دور DSC في عمليات التجفيف بالتبريد بالتبريد

تتكون عملية التجفيف بالتجميد من ثلاث خطوات

مرحلة التجميد، ما يسمى بـ "التجفيف الأولي"، وأخيرًا "التجفيف الثانوي".

• مرحلة التجميد التي يتم خلالها تجميد المادة بمعدل تجميد محدد
• ما يسمى 'التجفيف الأولي': تتم إزالة الثلج من المحلول المتجمد المركز عن طريق التسامي تحت ضغط مخفض. في هذه المرحلة، تكون درجة حرارة المنتج عادةً عند حوالي -35 درجة مئوية إلى -20 درجة مئوية.
• التجفيف الثانوي: يتم زيادة درجة الحرارة أكثر لتجفيف المنتج إلى مستوى الرطوبة النهائي عن طريق امتصاص الماء الموجود في المصفوفة. من أجل الحصول على كعكة مستقرة، يلزم تركيز الماء بنسبة 1% أو أقل على سبيل المثال [1].

لتجنب أي فقدان لنشاط المادة الدوائية، عادةً ما يتم إضافة مواد واقية بالتبريد أو مواد واقية بالتبريد مثل السكريات (مثل السكروز أو التريهالوز) أو البوليمرات.

درجة حرارة الانهيار أمر حاسم

من المعلمات الحاسمة لإعداد عملية التجفيد بالتجميد درجة حرارة الانهيار، وغالبًا ما تسمى _Tc. عند درجة الحرارة هذه، تذوب المادة أو تلين بحيث لا تعود قادرة على دعم بنيتها الخاصة وتبدأ في التدفق. ولهذا السبب، يجب أن تبقى المادة أقل من _Tc خلال مرحلة "التجفيف الأولي". ومع ذلك، تؤدي درجة حرارة المعالجة المنخفضة جدًا إلى تقدم بطيء غير مقبول. لذلك، من المهم معرفة قيمة درجة الحرارة الحرجة. بالنسبة للأنظمة البلورية، تتوافق درجة الحرارة القصوى المسموح بها مع درجة حرارة الانصهار الانصهاري [1 - 3]. وتحت هذه النقطة فقط يكون النظام صلبًا تمامًا. لكن معظم التركيبات المجففة بالتجميد تحتوي على أطوار غير متبلورة وفي هذه الحالة، تكون درجة حرارة الانهيار قريبة من درجة حرارة الانتقال الزجاجي للمذاب المركز بالتجميد الأقصى (_Tg´). في كثير من الحالات، تكون درجة حرارة الانتقال _{الزجاجي} أعلى قليلًا من درجة حرارة الانتقال الزجاجي (_Tg´ ) بينما يعتمد الفرق الدقيق بين درجتي الحرارة على التركيب [2].

يحدد المسح الحراري التفاضلي DSC (المسح الحراري التفاضلي) درجة حرارة _Tg´..

صُممت أجهزةDSC للكشف عن التغيرات في السعة الحرارية النوعية للمواد أثناء مرورها بمرحلة انتقالية زجاجية. يوضح الشكل 1 إشارة DSC أثناء تسخين محلول سكروز مجمد بنسبة 10% من السكروز. تم إجراء التجميد والتسخين باستخدام الجهاز بسرعة 5 كلفن/الدقيقة. وتبلغ درجة حرارة الانتقال الزجاجي المقدرة للمحلول المركز إلى أقصى حد (_Tg´، المعطاة هنا كنقطة منتصف) -32 درجة مئوية وتتناسب جيدًا مع القيم الأدبية [4]. يتم التعبير عن ارتفاع الخطوة الحرارية الداخلية على أنها _Δcp وتبلغ هنا 0.28 جول/(gK).

كما ذُكر أعلاه، يكون Tg 'أقل بقليل من درجة حرارة الانهيار في العديد من التركيبات وبالتالي يمثل حدًا أعلى متحفظًا إلى حد ما، على الرغم من أن هذا ليس له تأثير على جودة المنتج النهائي. إذا كانت خطوة الانتقال الزجاجي متداخلة بسبب تأثيرات الاسترخاء أو قمم التبلور المتعلقة بأحد مكونات التركيبة، يمكن أن يساعد DSC المعدل بدرجة الحرارة (TM-DSC أو mt-DSC) على الفصل.

... ودرجة حرارة الانتقال الزجاجي للمنتج المجفف

تبقى العديد من المنتجات المجففة بالتجميد في شكلها غير المتبلور بعد التجفيف. وبما أن الماء يُظهر تأثيرًا ملينًا، فإن درجة حرارة الانتقال الزجاجي للمرحلة غير المتبلورة ترتبط مباشرةً بالمحتوى المائي المتبقي المحبوس. وبالتالي، يمكن استخدام DSC كذلك لتحديد حالة تجفيف المادة. الأدبيات: [1] E. Meister وH. Gieseler، مقارنة مهمة بين درجات حرارة الانهيار ودرجات حرارة الانتقال الزجاجي، المجلة الصيدلانية الأوروبية، على الإنترنت، سبتمبر 2008 https://www.europeanpharmaceuticalreview.com/article/1479/a-significant-comparison-betwin-collapse-and-glass-transition-temperature-temperatures/ [2] V. Kett، تطوير التركيبات المجففة بالتجميد باستخدام التحليل الحراري والفحص المجهري، المجلة الصيدلانية الأمريكية، على الإنترنت، سبتمبر 2010 https://www.americanpharmaceuticalreview.com/Featured-Articles/36885-Development-of-Freeze-dried-dried-Formulations-Using-Thermal-Analysis-and-Microscopy/ [3] H. Schiffter-Weinle, Immer schön trocken bleiben, Deutsche Apothekerzeitung, online https://www.deutsche-apotheker-Zeitung.de/daz-az-az/2016/daz-44-2016/immer-schoen-trocken-bleiben [4] F. Franks، تجفيف المنتجات الحيوية بالتجميد: وضع المبادئ موضع التنفيذ، المجلة الأوروبية للصيدلانيات والصيدلانيات الحيوية، 1998، 45، ص 221-229