Εισαγωγή
Το Eudragit® είναι η εμπορική ονομασία συμπολυμερών με βάση το πολυμεθακρυλικό που χρησιμοποιούνται για τη στοχευμένη απελευθέρωση ενός φαρμάκου στα επιθυμητά σημεία του γαστρεντερικού σωλήνα. Το Eudragit® υπάρχει σε διάφορες συνθέσεις που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τις λειτουργικές ομάδες που βρίσκονται στις πλευρικές αλυσίδες.
Αυτό έχει ως αποτέλεσμα διαφορετική συμπεριφορά διάλυσης ανάλογα με την τιμή του pH του περιβάλλοντος. Για παράδειγμα, το Eudragit® L100-55 (εικόνα 1) είναι διαλυτό σε εντερικά υγρά από pH 5,5 και πάνω, αλλά δεν είναι διαλυτό σε γαστρικά υγρά με χαμηλότερες τιμές pH. Έτσι, χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με φάρμακα που πρόκειται να απελευθερωθούν στο δωδεκαδάκτυλο μετά τη διέλευση από το στομάχι [1, 2, 3].
Η θερμική ανάλυση των προϊόντων Eudragit® είναι ζωτικής σημασίας για διάφορους λόγους: Πρώτον, διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης (Tg). Ακόμη και πολυμερή Eudragit® με παρόμοια χημική σύνθεση παρουσιάζουν διαφορές στην Tg, ανάλογα με τις αναλογίες μονομερών [1]. Έτσι, ο προσδιορισμός της Tg επιτρέπει την ταυτοποίηση των διαφορετικών πολυμερών Eudragit®. Δεύτερον, οι βέλτιστες συνθήκες διεργασίας, π.χ. για την εξώθηση θερμού τήγματος, απαιτούν τη γνώση της θερμοκρασίας υαλώδους μετάβασης και της θερμικής σταθερότητας του πολυμερούς [3].
Για το λόγο αυτό, η διαδικασία αποσύνθεσης του Eudragit® L100-55 (Evonik Industries) διερευνάται με τη βοήθεια θερμοζυγίου (TGA) συνδεδεμένου με φασματόμετρο FT-IR.
Συνθήκες μέτρησης
Η μέτρηση TGA-FT-IR πραγματοποιήθηκε με τη χρήση θερμοζυγίου NETZSCH TG 209 F1 Libra® . Για τη διερεύνηση και την ταυτοποίηση των αερίων που απελευθερώνονται κατά τη θερμοβαρυτομετρική ανάλυση, μεταφέρθηκαν απευθείας στην κυψέλη αερίων ενός συστήματος FT-IR της Bruker Optics. Η μέτρηση πραγματοποιήθηκε σε 7,33 mg Eudragit® L100-55, χρησιμοποιώντας ένα ανοιχτό χωνευτήρι οξειδίου του αλουμινίου.
Το δείγμα θερμάνθηκε μεταξύ θερμοκρασίας δωματίου και 600°C με ταχύτητα 10 K/min σε ατμόσφαιρα αζώτου (40 ml/min).
Αποτελέσματα μέτρησης
Στο Σχήμα 2 απεικονίζονται οι μεταβολές της μάζας του Eudragit® L100-55 μεταξύ 40°C και 600°C. Το πρώτο βήμα απώλειας μάζας 0,8% υποδηλώνει την απελευθέρωση επιφανειακού νερού μέχρι τους 100°C. Η δεύτερη απώλεια μάζας 5,9% στους 200°C (κορυφή DTG) συνδέεται επίσης με την απελευθέρωση νερού που επιβεβαιώνεται από το φάσμα FT-IR (σχήμα 3). Η θερμοκρασία της διαδικασίας υποδεικνύει την απελευθέρωση κρυσταλλικού νερού. Επιπλέον, εμφανίζονται ζώνες στην περιοχή μήκους κύματος 3000 - 2800 cm-1 και πάνω από 1000 cm-1. Οι ζώνες αυτές αντιπροσωπεύουν μόρια CH2 και CH3 που υποδεικνύουν την έναρξη της αποσύνθεσης του δείγματος Eudragit®.
Η κορυφή στους 294°C στην καμπύλη DTG σχετίζεται με ένα ακόμη βήμα στη διαδικασία αποσύνθεσης: την απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα και πιθανώς αιθανόλης (σχήματα 4 και 5). Αυτό μπορεί να εξηγηθεί με τη διάσπαση μιας εστερικής ομάδας από το μόριο Eudragit® (σχήμα 6). Το τελευταίο και κύριο στάδιο αποσύνθεσης, με απώλεια μάζας 88,5%, λαμβάνει χώρα στους 393°C (θερμοκρασία αιχμής DTG). Οι χαρακτηριστικές ζώνες της αιθανόλης και του διοξειδίου του άνθρακα εξακολουθούν να ανιχνεύονται στο φάσμα FT-IR των αερίων που απελευθερώνονται στους 393°C (εικόνα 7). Επιπλέον, υπάρχει μονοξείδιο του άνθρακα (2300 cm-1 έως 2100 cm-1) και μια εστερική ουσία, η οποία φαίνεται στη ζώνη καρβονυλίου στα 1749 cm-1. Αυτό υποδηλώνει ότι το τμήμα του εστέρα C2H5-O-CO-CxHy αποσπάται από το μόριο (βλέπε κόκκινη ένδειξη στο σχήμα 10). Οι δύο ζώνες δονήσεων στα 1460 cm-1 και 1380 cm-1 οφείλονται πιθανώς σε τμήματα της ραχοκοκαλιάς του άνθρακα. Ως παράδειγμα, ένα συγκριτικό φάσμα οξικού αιθυλεστέρα και 3-μεθυλοκτανίου απεικονίζεται στα σχήματα 8 και 9.
Συμπέρασμα
Η έναρξη της αποσύνθεσης του Eudragit® συνδέεται στενά με τη θερμική σταθερότητα. Έχει ως αποτέλεσμα αλλαγές στη μάζα του δείγματος κατά την αποθήκευση ή τη θερμική επεξεργασία. Οι μεταβολές της μάζας μπορούν να προσδιοριστούν με θερμοβαρυμετρία. Ωστόσο, η σαφής ταυτοποίηση των απελευθερωμένων αερίων - και, συνεπώς, η αξιόπιστη ερμηνεία των απωλειών μάζας - είναι δυνατή μόνο όταν το θερμοζυγολόγιο είναι συνδεδεμένο με μια συσκευή FT-IR. Αυτό επιτρέπει την εξαγωγή αξιόπιστων συμπερασμάτων σχετικά με το αν μια δεδομένη απώλεια μάζας μπορεί να αποδοθεί σε αποσύνθεση ή απλώς στην απελευθέρωση νερού.
Υπό τις συνθήκες select(αδρανής ατμόσφαιρα, ρυθμός θέρμανσης 10 K/min), το υπό εξέταση δείγμα Eudragit® αρχίζει να αποσυντίθεται στους 185°C (θερμοκρασία έναρξης της καμπύλης TGA). Το γεγονός ότι αυτή είναι πράγματι η έναρξη της αποσύνθεσης αποκαλύπτεται από την εμφάνιση δεσμών C-H εκτός από το κρυσταλλικό νερό.