固态NMR药物技术的发展与新动向展望（一）

通过在学术及工业环境中的研究，特别是由于各大实验室继续在更广泛的SSNMR领域中实现并扩展其最新成就，固态NMR波谱（SSNMR）在药物分析中的发展与应用正持续获得进展{ 1, 2 }。
 
特别是高静态场强、基于同核偶极解耦序列的实验以及基于动态核极化（DNP）的实验，在具有相似性质的固体药物材料和有机材料中的应用日益增加{1-5}。
 
以上方法加之其它最新发展，实现了对以前未获充分利用的各种核的利用，如1H、14N、17O以及35Cl，它们都得到药物领域的共同关注，并且还得以在各种结晶和非晶相的研究中实现更高的灵敏度{6-8}。魔角旋转（MAS）以及静态方法在这些应用中仍然存在价值。
 
本文着重介绍两种最近开发的方法，它们对于药物研究具有广泛的潜在适用性，涉及：（1）1H SSNMR在高场强与同核偶极解耦；和（2）DNP增强药物SSNMR波谱，例如使用非晶相固体分散体（一种常用药物输送固体剂型）。
 
高场强1H SSNMR与同核偶极解耦
 
使用高场强静态磁场的1H SSNMR能对某些效应进行仔细观察，如一些感兴趣的药物材料中的氢键。这在药物共晶体的研究中特别相关，当分离物也是固相时，通常涉及两个或多个成分的分子复合物。
 
用特定药物形成多种共晶体提供了灵活性，而且在某些情况下还能定制所产生的共晶相的物理特性，并为不适合于形成盐类的药物分子提供新的可能性。
 
例如，图1显示了在16.4T静态场强、35kHz MAS速率下获得的药物替诺昔康的四种共晶体的1H波谱{9}。该波谱是使用2.5mm双共振探针获得的，该探针还能够观察到具有较低回磁比的异核体，例如14N、17O和35Cl。该波谱提供了相对高的分辨率，并且能观察到许多有意义的质子位置的1H信号{9}。
 

图1：在35kHz MAS旋转速率、16.4T静态磁场强度下获得药物替诺昔康的四种共晶体的1H SSNMR波谱，测量温度为283K。有关这些波谱的详细解释，请参阅{9}。
 
约9ppm到15ppm间的波谱区域通常由分配给氢键质子的共振填充，由于这些相的晶体结构内的氢键具有强烈影响，因而这在共晶研究中通常具有一定意义。
 
利用高场强1H SSNMR实验，可以快速评估共晶体的成功形成，同时还能提供关于所得到的氢键动向的信息，所有这些都无需了解晶体结构。
 
除了更高的场强之外，在1H波谱观察中应用同核偶极解耦，也为对药物材料的研究提供了很多益处。
 
许多感兴趣的药物材料是非结晶、非长程有序的，这限制了衍射法在研究中的适用性。这些系统仍可以使用1H SSNMR进行有益的研究。
 
在图2中，将在16.4T下单独使用MAS获得的非结晶盐酸喹那普利的1H SSNMR波谱，与在同一磁场中使用加窗eDUMBO-122脉冲序列实现同核1H解耦获得的1H波谱进行比较。
 
在非结晶盐酸喹那普利的实例中，使用DUMBO解耦揭示出在氢键区域中存在至少两个质子共振，这很可能与非结晶固体中的羧酸和质子化胺基团有关。

图2：在16.4T静态磁场中，使用常规MAS与DUMBO偶极解耦获得的非结晶盐酸喹那普利（Sigma-Aldrich Co.；美国密苏里州圣路易斯市）的1H SSNMR波谱。分别使用35kHz和30 kHz MAS速率获得的MAS波谱和DUMBO波谱。测量温度为283K。
 
即使不做详细解释，这些观察结果也突显出了SSNMR在探测非结晶药物材料结构上的能力。通过使用高场强和同核偶极解耦获得的优异分辨率，能实现对直接获得的、或通过1H-1H、1H-13C及其它2D相关方法，利用或不利用晶体结构以及伴随的DFT化学屏蔽计算获得的1H波谱的详细分配 { 1, 2 }。
 
动态核极化
 
对DNP方法的使用已表明，能在对具有较长1H T1值的微晶固体的研究中{4}、以及对非结晶有机分子的研究中{5}实现显著的信号增强。在DNP仪器以及稳定自由基分子方面的最新进展，进一步扩展了DNP方法的实用性{10}。
 
图3显示了DNP方法应用潜力的一个实例，即在聚合物聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中含30%（w/w）药物二氟尼柳的非结晶固态分散体（也被称为玻璃溶液）{7}。通过与图3中的交叉极化（CP）MAS波谱进行比较，可观察到显著的增强，这是在100K下、使用263GHz连续波回旋管源产生的微波辐射、微波传输线、3.2mm低温MAS探针，以及400MHz Bruker Avance III大口径SSNMR波谱仪所获得的{10}。
 

图3：PVP{7}中含30%二氟尼柳的非结晶固态分散体的13C CP-MAS波谱，分别在应用DNP（微波开启）和无DNP（微波关闭）条件下获取。使用1,1,2,2-四氯乙烷溶剂（在70-80ppm区域中产生信号），以16mM bCTbK自由基（bis-TEMPO-bis-ketal，其中TEMPO为 [2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基]氧化钇）浸渍分散体。中心频带出现在180至10ppm区域。每个频谱是16 扫描结果。使用7秒的弛豫延迟，在施加微波辐射时发生DNP积聚。波谱在8kHz MAS速率、9.4T静态场强下获得，检测温度为100K。
 
可以看到非结晶药物产生的强裂信号，例如在140到100ppm区域，经微波辐射下的16扫描之后，突显了快速1D分析以及更高2D实验灵敏度的潜力。非结晶固态分散体代表了药物开发中一个极具吸引力的领域，DNP增强13C核和其它低灵敏度核信号的能力将使从这些系统获得更多结构信息成为可能。