Úvod
Monohydrát laktózy patří k nejčastěji používaným pomocným látkám ve farmaceutickém průmyslu. Díky své dobré dostupnosti, příznivým zpracovatelským vlastnostem, stlačitelnosti a sypnosti se běžně používá jako plnivo nebo ředidlo v tabletách a kapslích. Pro zajištění stálé kvality produktu je nezbytné spolehlivě detekovat jakékoli možné změny materiálu během skladování a zpracování.
Skladování, absorpce vlhkosti nebo strukturální změny mohou ovlivnit fyzikální vlastnosti práškových farmaceutických surovin. Kromě zavedených metod tepelné charakterizace představuje analýza světelným zábleskem (LFA, schéma na obrázku 1) rychlou, bezkontaktní a nedestruktivní techniku pro stanovení tepelné difuzivity materiálů. Při této metodě je přední povrch rovinně-paralelního vzorku zahříván krátkým energetickým impulsem; výsledný nárůst teploty na zadním povrchu je zaznamenán infračerveným detektorem a použit k určení tepelné difuzivity.
Zviditelnění účinků skladování: čerstvá versus prošlá laktóza
Byly zkoumány dva prášky monohydrátu laktózy: čerstvý vzorek a vzorek s prošlou dobou použitelnosti. Oba prášky byly lisovány do pelet za identických podmínek (při síle 20 kN po dobu 20 minut), aby se dosáhlo srovnatelných geometrií vzorků a kontaktních podmínek. Cílem studie bylo odhalit možné rozdíly v tepelné difuzivitě obou materiálů v nízkoteplotním rozsahu od pokojové teploty do 80 °C.
Přesná měření LFA pomocí LFA 717 HyperFlash®
Měření byla provedena pomocí přístroje LFA 717 HyperFlash®. Tento přístroj je určen k vysoce přesnému a rychlému měření tepelné difuzivity u široké škály materiálů a umožňuje provádět analýzy v definovaných atmosférách. V této sérii měření byla analýza provedena v argonové atmosféře na válcových peletách o průměru 12,6 mm a výšce 3 mm.
Spolehlivé rozpoznání zřetelných rozdílů
Obrázek 2 znázorňuje tepelnou difuzivitu obou pelet monohydrátu laktózy v závislosti na teplotě v rozmezí od 25 °C do 80 °C. U obou vzorků lze pozorovat pokles tepelné difuzivity s rostoucí teplotou. Toto chování odpovídá typickému trendu pozorovanému u mnoha materiálů, u nichž rostoucí fonon-fononové interakce při vyšších teplotách ovlivňují přenos tepla.
Čerstvý vzorek laktózy vykazuje v celém zkoumaném teplotním rozsahu nižší hodnoty než vzorek po uplynutí doby použitelnosti. Odchylka dosahuje až přibližně 16 %. Tento rozdíl lze připsat vyššímu podílu amorfních složek v čerstvém vzorku. Amorfní oblasti mohou bránit přenosu tepla uvnitř pelety výrazněji než krystalické struktury, což vede k nižší tepelné difuzivitě.
LFA jako užitečný nástroj pro hodnocení kvality léčiv
Studie dokazuje, že analýza pomocí světelného záblesku LFA 717 HyperFlash® je citlivá na materiálové rozdíly mezi vzorky monohydrátu laktózy. I v mírném teplotním rozmezí mezi 25 °C a 80 °C bylo možné zjistit zřetelné rozdíly v tepelné difuzivitě mezi čerstvou a prošlou laktózou. Analýza světelných záblesků proto představuje cennou metodu pro charakterizaci farmaceutických pomocných látek a hodnocení změn souvisejících se skladováním.
Přehled naměřených údajů
| Parametr | Nastavení |
|---|---|
| Vzorek | Monohydrát laktózy, čerstvý a prošlý |
| Přístroj | LFA 717 HyperFlash® |
| Detektor | MCT |
| Držák vzorku | Ø 12,7 mm, standardní |
| Atmosféra | Argon |
| Rychlost ohřevu | 10 K/min |
| Teplotní rozsah | 25 °C až 80 °C |
| Rozměry vzorku | Ø 12,6 mm, výška 3 mm |
| Vyhodnocovací model | Standard |
| Příprava vzorku | Lisování při síle 20 kN po dobu 20 minut |
Závěr
Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.Tepelná difuzivita určuje, jak rychle se teplo šíří v práškové laktóze. Nepřímo ovlivňuje stabilitu laktózy, protože určuje teplotní profil a tím i tepelné namáhání prášku. Vysoká Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita vede k rychlejšímu a rovnoměrnějšímu ohřevu či ochlazování, zatímco nízká Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita může vést k teplotním gradientům, v důsledku čehož jsou různé části prášku vystaveny tepelnému namáhání po různě dlouhou dobu.
Kromě tepelné difuzivity jsou klíčovými faktory ovlivňujícími stabilitu také teplota, doba působení a obsah vlhkosti. Při zvýšených teplotách a vlhkosti může docházet k Maillardovým reakcím*, zabarvení a změnám krystalové struktury laktózy nebo obsahu krystalové vody.
*Maillardova reakce je chemická reakce mezi redukujícími cukry a aminovými skupinami bílkovin nebo aminokyselin. Je urychlována především vyššími teplotami a často také vlhkostí. Mezi typické důsledky patří tvorba hnědých a nažloutlých pigmentů, jakož i dalších možných reakčních produktů, které mohou změnit vlastnosti produktu.