脂質(zhì)體脂膜結(jié)構(gòu)的測定 x射線小角散射檢測法

Q/LB.□XXXXX-XXXXT/SASXXXX—XXXX前言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由中國科學(xué)院上海高等研究院提出。本文件由上海市標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會歸口。本文件起草單位：中國科學(xué)院上海高等研究院，上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所、上海師范大學(xué)、西南科技大學(xué)、中石化（北京）化工研究院有限公司、國家藥品監(jiān)督管理局疫苗及生物制品質(zhì)量監(jiān)測與評價重點實驗室、上海藥品評審核查中心、賽諾普（蘇州）科學(xué)儀器有限公司、安徽國科儀器科技有限公司、花安堂生物科技集團有限公司。本文件主要起草人：李怡雯、李娜、劉廣峰、宋攀奇、張建橋、李秀宏、滑文強、魏曉慧、門永鋒、鄒愛華、田強、唐毓婧、陸家海、葉宇翔、周一萌、宋良益、程薇、盧永杰。本文件首期承諾執(zhí)行單位：上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所、上海師范大學(xué)、西南科技大學(xué)、中石化（北京）化工研究院有限公司、國家藥品監(jiān)督管理局疫苗及生物制品質(zhì)量監(jiān)測與評價重點實驗室、上海藥品評審核查中心、賽諾普（蘇州）科學(xué)儀器有限公司、安徽國科儀器科技有限公司、花安堂生物科技集團有限公司。脂質(zhì)體脂膜結(jié)構(gòu)的測定X射線小角散射檢測法范圍本文件規(guī)定了利用X射線小角散射技術(shù)測定脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙分子層及其修飾磷脂層的厚度與分布的方法。本文件適用于脂膜特征結(jié)構(gòu)在納米尺寸范圍內(nèi)的各向同性的稀疏樣品體系，主要包括包載藥物等成分的脂質(zhì)體溶液樣品。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T13221納米粉末粒度分布的測定X射線小角散射法GB/T38944無損檢測中子小角散射檢測方法ISO17867粒度分析-X射線小角散射方法(Particlesizeanalysis-SmallangleX-rayscattering(SAXS))ISO20804X射線小角散射方法測量多孔及顆粒體系內(nèi)比表面積(Determinationofthespecificsurfaceareaofporousandparticulatesystemsbysmall-angleX-rayscattering)ISO23484X射線小角散射方法測量粒子濃度(Determinationofparticleconcentrationbysmall-angleX-rayscattering)ISO26824顆粒體系的粒子表征-術(shù)語(Particlecharacterizationofparticulatesystems–Vocabulary)術(shù)語和定義ISO26824界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1脂質(zhì)體liposome由脂質(zhì)雙分子層形成的微小囊泡。3.2稀疏體系dilutesystem所包含的待測粒子濃度低，粒子間相互作用可以忽略不計的體系。符號本文件使用的符號如表1所示。表1符號含義及單位符號含義單位q散射矢量的大小nm-1I(q)散射強度-T透射率-P(q)形狀因子-F(q)散射振幅-ρ(z)電子密度分布-方法原理X射線小角散射是由樣品中電子密度不均勻性分布所引起的、位于入射X射線束附近（通常小于5°）的散射現(xiàn)象。對于溶液樣品而言，其散射圖像源于X射線照射到的所有溶劑和溶質(zhì)分子散射信號的疊加。因此，為得到脂質(zhì)體粒子的散射強度，需從總散射強度中扣除溶劑等本底散射強度。在稀疏樣品體系中，粒子間的相互作用忽略不計，脂質(zhì)體粒子的散射強度直接反映了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。因此，可以通過結(jié)構(gòu)模型擬合計算得到脂質(zhì)雙分子層及其修飾磷脂層的厚度和分布等參數(shù)。試樣的制備和要求濃度要求脂質(zhì)體樣品濃度過低會導(dǎo)致散射信號太弱，而濃度過高可涉及粒子間的相互作用，影響數(shù)據(jù)分析。樣品制備時宜通過建立濃度梯度確定散射強度與濃度的依賴關(guān)系。分散性要求樣品制備宜保證其均一性或單分散性，如采用特定孔徑的聚碳酸酯膜擠出。輔助性測試要求宜結(jié)合動態(tài)光散射、透射電鏡等表征技術(shù)確定樣品的尺寸、形貌等基本特征，輔助X射線小角散射技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型的建立。對于包載藥物等成分的脂質(zhì)體樣品，宜同時制備其未包載的空白脂質(zhì)體作為檢測對照組。檢測系統(tǒng)和裝置檢測系統(tǒng)X射線小角散射檢測系統(tǒng)應(yīng)包括光源、準(zhǔn)直系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、樣品臺、探測器等，可選用實驗室X射線小角散射儀或同步輻射X射線小角散射線站進(jìn)行檢測。前者通常采用金屬靶產(chǎn)生X射線，后者則依托更高強度的同步輻射X射線光源。樣品池裝置樣品池應(yīng)滿足X射線散射的光路要求，如自身不能產(chǎn)生明顯的散射信號、X射線透過率高等。通?？梢詫悠纷⑷氡”诿?xì)管（如外徑為1mm，壁厚為0.01mm的石英玻璃毛細(xì)管）內(nèi)進(jìn)行檢測。宜選擇便于重復(fù)使用的樣品池裝置，以避免因樣品池間差異所造成的本底散射扣減的不準(zhǔn)確。檢測區(qū)間及校正在檢測之前，應(yīng)根據(jù)脂質(zhì)體脂膜結(jié)構(gòu)的尺寸范圍對所需的散射矢量區(qū)間按照公式（1）進(jìn)行估算， q=2πd (式中：d——樣品的目標(biāo)結(jié)構(gòu)尺寸，單位為納米（nm）。估算出所需要的散射矢量檢測區(qū)間后，即可在一定的入射X射線波長條件下，通過改變樣品到探測器距離來調(diào)節(jié)實際的檢測范圍。應(yīng)選擇校準(zhǔn)樣品（如山崳酸銀粉末）對當(dāng)前檢測條件下的散射矢量進(jìn)行標(biāo)定。檢測步驟步驟一將樣品池裝置固定在樣品臺上，調(diào)整樣品池中心與X射線光路位置一致。步驟二將樣品注入樣品池中。根據(jù)樣品對X射線的吸收情況以及散射信號接收探測器的靈敏度和飽和度，選擇合理的曝光時間。若采用同步輻射X射線光源測試，曝光時間宜設(shè)置為1s～100s；采用金屬靶X射線源測試，曝光時間宜設(shè)置為30min～60min。步驟三開始測試樣品，保存及記錄樣品的散射圖像以及光強度計數(shù)。應(yīng)進(jìn)行多次曝光測試，取平均值以提高散射數(shù)據(jù)信噪比。步驟四清洗樣品池后，將與樣品相匹配的緩沖溶劑注入樣品池中。測試過程中的光路狀態(tài)、曝光時間等應(yīng)與樣品的測試條件保持一致。步驟五清洗樣品池后，從步驟二開始測試下一個樣品。檢測數(shù)據(jù)分析步驟一利用軟件標(biāo)出探測器損壞及無效的像素單元（例如不能正常感光、束流阻擋器位置處的像素單元等），并在后續(xù)計算過程中忽略該單元的數(shù)據(jù)。步驟二脂質(zhì)體溶液樣品為各向同性體系，無需選取特定方向，全探測器的數(shù)據(jù)均可用于徑向平均轉(zhuǎn)化為一維散射強度數(shù)據(jù)。注：絕對散射強度校正非本標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析必要步驟，如有需要，可參考ISO20804-2022執(zhí)行。步驟三按公式（2）對樣品吸收、本底進(jìn)行校正，得到修正后的散射強度， Imeasq=Isq式中：Imeasq——實驗測得的IsqIbqTsTb透射率由光強度計數(shù)比值計算而得。步驟四宜根據(jù)檢測樣品的脂膜特征信息（如雙分子層層數(shù)等），選擇合適的結(jié)構(gòu)模型以及尺寸分布函數(shù)進(jìn)行散射強度曲線擬合。注：附錄A示出了一種脂膜多層結(jié)構(gòu)模型及其表達(dá)式。步驟五基于公式（3）進(jìn)行優(yōu)化搜索，定量解析出脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙分子層及其修飾磷脂層的厚度等參數(shù)。簡化的卡方值χr2 χr2=1N?式中：Imeasq——通過公式（2）修正后的散射強度；ImodelqN——數(shù)據(jù)點個數(shù)；M——擬合參數(shù)個數(shù)；?Ii——數(shù)據(jù)點的索引。檢測數(shù)據(jù)分析結(jié)果擬合結(jié)果的曲線表示宜采用實驗散射強度與模型擬合散射強度的對比關(guān)系圖表達(dá)，橫坐標(biāo)為散射矢量，縱坐標(biāo)為散射強度，如圖1所示。圖1實驗散射強度與模型擬合散射強度對比相關(guān)參數(shù)表示可根據(jù)需要，采取表格形式展示擬合參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)等。誤差分析主要包含散射強度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化時的統(tǒng)計誤差、數(shù)據(jù)處理過程中的誤差傳遞等。檢測報告檢測報告應(yīng)至少包括以下內(nèi)容：儀器設(shè)備的型號；測試條件；樣品信息；所依據(jù)的分析方法文件及其編號，如標(biāo)準(zhǔn)名稱及編號等；分析結(jié)果；檢測人員及日期等。

附錄A（資料性）一種脂膜多層結(jié)構(gòu)模型根據(jù)溶液散射理論，在稀疏溶液體系中可以忽略粒子間的相互作用，那么完成本底校正后的粒子散射強度Iq可近似為其形狀因子Pq，即將散射振幅的平方F( Pq=F(以單層脂質(zhì)體為例，如果忽略脂質(zhì)體整體形貌及尺寸對散射數(shù)據(jù)的影響，只關(guān)注脂膜結(jié)構(gòu)特征，那么可以在一定的散射矢量范圍內(nèi)，選擇如下脂膜多層結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)擬合計算。圖A.1一種脂膜多層結(jié)構(gòu)模型示意圖在該模型中，平行于膜層的同一平面內(nèi)的電子密度均一，但是在每個膜層內(nèi)，沿垂直于脂膜平面方向上的電子密度分布函數(shù)為高斯函數(shù)，用公式（A.2）表示： ρz=式中：z——沿平面結(jié)構(gòu)的法線方向的坐標(biāo)位置；ρz——單個脂質(zhì)體在zi——片層結(jié)構(gòu)模型中各膜層所在的層數(shù)；ρiexp?ρi——第iεi——電子密度為ρσi——第i層膜層的電子密度分布標(biāo)準(zhǔn)差。對公式（A.2）電子密度分布函數(shù)進(jìn)行傅立葉變換并進(jìn)行取向平均后，得到該結(jié)構(gòu)模型的形狀因子，用公式（A.3）表示： Pq=q?2通過上述計算模型，擬合實驗測得的散射數(shù)據(jù)與理論散射曲線，使得兩者盡可能接近。進(jìn)一步地，通過此優(yōu)化求解后的電子密度分布情況，可以得到脂質(zhì)體脂質(zhì)雙分子層及其修飾磷脂層的厚度與分布特征。各膜層厚度的定義可參考現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)實際情況進(jìn)行說明并體現(xiàn)在報告中，如定義膜層的邊界位置為該層電子密度衰減至最大值的10%位置處。

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