Einleitung
Aufgrund ihrer Empfindlichkeit, ihres geringen Bedarfs an Probenvolumen, ihrer modularen Geometrien und ihrer modernen Softwarefunktionen lassen sich mit den Rheometern der NETZSCH Kinexus-Prime-Serie eine Vielzahl komplexer Flüssigkeiten und halbfester Stoffe charakterisieren. Insbesondere verfügen diese Rheometer über ein Luftlager mit extrem geringer Reibung, das eine unübertroffene Empfindlichkeit von sehr niedrigen (0,001 1/s) bis zu sehr hohen (10,000 1/s) Scherraten bietet. Das ist wichtig, um das Materialverhalten unter realen Bedingungen zu untersuchen und zu verstehen, beispielsweise die Scherung durch eine Pipette oder die physiologische Scherung über dem Auge beim Blinzeln. Auf Augenheilkunde spezialisierte Unternehmen können die mit den Rheometern der Kinexus Prime-Serie generierten Daten nutzen, um die Entwicklung von Formulierungen zu beeinflussen.
Bei der Behandlung von Augenleiden wie trockenen Augen, Glaukom und saisonalen Allergien sind topische (topisch steht für örtlich oder äußerlich) Augentropfen die erste Wahl. Es ist jedoch bekannt, dass diese weitgehend wirkungslos sind, da weniger als 5 % des Wirkstoffs einer angewendeten Dosis das Zielgewebe erreichen. Verantwortlich hierfür ist in erster Linie der natürliche Mechanismus des Auges, Fremdkörper zu entfernen. Wie in Abbildung 1 dargestellt, besteht die Vorderseite des Auges aus zahlreichen Schichten, darunter der komplexe Tränenfilm sowie die hydrophoben und hydrophilen Schichten der Hornhaut. Darüber hinaus spielen Tränenabfluss und Blinzeln eine wichtige Rolle bei der schnellen Beseitigung applizierter Augentropfen. Blinzeln ist ein Sonderfall, bei dem die Scherrate von Null bei geöffnetem Auge auf einen sehr hohen Wert ansteigt, wenn sich die Lieder schnell schließen und wieder öffnen.
Um die Verweildauer der Wirkstoffe zu verbessern, können verschiedene Darreichungsformen wie Salben, Gele und Emulsionen angewandt werden. In Zusammenarbeit mit der Forschungs- und Entwicklungsabteilung eines Herstellers von Augenmedikamenten und -geräten hat NETZSCH kürzlich eine Testmethode in der programmierbaren rSpace-Software erarbeitet, die die Entwicklung von Formulierungen von Salben und feuchtigkeitsspendenden Augentropfen unterstützt.
Messbedingungen
Mit der rSpace-Software der Kinexus-Rheometer können Anwender benutzerdefinierte Testsequenzen programmieren und haben darüber hinaus Zugang zu über 200 vorgefertigten Messprogrammen, die zusammen mit der Software in sechs Sprachen geliefert werden.
Zum Testen der bereitgestellten Proben wurde eine benutzerdefinierte Sequenz erstellt, mit der eine einzelne Probe bei unterschiedlichen Temperaturen über einen Scherratenbereich gemessen werden kann. Zwischen den Temperaturstufen werden die Proben aufgeheizt. Mit dieser Methode wird sowohl die Anwendung der topischen Formulierung bei Raumtemperatur direkt aus der Primärverpackung (Scherströmung) als auch die Wirkung des Blinzelns nahe der physiologischen Temperatur simuliert. Die Testparameter sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1: Messparameter für die Messung topiischer Substanzen
| Geometrie | 1 -Kegel, 40 mm |
|---|---|
| Probenvolumen | 0,8 ml |
| Spalt (H) | 1,5 mm |
| Normalkraft | 5 N |
| Getestete Temperaturen | 25 °C und 37 °C |
| Isothermer Scherratenbereich | 1 -5000 1/s |
Vergleich topischer Formulierungen
Die Viskosität in Abhängigkeit von der Scherrate und der Temperatur für drei handelsübliche topische Produkte ist in den Abbildungen 2a, 2b und 2c dargestellt. Abbildung 2a zeigt eine Augensalbe, die aus Petrolatum, Mineralöl und Lanolin besteht und zur Linderung von Symptomen trockener Augen über Nacht verwendet wird. Abbildung 2b zeigt eine weitere Salbe zur Behandlung von Symptomen trockener Augen über Nacht. Neben Petrolatum, Mineralöl und Lanolin enthält sie auch Vitamin A. Abbildung 2c zeigt schließlich ein Augengleitmittel mit hochmolekularem Natriumhyaluronat und Glycerin.
Obwohl alle drei Proben darauf ausgelegt sind, Patienten mit trockenen Augen Linderung zu verschaffen, sind die in Abbildung 2a und 2b gezeigten Augensalben- formulierungen um ein Vielfaches viskoser als das in Abbildung 2c gezeigte Gleitmittel. Darüber hinaus weisen die Salben eine deutliche Temperaturabhängigkeit auf: Das Aufheizen der Proben von Umgebungstemperatur auf die physiologische Temperatur verringert ihre Viskosität deutlich. Im Gegensatz dazu zeigt das Gleitmittel nur eine geringfügige Verringerung der Viskosität bei steigender Temperatur, wodurch sich sein Gesamtver- haltensprofil nicht ändert. Aus Sicht eines Entwicklers sind dies aufschlussreiche Ergebnisse. Die Salben „schmelzen” durch die Augenwärme, bleiben aber viskos genug, um die Verweildauer zu verlängern. Diese Salben werden häufig zur Linderung von Augenbeschwerden bei Patienten mit extrem trockenen Augen und Hornhauterkrankungen eingesetzt. Das Augenbefeuchtungsmittel hingegen zeigt einen eindeutigen Scherverdünnungs-effekt. Dies deutet darauf hin, dass die Formulierung durch das Blinzeln scherverdünnt wird, ohne dass sie schnell entfernt wird oder die Sicht beeinträchtigt.
Trotz der ähnlichen Zusammensetzung beider Augenbefeuchtungsmittel gibt es einen deutlichen Unterschied in den in den Abbildungen 2a und 2b dargestellten Reaktionsprofilen. Bei Raumtemperatur zeigt Abbildung 2b eine zweiphasige Antwort auf Scherung, während in Abbildung 2a eine allmähliche Reaktion dargestellt ist. Darüber hinaus ist Probe 2b bei physiologischen Temperaturen deutlich viskoser als Probe 2a. Dieses Ergebnis verdeutlicht die Empfindlichkeit der Kinexus-Geräte und ihre Fähigkeit, selbst bei ähnlichen Zusammensetzungen Produkte voneinander zu unterscheiden.
Zusammenfassung
Die Rheometer der Kinexus Prime-Serie von NETZSCH bieten Anwendern Vielseitigkeit und ein hohes Maß an Anpassungsmöglichkeiten bei der Charakterisierung komplexer Flüssigkeiten und halbfester Stoffe. Für Anwendungen in der Pharmazie und den Biowissenschaften sind die hohe Empfindlichkeit über einen großen Scherratenbereich sowie das geringe Probenvolumen wichtige Eigenschaften. Es konnte gezeigt werden, wie eine benutzerdefinierte Prüfmethode für das Kinexus entwickelt wurde, um Daten über handelsübliche Augenpflegeprodukte zu gewinnen und somit die Entwicklung von Formulierungen zu unterstützen. Der große Scherratenbereich ermöglicht die Simulation von Scherraten beim Blinzeln, um Formulierungsexperten hinsichtlich der Verweildauer im Auge, Patientenkomfort und Unschärfe zu beraten.