Introduktion
Polyvinylpyrrolidon (PVP) er et vandopløseligt polymermateriale med unikke fysisk-kemiske egenskaber. Siden det blev opdaget i midten af det 20. århundrede, er det hurtigt blevet et af de tre vigtigste nye hjælpestoffer inden for lægemidler i kraft af sin fremragende opløselighed, filmdannelse, biokompatibilitet og stabilitet. Det kan bruges som co-opløsningsmiddel i tabletter, granulat og injektioner og også som co-fluxing agent i kapsler. Derudover fungerer det som et dispergeringsmiddel til flydende formuleringer og farvestoffer, en stabilisator til enzymer og varmefølsomme lægemidler og et medudfældningsmiddel til svært opløselige lægemidler. Det bruges også som dekontamineringsmiddel i oftalmiske lægemidler og som smøremiddel. Gennem en radikal polymerisationsreaktion kan N-vinylpyrrolidon (NVP) polymeriseres til polyvinylpyrrolidon (PVP). Hermed påvirker renheden og kvaliteten af NVP direkte PVP's ydeevne (strukturformler for PVP og NVP, se figur 1).
Måleparametre
Testprøven var et hvidt PVP-pulver. Testen blev udført ved hjælp af en NETZSCH STA Jupiter® kombineret med en Bruker INVENIO. I denne metode føres produkter, der frigives under termogravmetrisk analyse, gennem en opvarmet overførselslinje med en spulegas. Dette muliggør direkte analyse og identifikation af de udviklede stoffer med hensyn til deres struktur ved hjælp af detektoren på det infrarøde spektrometer (FT-IR). Gennem koblingen af en termobalance og et FT-IR måles ændringen i prøvemasse med stigende temperatur samt de funktionelle grupper i de frigjorte gasser samtidigt. Måleparametrene er beskrevet i tabel 1.
Tabel 1: TGA-FT-IR-målebetingelser
| Instrument | STA Jupiter® Bruker INVENIO |
| Prøvebærer | TGA type S |
| Temperaturprogram | RT - 675°C |
| Opvarmningshastighed | 10 K/min |
| Digel | Al2O3, 300 μl, åben |
| Masse af prøve | 39.77 mg |
| Gasatmosfære | Kvælstof |
| Gas-flowhastighed | 70 ml/min |
FT-IR-måleparametre | |
| Spektralt område | 4000 - 650 cm-1 |
| Opløsning | 4 cm-1 |
| Scanningstilstand | Gennemsnit af 16 scanninger pr. spektrum |
| Detektor | TE-DLaTGS |
Figur 2 viser TGA-FT-IR-målingerne. TGA-kurven viser, at der er tre massetabstrin for PVP-prøven. Det første massetabsinterval var mellem RT og 136 °C med en masseændring på 0,99 %; det andet massetabsinterval var mellem 136 °C og 252 °C med en masseændring på 1,06 %; og det tredje massetabsinterval var mellem 252 °C og 675 °C med en masseændring på 93,38 %. Restmassen udgjorde 4,55 %. DTG-kurven er den første ordens afledning af TGA-kurven, som afspejler massetabshastigheden for prøven. Der blev fundet toppe i DTG-kurven ved 73,7 °C, 211,1 °C og 428,5 °C. Gram Schmidt-kurven, som viser de samlede IR-intensiteter, er i god overensstemmelse med DTG-kurven.
Figur 3 viser de komplette FT-IR-data for PVP i et temperatur- og bølgetalsafhængigt 3D-plot. TGA-kurven er indtegnet med rødt bagerst og viser sammenhængen mellem massetab og stigningen i IR-intensitet.
Til detaljeret evaluering af IR-dataene blev der taget individuelle spektre ved forskellige temperaturer og sammenlignet med gasfasebiblioteket. De infrarøde spektre, der blev udtaget ved 72 °C, 171 °C, 231 °C, 282 °C og 431 °C, kan ses i figur 4.
Vand blev frigivet under de første to massetabstrin i temperaturområdet op til 270 °C; se referencespektret i figur 5. I spektrene udvundet ved 171 °C, 213 °C og 282 °C blev der påvist frigivelse afCO2. Spektrene ved 171 °C og 282 °C viste også en vis lighed med 2-pyrrolidinon. Der findes ikke et referencespektrum for NVP i gasfasen.
Figur 6 viser FT-IR-spektret under det vigtigste nedbrydningstrin. De infrarøde optiske absorptionsspektre for NVP og PVP er forskellige på grund af forskellene i molekylær struktur og polymerisationseffekter. Tabel 2 viser sammenligningen af de karakteristiske toppe i de infrarøde absorptionsspektre for PVP og NVP. C=O-absorptionstoppen for NVP ligger højere (1748 cm-1), mens den for PVP normalt ligger i området 1650-1680 cm-1; og der er en vinylgruppe (C=C) i NVP-molekylet, mens der ikke er en sådan dobbeltbinding i PVP.
Ud fra ovenstående analyse og det tilsvarende spektrum, der blev fundet ved 428 °C, er det sandsynligt, at monomeren NVP blev fundet. Derfor kan det konkluderes, at PVP-prøven blev nedbrudt ved over 350 °C. Derudover er der sandsynligvis samtidig frigivet en blanding af andre pyrolyseprodukter. Dette resultat er i overensstemmelse med den pyrolyseproces, der er beskrevet i litteraturen [1].
Tabel 2: Sammenligning af NVP's (monomer) og PVP's (polymer) karakteristiske infrarøde spektraltoppe
| Bølgetal Område | NVP (monomer) | PVP (polymer) |
| 3400-3500 cm-1 | O-H strækningsvibration | |
| 2900-3000 cm-1 | C-H strækningsvibration | |
| 1748-1650 cm-1 | Carbonyl (C=O) strækningsvibrationer | |
| ved 1630 cm-1 | C=C dobbeltbinding strækningsvibration | Ingen tydelig (C=C) strækningsvibration |
| ved 1420 cm-1 | Methylen bøjningsvibration | |
| ved 1330 cm-1 | C-N- strækningsvibration | |
Konklusion
Efterhånden som efterspørgslen efter personlig medicin og komplekse formuleringer fortsætter med at vokse, bliver PVP brugt i stadig mere innovative anvendelser som farmaceutisk hjælpestof, f.eks. i 3D-printede lægemiddelbærere og målrettede lægemiddelafgivelsessystemer. Denne udvikling udvider dets rolle og styrker dets betydning i den farmaceutiske industri. Ved at anvende termoanalytiske koblingsteknikker kan sammensætningen af de gasser, der frigives under den termiske NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning af PVP, analyseres, hvilket giver værdifuld indsigt til yderligere produktforskning. Derudover er det afgørende at forstå pyrolyseprodukterne fra PVP for at sikre lægemiddelsikkerheden ved højere temperaturer, da det hjælper Identify potentielle giftige biprodukter, der kan påvirke lægemidlets stabilitet og patienternes sundhed.