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粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了

时间:2024-09-27      阅读:1715

在纳米科技和材料科学的研究中,粒径分布是一个非常重要的参数,它直接影响到纳米材料的性能和应用。而衡量粒径分布的方法有很多,其中常用的两个指标是多分散指数(PDI)和粒径分布宽度(SPAN)。那么,它们到底有什么区别呢?



粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了

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多分散指数(PDI)  





粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了

多分散指数(Polydispersity Index,PDI)是表征颗粒分布均匀程度的重要参数之一,它是实际粒径分布与理想单分散体系(即所有颗粒大小相同)之间的偏差度量。PDI的数值通常由动态光散射(DLS)测量得到,反映了颗粒尺寸分布的宽度和均匀性。

PDI的计算公式如下:

粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了

其中,σ是颗粒的标准偏差,ZD 表示光强加权平均粒径。PDI的数值范围一般在0到1之间:

PDI = 0:表示单分散,即所有颗粒的尺寸相同。

PDI < 0.1:表示较高均一的分散体系。

PDI > 0.5:表示体系中颗粒尺寸分布较宽,存在较大程度的多分散性。





粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了

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粒径分布宽度(SPAN)




粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了

粒径分布宽度(SPAN)是另外一个表征颗粒分布宽度的指标。SPAN通常用于表征非对称分布的颗粒体系,特别是在颗粒直径分布呈现较大偏斜时

SPAN的计算公式如下:

粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了

其中,d10、d50和d90分别表示粒径累计分布达到10%、50%和90%的粒径值。SPAN值越大,表明颗粒尺寸分布越宽。





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03

PDI与SPAN的区别  





粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了
1、计算方法不同:
PDI是通过颗粒尺寸的标准偏差和平均直径计算得到的,而SPAN则是通过累计分布中不同百分位的粒径值计算得到的。
2、适用范围不同:
PDI通过颗粒尺寸的标准偏差和平均直径来计算,假设颗粒尺寸的分布是对称的,即大部分颗粒的尺寸集中在平均值附近,只有少量颗粒偏离这个平均值。因此,对于那些粒径分布较为对称的体系,PDI能够有效反映出颗粒分布的均匀性。例如,在一些高度均一的合成过程中,颗粒尺寸的分布可能接近正态分布,这时使用PDI来评估颗粒的均匀性是非常合适的。反之,但颗粒呈多分散分布或尺寸的分布并不符合正态分布,使用PDI则是不合适的。
SPAN则通过不同百分位的粒径值来计算,更加关注粒径分布的宽度和极值的影响。这使得SPAN在表征非对称分布的颗粒体系时更加直观和有效。非对称分布的情况在实际应用中非常常见,例如在一些复杂的合成过程或生物样本(如外泌体、脂质体及各种病毒颗粒等),可能会产生一些大大小小布均匀的颗粒,这些颗粒显著偏离平均值,使得整个体系的分布呈现出明显的偏斜。在这种情况下,SPAN可以更好地反映出这种分布的不对称性和宽度。
3、在药物群体生物等效性*(PBE)评价中的意义不同:

在纳米颗粒粒径分布评价中,常规的PBE分析是基于D10、D50、D90和SPAN的;其中D50和SPAN作为主要BE参数,D10和D90作为支持参数;目前,无论是作为选项还是要求,Z-average和PDI仅作为D50和Span的替代品,作为某些产品(如DLS设备)在无法给出SPAN时所采用的替代方案;与SPAN相比,PDI放大了的T/R(受试药物与参比药物)差异;与SPAN相比,想通过PBE评价,使用PDI可能更困难。

4、数值范围和标准不同:

PDI的数值范围在0到1之间,主要用于评估颗粒分布的均一性。而SPAN没有固定的范围,更加关注颗粒分布的宽度。

粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了





粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了

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 结论  



粒径分布计算用PDI还是SPAN? 别再傻傻分不清了

对于科学研究和工业应用,选择合适的指标进行表征,有助于更好地理解和控制纳米颗粒的特性和行为。总的来说,PDI和SPAN都是评估纳米颗粒粒径分布的重要指标,它们在不同的应用场景中有各自的优势和适用性。

对于采用当前药物开发中科学评价PBE的角度,PDI不是合适的参数,也不是替代SPAN的正确选择。PDI可能仅仅是伴随DLS技术的广泛使用才应用到药物颗粒评价中的,但用于药物递送中外泌体、脂质纳米粒、病毒粒等生物颗粒样本往往是多分散的,DLS等基于颗粒布朗运动的表征方法严格上说并不适用。因此,国家药品监督管理局(NMPA)药品审评中心亦在发文中建议除平均粒径外,积累颗粒累积分布D10,D50,D90,SPAN及总颗粒数等研究数据。由于DLS方法原理测算的是拟合平均粒径 (Z-average),无法给出颗粒累积分布D10,D50,D90参数,因此建议采用多种检测方法对纳米颗粒进行深入研究 [1]

通过本文的介绍,希望大家对PDI和SPAN有了更清晰的认识,在以后的研究和应用中,能够更加准确地选择和使用这些指标。




*生物等效性(bioequivalency , BE)是指在同样试验条件下试验制剂和对照标准制剂在药物的吸收程度和速度的统计学差异。当吸收速度的差别没有临床意义时,某些药物制剂其吸收程度相同而速度不同也可以认为生物等效。
美国食品药品监督管理局 (U.S.Food and Drug Administration,FDA) 表明原研药和仿制药的生物等效性可用体内数据和体外数据评价,而体外数据的评估方法依赖于体外群体生物等效性 (PBE)。目前,FDA颁布了多个指导方案解释PBE统计方法并在特定药物的指导原则中注明体外PBE统计分析的必要性。关于PBE的执行在美国FDA出台的相关法案中已有明确要求,其运用越来越得到申报者的重视[2]




参考文献


[1] 杨丹,赵欣,李小静,李敏. 预防用mRNA疫苗脂质纳米颗粒质量研究及质量控制药学评价的考虑. 中国新药杂志. 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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