激光自混合干涉药物纳米粒度测量方法研究

Development and approval of new medicine require great efforts to strengthen the supervision and research of medicine properties, and medicine’s particle size has crucial influence on its absorptivity, effectiveness, stability and safety, so nano-particle sizing technologies must play an irreplaceable and important role in this field. In order to further simplify the structure of particle sizing instruments, and improve the measurement precision and efficiency, this project explores a universal, fast and precise nano-particle size analysis technique based on optical back scatter and laser self-mixing interferometry (SMI). Taking the fluctuated laser frequency under feedback as the subject investigated, the project attempts to design a Yb: YAG solid state laser as the optical source, use orthogonally polarized dual frequency laser to expand measurement channels, use the modern spectrum analysis method to estimate the SMI signal’s power spectra, and use the genetic algorithm to obtain the concentration distribution in each particle size range, in order to achieve the relative particle size precision better than 3%. This will provide new theoretical foundation and technical approach for high-precision, high-efficiency nano-particle sizing.

重大新药研制和药物审评审批均要求大力加强药物性能的监督和研究，而药物粒度决定其吸收性、有效性、稳定性及安全性等关键性能，因此纳米粒度测量技术必然在其中发挥无可替代的作用。为进一步简化粒度测量仪器结构，提高测量精度和效率，本项目以光的后向散射为依据，基于激光自混合干涉探索一种通用、精确、高效的纳米粒度检测技术。尝试设计Yb: YAG固体激光器作为系统光源，采用正交偏振双频激光扩展测量通道，以激光回馈下光频变化信号为直接分析对象，通过现代谱估计方法分析自混合信号功率谱，利用遗传算法求解粒度分布，以期对多种药剂粒子实现优于3%的粒径相对测量精度，为高精度、高效率的药物纳米粒度检测提供全新的理论基础和技术途径。

重大新药研制和药物审评审批均要求大力加强药物性能的监督和研究，而药物粒度决定其吸收性、有效性、稳定性及安全性等关键性能，因此纳米粒度测量技术必然在其中发挥无可替代的作用。为进一步简化粒度测量仪器结构，提高测量精度和效率，本项目以光的后向散射为依据，基于激光自混合干涉研究一种通用、精确、高效的纳米粒度检测技术。本项目研究了激光自混合粒度测量模型及测量机理，粒度测量光路结构及信号处理电路，基于全相位频谱分析的信号处理方法，实验测试方法及相关影响因素。本项目用Python语言构建了粒子布朗运动及激光自混合干涉粒度测量模型，实现了上位机数据采集界面及全相位频谱分析算法，全相位频谱分析方法具有相位不变性和极强的频谱泄露抑制能力，可以得到精确的相位、频率、幅值估计，有助于提高信号功率谱求解，洛伦兹拟合及粒度测量的精度。本项目以固体激光器为光源，以不同粒径和浓度聚苯乙烯微球为被测对象，设计了测量光路和信号处理电路，搭建了粒度测量实验系统，实验中对比了传统FFT法和全相位频谱分析方法的测量性能，证明在相同条件下全相位频谱分析方法可以得到更高的测量精度，此外，鉴于温度与溶剂粘度和折射率相关，分析了温度变化对测量结果的影响，最终，实验对多种粒径的粒子实现了优于3%的粒径相对测量精度。本项目所提出的测量系统结构简单紧凑，灵敏度高，适用范围广，可以为高精度、高效率的药物纳米粒度检测以及相关的生化粒度检测提供全新的理论基础和技术途径。