Εισαγωγή
Η μονοένυδρη λακτόζη είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα έκδοχα στη φαρμακευτική βιομηχανία. Χάρη στην ευρεία διαθεσιμότητά της, τις ευνοϊκές ιδιότητες επεξεργασίας, τη συμπιεστότητα και τη ροητικότητά της, χρησιμοποιείται συνήθως ως πληρωτικό ή αραιωτικό σε δισκία και κάψουλες. Για να διασφαλιστεί η σταθερή ποιότητα του προϊόντος, είναι απαραίτητο να ανιχνεύονται αξιόπιστα τυχόν αλλαγές στο υλικό κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης και της επεξεργασίας.
Η αποθήκευση, η απορρόφηση υγρασίας ή οι δομικές αλλαγές μπορούν να επηρεάσουν τις φυσικές ιδιότητες των φαρμακευτικών πρώτων υλών σε μορφή σκόνης. Εκτός από τις καθιερωμένες μεθόδους θερμικού χαρακτηρισμού, η ανάλυση φλας φωτός (LFA, σχηματική απεικόνιση στο Σχήμα 1) αποτελεί μια γρήγορη, χωρίς επαφή και μη καταστροφική τεχνική για τον προσδιορισμό της θερμικής διαχυτότητας των υλικών. Σε αυτή τη μέθοδο, η εμπρόσθια επιφάνεια ενός δείγματος με επίπεδες παράλληλες επιφάνειες θερμαίνεται από έναν σύντομο ενεργειακό παλμό· η προκύπτουσα αύξηση της θερμοκρασίας στην οπίσθια επιφάνεια καταγράφεται από έναν ανιχνευτή υπέρυθρης ακτινοβολίας και χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της θερμικής διαχυτότητας.
Αναδεικνύοντας τις επιδράσεις της αποθήκευσης: Φρέσκια έναντι ληγμένης λακτόζης
Εξετάστηκαν δύο σκόνες μονοένυδρης λακτόζης: ένα φρέσκο δείγμα και ένα δείγμα που είχε λήξει. Και οι δύο σκόνες συμπιέστηκαν σε σφαιρίδια υπό πανομοιότυπες συνθήκες (με δύναμη 20 kN για 20 λεπτά), προκειμένου να επιτευχθούν συγκρίσιμες γεωμετρίες δειγμάτων και συνθήκες επαφής. Σκοπός της μελέτης ήταν να αποκαλυφθούν πιθανές διαφορές στη θερμική διαπερατότητα των δύο υλικών στο εύρος χαμηλών θερμοκρασιών, από τη θερμοκρασία δωματίου έως τους 80 °C.
Ακριβείς μετρήσεις LFA με το LFA 717 HyperFlash®
Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του συστήματος μέτρησης θερμικής διαχυτότητας LFA 717 HyperFlash®. Το όργανο αυτό έχει σχεδιαστεί για εξαιρετικά ακριβείς και γρήγορες μετρήσεις της θερμικής διαχυτότητας σε ένα ευρύ φάσμα υλικών και επιτρέπει την πραγματοποίηση αναλύσεων υπό καθορισμένες ατμοσφαιρικές συνθήκες. Σε αυτή τη σειρά μετρήσεων, η ανάλυση πραγματοποιήθηκε υπό ατμόσφαιρα αργού σε κυλινδρικά σφαιρίδια διαμέτρου 12,6 mm και ύψους 3 mm.
Αξιόπιστος εντοπισμός σαφών διαφορών
Το Σχήμα 2 παρουσιάζει τη θερμική διαχυτότητα και των δύο σφαιριδίων μονοϋδρικής λακτόζης ως συνάρτηση της θερμοκρασίας στο εύρος από 25 °C έως 80 °C. Και για τα δύο δείγματα παρατηρείται μείωση της θερμικής διαχυτότητας με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτή η συμπεριφορά αντιστοιχεί στην τυπική τάση που παρατηρείται σε πολλά υλικά, όπου η αύξηση των αλληλεπιδράσεων φωνονίων-φωνονίων σε υψηλότερες θερμοκρασίες επηρεάζει τη μεταφορά θερμότητας.
Το φρέσκο δείγμα λακτόζης παρουσιάζει χαμηλότερες τιμές από το δείγμα που έχει λήξει σε ολόκληρο το εύρος θερμοκρασιών που μελετήθηκε. Η απόκλιση φτάνει έως και περίπου 16%. Αυτή η διαφορά μπορεί να αποδοθεί σε υψηλότερη αναλογία άμορφων συστατικών στο φρέσκο δείγμα. Οι άμορφες περιοχές μπορούν να παρεμποδίζουν τη μεταφορά θερμότητας εντός του σφαιριδίου σε μεγαλύτερο βαθμό από ό,τι οι κρυσταλλικές δομές, με αποτέλεσμα τη χαμηλότερη θερμική διαχυτότητα.
Η LFA ως πολύτιμο εργαλείο για την αξιολόγηση της ποιότητας των φαρμακευτικών προϊόντων
Η μελέτη αποδεικνύει ότι η ανάλυση με φλας φωτός LFA 717 HyperFlash® είναι ευαίσθητη στις διαφορές που σχετίζονται με το υλικό μεταξύ δειγμάτων μονοϋδρικής λακτόζης. Ακόμη και στο εύρος μέτριων θερμοκρασιών μεταξύ 25 °C και 80 °C, ήταν δυνατό να ανιχνευθούν σαφείς διαφορές στη θερμική διαπερατότητα μεταξύ φρέσκιας και ληγμένης λακτόζης. Ως εκ τούτου, η ανάλυση με φλας φωτός αποτελεί μια πολύτιμη μέθοδο για τον χαρακτηρισμό φαρμακευτικών εκδόχων και την αξιολόγηση των αλλαγών που σχετίζονται με την αποθήκευση.
Συνοπτική παρουσίαση των δεδομένων μετρήσεων
| Παράμετρος | Ρύθμιση |
|---|---|
| Δείγμα | Μονοένυδρη λακτόζη, φρέσκια και ληγμένη |
| Όργανο | LFA 717 HyperFlash® |
| Ανιχνευτής | MCT |
| Βάση δείγματος | Ø 12,7 mm, τυπικός |
| Ατμόσφαιρα | Αργό |
| Ρυθμός θέρμανσης | 10 K/min |
| Εύρος θερμοκρασίας | 25 °C έως 80 °C |
| Διαστάσεις δείγματος | Διάμετρος 12,6 mm, ύψος 3 mm |
| Μοντέλο αξιολόγησης | Πρότυπο |
| Προετοιμασία δείγματος | Συμπίεση στα 20 kN για 20 λεπτά |
Συμπέρασμα
Η θερμική διαχυτότητα καθορίζει την ταχύτητα με την οποία διαχέεται η θερμότητα μέσα σε μια σκόνη λακτόζης. Επηρεάζει έμμεσα τη σταθερότητα της λακτόζης, καθώς καθορίζει το προφίλ θερμοκρασίας και, κατά συνέπεια, τη θερμική καταπόνηση που υφίσταται η σκόνη. Η υψηλή θερμική διαχυτότητα έχει ως αποτέλεσμα ταχύτερη και ομοιογενέστερη θέρμανση ή ψύξη, ενώ η χαμηλή θερμική διαχυτότητα μπορεί να οδηγήσει σε θερμοκρασιακές κλίσεις, με αποτέλεσμα διαφορετικές περιοχές της σκόνης να εκτίθενται σε θερμική καταπόνηση για διαφορετικά χρονικά διαστήματα.
Εκτός από τη θερμική διαχυτότητα, η θερμοκρασία, ο χρόνος έκθεσης και η περιεκτικότητα σε υγρασία αποτελούν επίσης κρίσιμους παράγοντες που επηρεάζουν τη σταθερότητα. Σε υψηλές θερμοκρασίες και υγρασία, ενδέχεται να προκύψουν αντιδράσεις Maillard*, αποχρωματισμός και αλλαγές στη κρυσταλλική δομή της λακτόζης ή στην περιεκτικότητα σε κρυσταλλικό νερό.
*Η αντίδραση Maillard είναι μια χημική αντίδραση μεταξύ αναγωγικών σακχάρων και των αμινοομάδων των πρωτεϊνών ή των αμινοξέων. Επιταχύνεται κυρίως από υψηλότερες θερμοκρασίες και συχνά και από την υγρασία. Τυπικές συνέπειες περιλαμβάνουν τον σχηματισμό καφέ και κιτρινωπών χρωστικών ουσιών, καθώς και άλλων πιθανών προϊόντων αντίδρασης, τα οποία μπορούν να αλλοιώσουν τις ιδιότητες του προϊόντος.