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粒徑分布計算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

閱讀:1973      發(fā)布時間:2024-9-27
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在納米科技和材料科學的研究中,粒徑分布是一個非常重要的參數,它直接影響到納米材料的性能和應用。而衡量粒徑分布的方法有很多,其中常用的兩個指標是多分散指數(PDI)和粒徑分布寬度(SPAN)。那么,它們到底有什么區(qū)別呢?



粒徑分布計算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

01

多分散指數(PDI)  





粒徑分布計算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

多分散指數(Polydispersity Index,PDI)是表征顆粒分布均勻程度的重要參數之一,它是實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的數值通常由動態(tài)光散射(DLS)測量得到,反映了顆粒尺寸分布的寬度和均勻性。

PDI的計算公式如下:

粒徑分布計算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

其中,σ是顆粒的標準偏差,ZD 表示光強加權平均粒徑。PDI的數值范圍一般在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)是另外一個表征顆粒分布寬度的指標。SPAN通常用于表征非對稱分布的顆粒體系,特別是在顆粒直徑分布呈現較大偏斜時

SPAN的計算公式如下:

粒徑分布計算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

其中,d10、d50和d90分別表示粒徑累計分布達到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  





粒徑分布計算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了
1、計算方法不同:
PDI是通過顆粒尺寸的標準偏差和平均直徑計算得到的,而SPAN則是通過累計分布中不同百分位的粒徑值計算得到的。
2、適用范圍不同:
PDI通過顆粒尺寸的標準偏差和平均直徑來計算,假設顆粒尺寸的分布是對稱的,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平均值。因此,對于那些粒徑分布較為對稱的體系,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,這時使用PDI來評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算,更加關注粒徑分布的寬度和極值的影響。這使得SPAN在表征非對稱分布的顆粒體系時更加直觀和有效。非對稱分布的情況在實際應用中非常常見,例如在一些復雜的合成過程或生物樣本(如外泌體、脂質體及各種病毒顆粒等),可能會產生一些大大小小布均勻的顆粒,這些顆粒顯著偏離平均值,使得整個體系的分布呈現出明顯的偏斜。在這種情況下,SPAN可以更好地反映出這種分布的不對稱性和寬度。
3、在藥物群體生物等效性*(PBE)評價中的意義不同:

在納米顆粒粒徑分布評價中,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,D10和D90作為支持參數;目前,無論是作為選項還是要求,Z-average和PDI僅作為D50和Span的替代品,作為某些產品(如DLS設備)在無法給出SPAN時所采用的替代方案;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評價,使用PDI可能更困難。

4、數值范圍和標準不同:

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

粒徑分布計算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了





粒徑分布計算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

04

 結論  



粒徑分布計算用PDI還是SPAN? 別再傻傻分不清了

對于科學研究和工業(yè)應用,選擇合適的指標進行表征,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都是評估納米顆粒粒徑分布的重要指標,它們在不同的應用場景中有各自的優(yōu)勢和適用性。

對于采用當前藥物開發(fā)中科學評價PBE的角度,PDI不是合適的參數,也不是替代SPAN的正確選擇。PDI可能僅僅是伴隨DLS技術的廣泛使用才應用到藥物顆粒評價中的,但用于藥物遞送中外泌體、脂質納米粒、病毒粒等生物顆粒樣本往往是多分散的,DLS等基于顆粒布朗運動的表征方法嚴格上說并不適用。因此,國家藥品監(jiān)督管理局(NMPA)藥品審評中心亦在發(fā)文中建議除平均粒徑外,積累顆粒累積分布D10,D50,D90,SPAN及總顆粒數等研究數據。由于DLS方法原理測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,因此建議采用多種檢測方法對納米顆粒進行深入研究 [1]

通過本文的介紹,希望大家對PDI和SPAN有了更清晰的認識,在以后的研究和應用中,能夠更加準確地選擇和使用這些指標。




*生物等效性(bioequivalency , BE)是指在同樣試驗條件下試驗制劑和對照標準制劑在藥物的吸收程度和速度的統(tǒng)計學差異。當吸收速度的差別沒有臨床意義時,某些藥物制劑其吸收程度相同而速度不同也可以認為生物等效。
美國食品藥品監(jiān)督管理局 (U.S.Food and Drug Administration,FDA) 表明原研藥和仿制藥的生物等效性可用體內數據和體外數據評價,而體外數據的評估方法依賴于體外群體生物等效性 (PBE)。目前,FDA頒布了多個指導方案解釋PBE統(tǒng)計方法并在特定藥物的指導原則中注明體外PBE統(tǒng)計分析的必要性。關于PBE的執(zhí)行在美國FDA出臺的相關法案中已有明確要求,其運用越來越得到申報者的重視[2]。




參考文獻


[1] 楊丹,趙欣,李小靜,李敏. 預防用mRNA疫苗脂質納米顆粒質量研究及質量控制藥學評價的考慮. 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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