选大还是小 - 羟基磷灰石粒径

文摘   科学   2024-05-27 13:42   上海  

我们之前的文章中介绍过关于『羟基磷灰石粒径』这个概念。在任何一款微球填充剂中,微球的粒径都是最重要的参数设置之一。顾名思义,粒径是指一个微球的直径,如何判别羟基磷灰石微球是『大』还是『小』,就需要观察多个粒径参数推断而得

在我们介绍BG-CHT MP型号的文章中(点击阅读:BG-CHT MP羟基磷灰石微球亮相MEVOS),我们描写了MP微球的粒径参数:

MP微球为25-45μm粒径区间,经过我们特制的微球筛选工艺,超过标识粒径范围的微球数量不多于3%。D[3,2]与D[4,3]非常接近,证明我们的微球粒径集中,颗粒更接近圆球。我们对粒径上限与下限的定义为D10与D90值。以25-35μm规格为例,我们的粒径测试显示D10为24.54μm,D90为34.96μm,也就是说80%的微球在25-35μm区间之内,此外,97%的微球在20-40μm范围之内,99%在20-45μm之内

这里提到了几个重要的概念:D[3,2],D[4,3],D10,D90以及D50。这里我们就介绍一下这几个参数的意义,以及如何从这些参数确定微球的大小,从而帮助开发人员、科学家以及使用者确定合适的微球原料以及羟基磷灰石填充剂。

上图是一个用粒径分析仪得出的一个标准报告,其中里面标记出了D[4,3]、D[3,2]、D[2,1]、D[1,0]、比表面积等等参数,此外还有D03、D10、D50、D90这样的数值。每一个数值都代表了不同算法得出的微球粒径。报告上方还会展示一些检测参数,比如介质的折射率、样品的折射率,这些数值是测试人预先输入的,也会对测试结果有很大的影响。

粒度分布曲线是经过回归分析计算,所呈现的贝塞尔曲线(Bézier curve)。『贝塞尔曲线』是由法国数学家Pierre Bézier所发明,由此为计算机矢量图形学奠定了基础。它的主要意义在于无论是直线或曲线都能在数学上予以描述。实际上这些曲线是直方图(histogram,柱状图),上方边界线条呈现锯齿状。所有现代仪器设备的测量结果,几乎都是这种类比讯号转换成数位资料的过程,如上图。

D[4,3]=(f1×D1+f2×D2+f3×D3+…fn×Dn)

D[3,2]=100÷(f1÷D1+f2÷D2+f3÷D3+…fn÷Dn)其中:Di 表示第 i 个粒径区间的平均粒径,fi 表示第 i 个粒径区间百分含量。

D[4,3]:D代表Diameter,即粒径,D[4,3] 又称为德布鲁克平均直径 (De Brouckere mean),它的计算方法是将每一个粒径区间两端粒径值进行平均值,再与这个区间对应的粒度分布百分数相乘,再将乘积累加,即,其中:Di 表示第 i 个粒径区间的平均粒径,fi 表示第 i 个粒径区间百分含量。这种平均方法,说穿了就是体积加权概念。D[4,3] 粒径平均值,对大颗粒偏多的粉末样品比较敏感,小颗粒的粒径尺寸,会被这个多次方乘法的公式淡化掉。

D[3,2]:又称为索特平均直径 (Sauter mean),三次方和除以二次方和的平均值,会让体积除以表面积比较一致的粉末,也就是外型比较圆滑一点的粉末,D[3,2] 会更趋近于实际粒径。Przemyslaw等人研究球面物体的索特平均直径的物理意义:不同直径的球形物体集合的D[3,2]等于形成等效球体集合的相同球形物体的直径,换句话说,100个大小各异的微球D[3,2]等于这些球体总体积的1/100的球的直径。

D[1,0]:所有粒径柱状图积分后的总面积,也就是我们所了解的算术平均数。例如,20μm和22μm的D[1,0]=(20×22)^0.5=20.97。D[1,0] 是最基本的平均粒径描述方法。

D[2,1]:长度表面积平均值。D[2,1]适用于球状粉末。因为球状粉末在雷射绕射的2D投影中,其讯号会更纯净、一致,球状粉末在各个角度的圆形投影,直径长度都一样。因此 D[2,1] 平均粒径值,会更接近球状样品的实际粒径。由于我们生产的羟基磷灰石微球比较圆润统一,因此D[2,1]比较适合用来描述其粒径

D50:在累积分布中,累积值为50%处对应的粒径。当没有对应50%的粒径整数时,则累积到50%对应的颗粒粒径通过2点插值进行计算。当我们在讨论羟基磷灰石微球粒径数字时(比如,30μm微球),通常都是指的D50。

D10、D90:在累积分布中,累积值为10%和90%处对应的粒径。除了上面的D50,市场上一些常见的微球填充剂,也会以一个范围区间标识,比如粒径是25-45μm,这个区间就可以用D10至D90来标识。我们生产的BG-CHT按照粒径分为20-25μm、25-35μm、25-45μm三个规格,就代表了各自的D10-D90区间

羟基磷灰石的粒径除了影响其代谢时间,也会影响其注射时的炎症反应以及成骨性(点击阅读:羟基磷灰石与骨生成羟基磷灰石微球炎症刺激),因此选择合适的微球粒径比例,可以得到不同降解周期、炎性刺激的产品。然而当选购粒径时,会被测试仪器、参数设置、选用哪个粒径数值所干扰。我们建议客户在选购我们的微球前,与我们的销售支持团队充分沟通,最终必将选到最适合的微球型号及规格。

Herostem Lab汇融实验室自主研发的羟基磷灰石注射剂、胶原蛋白凝胶注射剂已启动了临床程序(点击阅读:HEROSTEM LAB | 生物医美新篇章)。欢迎各位有志向参与羟基磷灰石产业的研发人和科学家与我们联络,获取羟基磷灰石微球样品:021-58593289或bd@herostem.com.cn。


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