂时对 它们的性质进行监控的需要。通常，从一批产品中取样送到实验室进行 生产后测试从而满足该需要。US 6,919,556讨论了在生产线本身中使用药 片的拉曼光谱分析。使激光束指向其前方布置有药片的拉曼探测器。照 射光子的一小部分在被照射的药片的表面区域发生非弹性拉曼散射。背 向散射的拉曼光子由探测器收集并被导向光谱仪以便分析。
在US6897951中讨论了可用于分析药片的其他拉曼探测器。
在该现有技术中使用的这些技术得到的仅仅是药片的非常有限的部 分的分析，这是因为背向散射的拉曼辐射产生于围绕激光束入射点的较 小区域。即使使用例如WO2005/060622中所描述的那些大面积探测器， 几乎全部的拉曼辐射仍产生于药片的薄表面层。因此，药片内部或其他 表面的材料特征仍探测不到。
在WO97/22872中，药片的连续变换的表面区域通过锥形孔而暴露 于入射激光束，通过该锥形孔还能够探测散射的拉曼光子。通过旋转位 于锥形孔的顶点之后的药片并改变旋转中心距锥顶的距离，连续变换表 面区域。不过，拉曼信号仍然严重偏向药片的照射表面。
Taylor，L和F Langkilde在“Journal of Pharmaceutical Sciences”(Vol 89，No.10，2000年10月)中讨论了使用拉曼光谱法来评价药片中存在的 固态形式。所关注的性质包括盐的形成、溶剂化物的形成、多晶型和结 晶度。
发明内容
发明目的
理想的是提供用于分析诸如药片等药物制剂的方法和设备，其中被 探测并被分析从而进行分析的拉曼辐射代表了不止一个的表面区域。
此外，理想的是能够应用这样的方法和设备来制造并测试药物制剂。
此外，理想的是提供尤其是但并不排他性地在制造时或制造后的测 试过程中用于分析其他类型的浑浊介质的类似的方法和设备。
此外，理想的是提供探测诊断测试装置(如侧向流动测试条)中的 分析物的改进的方法，并提供用于执行该探测的相应的测试装置和设备。
本发明旨在解决相关现有技术中的这些课题和问题。
发明方案
本发明提供探测样品的方法，特别是探测样品本体或样品内部的方 法或者探测样品内的一部分的方法，且特别是探测扩散型散射样品或浑 浊样品的方法，该方法包括将入射辐射引导至第一表面(样品的表面区 (region)、域(area)或部分)、从第二表面(样品的表面区、域或部分) 收集前向散射辐射、以及在所收集到的辐射中探测所述入射辐射的由所 述样品内的拉曼散射所产生的拉曼辐射。该方法可用于多个类似的离散 物体的大规模生产，包括对每一个物体执行这些步骤，并对每一个物体 分析所探测到的拉曼辐射从而测定每一个物体的一个以上的特征。该方 法还可用于优选以非侵入性的方式通过皮肤和牙齿分析各种不同的活组 织，例如骨骼、软骨、骨髓、脑、神经、脂质、血液，该分析通过使这 样的组织成为本发明实施方式中的样品而进行。有利的是，前向散射拉 曼辐射包含来自位于第一和第二表面区域之间的全部散射深度的信息。 相反，使用背向散射几何学仅能提供来自照射表面下的较浅深度的信息。
该方法特别适用于扩散型分散的固体样品。
本发明的特定方面提供测定诸如药片、胶囊或凝胶胶囊等药物制剂 的一种以上的性质的方法，所述方法包括：使所述制剂的第一表面区域 暴露于入射辐射；和接收并探测来自所述制剂的第二表面区域的拉曼散 射辐射，所述第二表面区域与所述第一表面区域彼此隔开。然后可以使 用所述探测到的拉曼散射辐射确定所述性质中的一种以上的性质。
使用该方法，被分析的拉曼信号不仅地代表制剂的表面的特征，而 是更多地代表制剂的全体内含物的特征，因此更多地代表既定的对象所 要接触到的所述制剂(例如在被消化后)中的物质的特征。特别是，可 以探测远离照射表面的杂质区域。可如此被探测到的性质包括尤其是活 性药用物质的不同的多晶型、水合物形式、溶剂化物和盐形式。其他性 质包括残余化学试剂和其他杂质的存在。
分析可基于测得的拉曼信号相对于理想的或预定义模板的接近程 度，基于使用可能的杂质的公知光谱对被探测到的拉曼光谱进行解析拆 分，或者通过分析诸如光谱偏移和谱线及谱峰宽度等特征而进行。
在胶囊(药物被封装在外壳内)的情况中，该方法可用于减少由壳 体作出的对测得的拉曼辐射的相对贡献。不过，药物制剂可以是任何具 有适当分散性质的合适的赋形剂，例如药片、包衣片剂、胶囊、凝胶胶 囊或皮肤贴片或类似物的携带药物的成分。该方法还可用于分析包含在 封皮或包装物内部的制剂，例如泡罩包装中的药片或胶囊。
通过将所述方法分别应用于多种药物制剂中的每一种制剂，本发明 的方法可用于例如在大规模生产线上或在测试设施中测试多种药物制 剂。
当从所述第二表面区域收集拉曼辐射时，其已经由第一表面区域透 过制剂而散射，因而第一和第二表面区域相互之间确定了一个透射或前 向散射几何结构。通常，第二表面区域可以在该制剂的与所述第一表面 区域相反的一侧上，不过更常见的是以这样的方式与第一表面隔开：前 向散射的拉曼辐射透射至所述第二表面区域从而被接收并被探测，其中 所探测的拉曼辐射产生于所述制剂的不止一个表面区域。
除了探测并分析前向散射的拉曼辐射之外，该方法还可以包括收集 背向散射辐射、探测所述背向散射辐射中的拉曼辐射和使用探测结果确 定制剂的一种以上性质。
通常，制剂可以支撑或负载于承载器中。这样的承载器可以具有一 个以上面向所述制剂的内表面，且至少一部分这些表面可以为镜面以使 辐射被反射回制剂中从而增加被探测的拉曼辐射的量，并改进所述方法 的灵敏度。特别是，合适的镜式包封将具有改善被探测的拉曼辐射反映 整个制剂的性质的程度的效果。
所述承载器可以包括第一孔隙和第二孔隙，所述制剂的第一表面透 过所述第一孔隙而暴露于所述入射辐射，拉曼辐射从所述制剂的第二表 面透过所述第二孔隙而被接收。
通常，使用一个以上激光器产生入射辐射。
由探测到的拉曼光所得到的诸如谱线强度、宽度或全光谱等光谱信 息可以以各种不同的方式用于进一步的分析，例如与模板或“理想的” 光谱信息进行比对，拆分成两个或更多个已知的或预期的光谱数据组或 光谱，或者测定谱线的在频率或宽度上的偏移。
本发明还提供实施本发明的方法的设备，例如用于分析药物制剂的 设备，所述设备包括用于保持制剂的承载器、经配置而用于将入射辐射 引导至所述制剂的第一表面的照射用光学器件、和经配置而用于从所述 制剂的第二表面区域接收并探测已透射的拉曼辐射的接收用光学器件， 所述第二表面区域与所述第一表面区域彼此隔开。
所述照射用光学器件可以是紧靠或对准第一表面区域的像激光源那 样简单的器件，也可以使用更为复杂的配置。通常，所述接收用光学器 件包括收集用光学器件，以及分光计、滤光器或其他光谱分选仪器，这 些仪器经配置而用于探测或分离所述拉曼辐射的一个以上的分量、波长 或其他方面。例如，可以使用傅立叶变换光谱仪，或是配有一个以上的 合适的光电探测器的一个以上的合适的光谱滤光器。
通常，所述设备可包括分析器，所述分析器作为计算机、专用的电 子器件或二者的一些混合器件发挥作用，并经配置以从所述探测到的拉 曼辐射中推导出制剂的一种以上的性质。通常，所述设备还可包括用于 产生入射或探测辐射的激光源。
本发明的设备可用于测试药物制剂、活体组织，以及用于其他应用。 该其他应用之一是用于安全目的，例如探测嵌埋在诸如身份证或护照等 物体中的标签或化学标记物。
本发明还提供一种使用诸如侧向流动测试条等诊断测试装置或组件 探测分析物的方法，其中，这样的装置包括用于接受含有分析物的液体 样品的膜，和被选择用来在存在所述分析物的条件下表达一个以上拉曼 光谱特征的试剂，所述装置适于将探测光引导至所述膜的第一表面，并 适于从所述膜的相反的另一面收集在所述膜内散射的光，以用于所述拉 曼光谱特征的探测。
附图说明
参照附图，以下将仅以举例的形式描述本发明，图中：
图1示意性地描述了通过透射拉曼光谱学对药片进行分析的配置；
图2描述用于图1的药片的替代性承载器，其具有镜式内表面；
图3显示使用背向散射拉曼辐射对药片进行进一步分析的图1的配 置；
图4描述固定在替代性承载器中的球形药片，用于探测的透射拉曼 辐射显现在与照射表面垂直的表面上；
图5示意性地描述了对诸如泡罩包装等包装物中的药片进行分析的 配置；
图6显示用于Monte Carlo散射模拟的浑浊样品的几何结构，所述样 品包括中间层；
图7显示源自图6中所示的中间层的透射和背向散射拉曼辐射随层 d1的深度而变化的图表；
图8显示来自包括扑热息痛药片和含有反式茋粉末的吸收池的层状 样品的背向散射的拉曼辐射光谱，其中单独的扑热息痛(p)和单独的反式 茋(t)用作参比光谱；
图9显示透过用于图8的层状样品而前向散射的拉曼辐射光谱，以 及相应的参比光谱；
图10显示在Sudafed Dual Relif胶囊中散射的辐射的背向散射拉曼光 谱(“常规”)和透射拉曼光谱；和
图11描述本发明在诸如侧向流动测试条等诊断测试的光学探询中的 应用。
具体实施方式
参考图1，图中显示了药片形式的药物制剂10，其固定在承载器12 中以暴露药片的上表面11和下表面13的至少一部分。所述承载器可例 如作为一部分生产线或生产后测试设施来提供。将激光器14产生的光引 导至承载器上方的照射用光学器件16，使得药片的上表面暴露于激光。 接收用光学器件18配置在所设置的承载器的下方，用以接收从药片的下 表面散射出来的光。将所述光导向光谱探测器20，并将光谱探测器20的 结果传递至由计算机执行式分析器22。
入射激光的适宜的波长大约在光谱的近红外部分，例如在827nm 处，具有的激光功率约为88mW，正如在以下的“实施例”(实验例)部 分中讨论的实例中所用的激光功率，该实例中还提供了用于照射、接收 和探测用光学器件的适宜的光学配置的更多细节。不过，还可以使用任 何其他适宜的波长。
入射激光的一部分光子在药片中经历拉曼散射。具有特定波长的拉 曼光子的产生取决于药片的化学结构，因此，通过分析散射的拉曼光子 可以推导出药片的化学性质，例如多晶型的类型、水合度和杂质的存在， 以及不需要的盐形式和溶剂化物形式。计算机分析器22这样使用来自探 测器20的光谱结果以推导出药片的一种以上的性质。这些性质可用于例 如淘汰含有过量的特定多晶型物或杂质的药片。
在相关的现有技术中讨论了可使用本发明测定的许多不同性质，例 如Taylor，L和F Langkilde的“Journal of Pharmaceutical Sciences”(Vol.89， No.10，2000年十月，第1342-1353页)，以及该文献中所引用的参考文献。
绝大多数的拉曼光子朝向照射用光学器件发生背向散射。几乎全部 的背向散射拉曼光子都产生于接近药片的被照射上表面处，因此仅能用 于推导该表面区域的性质。拉曼光子也发生前向散射，并从药片的下表 面出现。尽管前向散射的拉曼光子的数目与背向散射的光子的数目相比 较少，不过这些前向散射的光子来自整个药品深处的相对均匀的范围， 因而可推导出药品的本体性质。光谱探测器可采用各种已知的形式，例 如普通光谱仪、傅立叶变换光谱仪、或与一个以上光电探测器连接的一 个以上滤光器。
图2中描述了承载器的一个替代性构造。在该实例中，临近药片10 的承载器的表面或者全部或者部分是镜面，从而将本应被承载器吸收的 光子反射回药片中。药片中光子的密度由此得以增大，因此被接收用光 学器件18收集的拉曼光子的强度增大。承载器包封药片的程度可以变化， 例如仅提供用于药片的照射的小孔和接收前向散射的拉曼光子的小孔。 图2的承载器30被分成上部32和下部34，药片处于该两部分之间，不 过也可以使用其他几何结构。该镜式构造可用于本发明的其他实施方式 中。
图3描述了照射用光学器件40还包括接收用光学器件以收集背向散 射的拉曼光子的配置。这些光子传递至单独的光谱探测器42，或者作为 备选，传递至用于探测前向散射光子的探测器20，以用于探测和后续的 分析。这样，可同时或者在不同的时间探测并分析前向散射光子和背向 散射光子，而且这些各种备选项可用于本发明的其他实施方式。
在图1～3描述的实施方式中，药片通常具有矩形截面，可能宽 10mm，深4mm，从上方看时为圆形。图4中，药片呈球形，因此包在适 合的承载器50中。图4还描述了以下情况：对于使用透射几何结构获得 药片的本体性质而言，不一定将照射及接收用光学器件完全面对面地布 置在横跨药片的两侧，尽管这对于药片本体的均匀分布取样常常是优选 配置。在图4的配置中，照射用光学器件面向下，收集用光学器件在承 载器的侧面而非底部、在照射方向的横向上收集自孔隙出现的光。不过， 被照射用光学器件照射的药片的表面通常应当至少与通过接收用光学器 件收集散射光的表面分离或隔开。
因为本发明的通用方法降低了对表面组成的灵敏度，所以该方法可 用于测定处于如包装物等封皮中的浑浊介质(诸如药片或其他制剂)，如 已被包装在泡罩包装中用于分销的药片的特征。在图5中对其进行描述， 其中，使用在药片的整个宽度方向侧向配置的照射及接收用光学器件16、 18探测泡罩包装55中的药片10。该配置可用于常规情况，即泡罩包装 的上部膜56是或包括金属或金属箔，或对于照射光子的透射不足的其他 层。将该配置与图1的配置相比，泡罩包装55的作用与承载器12一样。 泡罩包装的下部膜57优选是半透明或透明的，例如部分或全部由半透明 的白色塑料形成，从而使光能够充分地通过，以使该技术发挥作用。如 果上部膜和下部膜56、57均允许光充分通过，则可以使用更类似于图1 的光学器件的配置。
利用承载器、照射及接收用光学器件的适当构造，本发明的实施方 式既可用于非侵入性地分析药片，还可用于分析其他形式的制剂，如胶 囊。所述方法能够抑制由常用的拉曼背向散射方法观察到的、源自胶囊 壁的对表面拉曼和荧光信号的干扰，并揭示包含在胶囊内的活性药物组 分的拉曼光谱。同样的特征也适用于其他浑浊的散射介质，因而本发明 还可容易地应用于其他领域，如非侵入性地在深度方向上探测活体组织。 例如，可以通过皮肤和牙齿深入探测骨骼、软骨、骨髓、脑、神经、脂 质、血液。对于活体组织的该分析，例如可用于探测诸如疾病等生理状 况。其他实例包括珠宝(如翡翠和珍珠)的特征，或玉米及其他果仁和 种子的特征以用于在质量控制和高通量筛选中探测它们的油或油酸浓 度。
数学模型
Monte Carlo模型用于模拟在诸如图1～图4的药片10等混浊介质中 散射的照射光子和拉曼光子的传递。该模型用于计算背向散射和前向散 射的拉曼光子相对于其在混浊介质中的深度的相对强度。简言之，当弹 性(照射)和非弹性(拉曼)散射光子在三维空间中以随机行走方式透 过所述介质传播时，分别对其进行追踪。建立以下简化的假设：在每一 步中，光子以直线传播一段距离t，之后其方向在下一次散射事件中完全 随机化。尽管该描述从单独的散射事件考虑时过于简化，不过，透过混 浊介质传播的光子通常不得不先经历多个散射事件(例如10～20个)， 然后其初始传播方向变得完全杂乱。这是因为各单独的散射事件经常强 烈地偏向于前向散射。不过，已经证实，对于此处所关注的大传播距离 (例如与药片的本体分析有关的那些距离)来说，各多次散射事件可以 近似为在“随机化长度”t上发生的一个单一的复合事件(Matousek P.等， Applied Spectroscopy 59，p1485，2005)。该简化假设使得能够用适度的计 算量分析大传播距离。
传播距离t(超过该距离后光子的方向随机化)可以粗略近似为散射 介质的传输长度(1t)(Brenan C.和Hunter I.，Journal of Raman Spectroscopy 27，p561，1996)，其以类似的方式被定义为光子在明显偏离其初始传播方 向前在样品内必须行进的平均距离。传输长度通常比光子在介质中的平 均自由散射长度(1s)长一个数量级；准确关系是1s＝(1-g)1t，其中g是该 单独散射事件的各向异性度。在本发明的模型中，还假定透过介质传播 的光的波长远远短于散射长度1s。
模型化的样品60图示于图6中。可认为该样品在x和y方向上无限 延伸，空气-介质界面位于顶表面62(z＝0)和底表面64(z＝d3)处，其 中z是该界面平面的法向上的笛卡尔坐标。除了中间层66之外，该样品 被模型化为均匀的混浊介质，中间层66具有不同拉曼符号以代表异源性 杂质，中间层的厚度为d2，其顶表面位于深度d1处。整个模型化的样品 的厚度为d3(d3>＝d1+d2)。也就是说，样品介质主体位于深度z1处以使 d1>z1>0和d3>z1>(d1+d2)，并且具有不同拉曼符号的中间层位于深度z2 处以使d1+d2