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粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

閱讀:2639      發(fā)布時(shí)間:2024-9-27
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在納米科技和材料科學(xué)的研究中,粒徑分布是一個(gè)非常重要的參數(shù),它直接影響到納米材料的性能和應(yīng)用。而衡量粒徑分布的方法有很多,其中常用的兩個(gè)指標(biāo)是多分散指數(shù)(PDI)和粒徑分布寬度(SPAN)。那么,它們到底有什么區(qū)別呢?



粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

01

多分散指數(shù)(PDI)  





粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

多分散指數(shù)(Polydispersity Index,PDI)是表征顆粒分布均勻程度的重要參數(shù)之一,它是實(shí)際粒徑分布與理想單分散體系(即所有顆粒大小相同)之間的偏差度量。PDI的數(shù)值通常由動(dòng)態(tài)光散射(DLS)測(cè)量得到,反映了顆粒尺寸分布的寬度和均勻性。

PDI的計(jì)算公式如下:

粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

其中,σ是顆粒的標(biāo)準(zhǔn)偏差,ZD 表示光強(qiáng)加權(quán)平均粒徑。PDI的數(shù)值范圍一般在0到1之間:

PDI = 0:表示單分散,即所有顆粒的尺寸相同。

PDI < 0.1:表示較高均一的分散體系。

PDI > 0.5:表示體系中顆粒尺寸分布較寬,存在較大程度的多分散性。





粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

02

粒徑分布寬度(SPAN)




粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

粒徑分布寬度(SPAN)是另外一個(gè)表征顆粒分布寬度的指標(biāo)。SPAN通常用于表征非對(duì)稱分布的顆粒體系,特別是在顆粒直徑分布呈現(xiàn)較大偏斜時(shí)。

SPAN的計(jì)算公式如下:

粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

其中,d10、d50和d90分別表示粒徑累計(jì)分布達(dá)到10%、50%和90%的粒徑值。SPAN值越大,表明顆粒尺寸分布越寬。





粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

03

PDI與SPAN的區(qū)別  





粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了
1、計(jì)算方法不同:
PDI是通過顆粒尺寸的標(biāo)準(zhǔn)偏差和平均直徑計(jì)算得到的,而SPAN則是通過累計(jì)分布中不同百分位的粒徑值計(jì)算得到的。
2、適用范圍不同:
PDI通過顆粒尺寸的標(biāo)準(zhǔn)偏差和平均直徑來計(jì)算,假設(shè)顆粒尺寸的分布是對(duì)稱的,即大部分顆粒的尺寸集中在平均值附近,只有少量顆粒偏離這個(gè)平均值。因此,對(duì)于那些粒徑分布較為對(duì)稱的體系,PDI能夠有效反映出顆粒分布的均勻性。例如,在一些高度均一的合成過程中,顆粒尺寸的分布可能接近正態(tài)分布,這時(shí)使用PDI來評(píng)估顆粒的均勻性是非常合適的。反之,但顆粒呈多分散分布或尺寸的分布并不符合正態(tài)分布,使用PDI則是不合適的。
SPAN則通過不同百分位的粒徑值來計(jì)算,更加關(guān)注粒徑分布的寬度和極值的影響。這使得SPAN在表征非對(duì)稱分布的顆粒體系時(shí)更加直觀和有效。非對(duì)稱分布的情況在實(shí)際應(yīng)用中非常常見,例如在一些復(fù)雜的合成過程或生物樣本(如外泌體、脂質(zhì)體及各種病毒顆粒等),可能會(huì)產(chǎn)生一些大大小小布均勻的顆粒,這些顆粒顯著偏離平均值,使得整個(gè)體系的分布呈現(xiàn)出明顯的偏斜。在這種情況下,SPAN可以更好地反映出這種分布的不對(duì)稱性和寬度。
3、在藥物群體生物等效性*(PBE)評(píng)價(jià)中的意義不同:

在納米顆粒粒徑分布評(píng)價(jià)中,常規(guī)的PBE分析是基于D10、D50、D90和SPAN的;其中D50和SPAN作為主要BE參數(shù),D10和D90作為支持參數(shù);目前,無論是作為選項(xiàng)還是要求,Z-average和PDI僅作為D50和Span的替代品,作為某些產(chǎn)品(如DLS設(shè)備)在無法給出SPAN時(shí)所采用的替代方案;與SPAN相比,PDI放大了的T/R(受試藥物與參比藥物)差異;與SPAN相比,想通過PBE評(píng)價(jià),使用PDI可能更困難。

4、數(shù)值范圍和標(biāo)準(zhǔn)不同:

PDI的數(shù)值范圍在0到1之間,主要用于評(píng)估顆粒分布的均一性。而SPAN沒有固定的范圍,更加關(guān)注顆粒分布的寬度。

粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了





粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

04

 結(jié)論  



粒徑分布計(jì)算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

對(duì)于科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用,選擇合適的指標(biāo)進(jìn)行表征,有助于更好地理解和控制納米顆粒的特性和行為??偟膩碚f,PDI和SPAN都是評(píng)估納米顆粒粒徑分布的重要指標(biāo),它們?cè)诓煌膽?yīng)用場(chǎng)景中有各自的優(yōu)勢(shì)和適用性。

對(duì)于采用當(dāng)前藥物開發(fā)中科學(xué)評(píng)價(jià)PBE的角度,PDI不是合適的參數(shù),也不是替代SPAN的正確選擇。PDI可能僅僅是伴隨DLS技術(shù)的廣泛使用才應(yīng)用到藥物顆粒評(píng)價(jià)中的,但用于藥物遞送中外泌體、脂質(zhì)納米粒、病毒粒等生物顆粒樣本往往是多分散的,DLS等基于顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的表征方法嚴(yán)格上說并不適用。因此,國家藥品監(jiān)督管理局(NMPA)藥品審評(píng)中心亦在發(fā)文中建議除平均粒徑外,積累顆粒累積分布D10,D50,D90,SPAN及總顆粒數(shù)等研究數(shù)據(jù)。由于DLS方法原理測(cè)算的是擬合平均粒徑 (Z-average),無法給出顆粒累積分布D10,D50,D90參數(shù),因此建議采用多種檢測(cè)方法對(duì)納米顆粒進(jìn)行深入研究 [1]

通過本文的介紹,希望大家對(duì)PDI和SPAN有了更清晰的認(rèn)識(shí),在以后的研究和應(yīng)用中,能夠更加準(zhǔn)確地選擇和使用這些指標(biāo)。




*生物等效性(bioequivalency , BE)是指在同樣試驗(yàn)條件下試驗(yàn)制劑和對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)制劑在藥物的吸收程度和速度的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。當(dāng)吸收速度的差別沒有臨床意義時(shí),某些藥物制劑其吸收程度相同而速度不同也可以認(rèn)為生物等效。
美國食品藥品監(jiān)督管理局 (U.S.Food and Drug Administration,F(xiàn)DA) 表明原研藥和仿制藥的生物等效性可用體內(nèi)數(shù)據(jù)和體外數(shù)據(jù)評(píng)價(jià),而體外數(shù)據(jù)的評(píng)估方法依賴于體外群體生物等效性 (PBE)。目前,F(xiàn)DA頒布了多個(gè)指導(dǎo)方案解釋PBE統(tǒng)計(jì)方法并在特定藥物的指導(dǎo)原則中注明體外PBE統(tǒng)計(jì)分析的必要性。關(guān)于PBE的執(zhí)行在美國FDA出臺(tái)的相關(guān)法案中已有明確要求,其運(yùn)用越來越得到申報(bào)者的重視[2]




參考文獻(xiàn)


[1] 楊丹,趙欣,李小靜,李敏. 預(yù)防用mRNA疫苗脂質(zhì)納米顆粒質(zhì)量研究及質(zhì)量控制藥學(xué)評(píng)價(jià)的考慮. 中國新藥雜志. 2023年 第32卷 第24期

[2] Pathak SM, Ruby PK, Aggarwal D. In vitro and in vivo equivalence testing of nanoparticulate intravenous formulations. Drug Res (Stuttg). 2014;64(4):169-176. doi:10.1055/s-0033-1357204



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