近红外光谱技术快速筛查生物制品稳定性

1 近红外光谱技术概述

近红外光谱区域波长范围处于 780-2500nm ，此波段光谱源于分子中含氢基团，如 O-H、N-H、C-H 等的振动能级跃迁所产生的倍频与合频吸收。不同基团因振动能级存在差异，在近红外光谱区呈现出独特吸收特征，犹如为每种分子赋予独一无二的“指纹”。生物制品成分复杂，包含蛋白质、核酸、多糖等生物大分子以及各类辅料，各成分在近红外光谱区域均有其专属吸收谱带。通过精确测量样品的近红外光谱，并借助化学计量学方法构建光谱与样品性质，如成分含量、分子结构等的定量关联模型，从而实现对生物制品稳定性相关指标的快速、准确分析。例如，蛋白质分子中的酰胺基团 N-H 键在近红外光谱特定波段存在明显吸收，科研人员可依据该吸收特征变化，灵敏监测蛋白质含量波动及结构改变情况。

2 近红外光谱技术在生物制品稳定性筛查中的应用

2.1 水分含量监测

水分作为影响生物制品稳定性的关键因素，过高水分易引发生物制品水解、微生物滋生等降解反应，严重威胁产品质量与稳定性。近红外光谱对水分子中 O-H 基团振动极为敏感，能够快速、精准测量生物制品水分含量。在冻干生物制品生产环节，借助近红外光谱可实时、动态监测冻干进程中水分变化情况。以硫酸羟氯喹颗粒干燥过程为例，通过近红外光谱仪持续监测，可精准把控干燥程度，确保最终产品水分含量稳定控制在安全范围之内，有效避免因水分问题导致产品稳定性下降。此外，将近红外光谱技术与可调谐二极管激光吸收光谱技术有机结合，能够精确判断冻干一次干燥（升华阶段）和二次干燥（解吸阶段）终点。例如，SPScientific 的LyoFlux 传感器运用近红外光谱技术，实时监测冻干机腔体与冷凝器间水蒸气流量变化，以此准确确定干燥完成临界点，保证冻干产品水分含量适宜，显著提升产品稳定性[1]。

2.2 活性成分分析

生物制品活性成分含量高低及稳定性优劣，直接决定产品临床疗效。近红外光谱技术结合化学计量学方法，如偏最小二乘法（PLS），能够构建高精度活性成分定量分析模型。针对含甘露醇的甲强龙冻干制剂，科研人员采集大量不同批次样品近红外光谱数据，并同步采用传统分析方法测定活性成分含量，以此为基础建立 PLS 模型。通过该模型，可快速、准确分析活性成分含量，及时察觉生产、储存过程中活性成分含量波动，精准评估产品稳定性。在单克隆抗体制备过程中，近红外光谱技术同样发挥重要作用。通过监测细胞培养过程中关键营养物质，如葡萄糖、氨基酸等浓度变化，以及代谢产物，如乳酸浓度变化，可实时反映细胞生长状态与代谢水平，间接影响单克隆抗体表达量与质量。通过合理调控这些物质浓度，优化细胞培养条件，维持单克隆抗体活性成分稳定性，保障产品质量一致性。

2.3 分子结构检测

生物大分子，如蛋白质、核酸的结构稳定性，是生物制品发挥正常生物学活性的基础。近红外光谱技术可有效监测生物制品分子结构细微变化。以蛋白质为例，其二级结构包括 α_a -螺旋、 β -折叠等，结构改变会显著影响蛋白质功能与稳定性。科研人员通过分析近红外光谱中酰胺基团相关吸收峰变化情况，能够准确推断蛋白质二级结构改变。在疫苗生产过程中，运用近红外光谱技术持续监测疫苗中蛋白质结构稳定性，可及时发现因温度、pH 值等环境因素波动导致的蛋白质结构异常变化，进而迅速采取针对性措施，保障疫苗质量与稳定性。对于核酸类生物制品，近红外光谱可检测核酸碱基间氢键及磷酸二酯键等特征吸收峰，以此评估核酸结构稳定性，确保核酸在储存、运输过程中遗传信息完整性，为核酸类生物制品质量控制

提供关键技术支撑。

2.4 杂质检测

杂质的存在严重影响生物制品稳定性与安全性。近红外光谱技术可有效检测生物制品中常见杂质。在重组蛋白药物生产过程中，利用近红外光谱技术能够精准监测宿主细胞蛋白、DNA 等杂质含量。通过建立杂质特征光谱数据库，将待测样品光谱与数据库进行比对分析，可快速筛查出杂质种类与含量，为及时调整生产工艺、去除杂质提供科学依据，有效提升产品稳定性与安全性。针对生物制品中可能存在的微生物污染问题，近红外光谱技术可依据微生物细胞内特定生物分子，如蛋白质、核酸、脂肪酸等吸收特征，快速检测微生物存在及含量。在生物制品稳定性评估过程中，为判断产品是否遭受微生物污染、评估污染程度提供重要参考依据，助力保障生物制品质量安全[2]。

3 应用案例分析

3.1 某单克隆抗体药物稳定性筛查

在某单克隆抗体药物研发阶段，科研团队充分利用近红外光谱技术监测产品储存过程稳定性。通过定期采集不同时间点样品近红外光谱数据，并运用主成分分析（PCA）和判别分析（DA）方法，构建单克隆抗体稳定性预测模型。实验结果表明，该技术能够准确区分不同储存条件下单克隆抗体稳定性差异，提前敏锐预警可能出现的稳定性问题，如抗体聚集、降解等异常情况。与传统高效液相色谱法相比，近红外光谱技术检测时间从数小时大幅缩短至几分钟，且两种方法检测结果具有良好相关性。近红外光谱技术为单克隆抗体药物稳定性研究与质量控制提供高效、便捷手段，有力加速药物研发进程，降低研发成本。

3.2 流感疫苗稳定性监测

在流感疫苗生产及储存过程中，近红外光谱技术发挥重要作用。在生产车间安装在线近红外光谱仪，实时采集疫苗半成品光谱数据，通过预先建立的分析模型，快速分析疫苗水分含量、抗原蛋白含量及结构变化情况。一旦发现生产参数偏离预设标准，可及时调整生产工艺，确保产品质量一致性。在疫苗储存期，定期运用近红外光谱仪对成品疫苗进行检测，深入分析温度、湿度等环境因素变化对疫苗稳定性影响规律。根据监测结果，优化疫苗储存条件，如调整储存温度、湿度范围，合理选择包装材料等，有效保障流感疫苗在有效期内稳定性与有效性，为疫苗质量安全保驾护航[3]。

4 结束语

综上所述，近红外光谱技术凭借快速、无损、多参数同步检测等显著优势，在生物制品稳定性快速筛查领域展现出巨大应用潜力，为生物制品质量控制与稳定性研究提供强有力技术支撑，成为生物制药行业发展不可或缺的重要工具。未来，随着近红外光谱技术与其他先进技术，如质谱、核磁共振等深度联用，以及人工智能技术在数据分析领域深入应用，将进一步提升检测准确性、灵敏度与自动化程度，拓展在生物制品稳定性筛查领域应用范围，为生物制药行业发展提供更高效、可靠技术保障，助力开发更多安全、有效的生物制品，造福广大患者。

参考文献：

[1]丁超民,李轲,刘帆,等. 近红外光谱技术在复杂组分样品中的应用进展 [J]. 化学试剂, 2025, 47 (07): 18-27.

[2]彭彬倩,沈福苗. 近红外光谱技术在食品检测中的应用研究进展 [J].食品安全导刊, 2025, (05): 181-184+189.

[3]陈鹏文,胡军. 基于近红外光谱技术的种子检测研究现状 [J]. 南方农机, 2024, 55 (22): 62-64.