El papel del DSC en los procesos de liofilización

El proceso de liofilización consta de tres pasos

La fase de congelación, el llamado "secado primario" y, por último, el "secado secundario".

• La fase de congelación durante la cual la sustancia se congela a una velocidad de congelación seleccionada
• El llamado "secado primario": El hielo se eliminará de la solución concentrada por congelación mediante sublimación a presión reducida. En esta fase, la temperatura del producto suele estar entre -35°C y -20°C.
• El "secado secundario": La temperatura se aumenta aún más para secar el producto hasta el nivel de humedad final mediante la desorción del agua contenida en la matriz. Para obtener una torta estable, se requiere una concentración de agua de, por ejemplo, el 1% o menos [1].

Para evitar cualquier pérdida de actividad de la sustancia farmacológica, se suelen añadir crioprotectores o lipoprotectores como azúcares (por ejemplo, sacarosa o trehalosa) o polímeros.

La temperatura de colapso es decisiva

Un parámetro crítico para la configuración de un proceso de liofilización es la temperatura de colapso, a menudo denominada _Tc. A esta temperatura, el material se funde o se ablanda, de modo que ya no puede soportar su propia estructura y comienza a fluir. Por este motivo, la sustancia debe mantenerse por debajo de _Tc durante la fase de "secado primario". Sin embargo, una temperatura de proceso demasiado baja conduce a una progresión lenta inaceptable. Por lo tanto, es importante conocer el valor de la temperatura crítica. Para los sistemas cristalinos, la temperatura máxima tolerable corresponde a la Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión eutéctica [1 - 3]. Sólo por debajo de ese punto el sistema es completamente sólido. Pero la mayoría de las formulaciones liofilizadas contienen fases amorfas y, en este caso, la temperatura de colapso se aproxima a la temperatura de transición vítrea del soluto concentrado al máximo por congelación (Tg_'). En muchos casos, la _Tc es ligeramente superior a la Tg_', aunque la diferencia exacta entre ambas temperaturas depende de la formulación [2].

DSC (Calorimetría Diferencial de Barrido) Determina la _Tg ' ..

Los instrumentosDSC están diseñados para detectar cambios en la capacidad calorífica específica de los materiales a medida que se produce al pasar por una transición vítrea. La Fig. 1 muestra la señal DSC durante el calentamiento de una solución congelada de sacarosa al 10%. Tanto la congelación como el calentamiento se realizaron con el instrumento a 5 K/min. La temperatura de transición vítrea evaluada de la solución concentrada al máximo (Tg_', dada aquí como punto medio) resulta en -32°C y se ajusta bien a los valores de la bibliografía [4]. La altura del paso EndotérmicoA sample transition or a reaction is endothermic if heat is needed for the conversion.endotérmico se expresa como _{ΔCapacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp} y asciende aquí a 0,28 J/(gK).

Como ya se ha mencionado, la Tg' está ligeramente por debajo de la temperatura de colapso en muchas formulaciones y, por tanto, representa un límite superior bastante conservador, aunque esto no influye en la calidad del producto final. Si el paso de transición vítrea se solapa con efectos de RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación o picos de CristalizaciónCrystallization is the physical process of hardening during the formation and growth of crystals. During this process, heat of crystallization is released.cristalización relacionados con uno de los componentes de la formulación, el DSC de temperatura modulada (TM-DSC o mt-DSC) puede ayudar a la separación.

... y la temperatura de transición vítrea del producto desecado

Muchos productos liofilizados permanecen en su forma amorfa tras el secado. Como el agua tiene un efecto suavizante, la temperatura de transición vítrea de la fase amorfa está directamente relacionada con el contenido de agua residual atrapada. Así pues, el DSC puede utilizarse además para determinar el estado de secado del material. Bibliografía: [1] E. Meister y H. Gieseler, A significant comparison between collapse and Temperatura de Transición VítreaThe glass transition is one of the most important properties of amorphous and semi-crystalline materials, e.g., inorganic glasses, amorphous metals, polymers, pharmaceuticals and food ingredients, etc., and describes the temperature region where the mechanical properties of the materials change from hard and brittle to more soft, deformable or rubbery.glass transition temperatures, European Pharmaceutical Review, en línea, septiembre de 2008 https://www.europeanpharmaceuticalreview.com/article/1479/a-significant-comparison-between-collapse-and-glass-transition-temperatures/ [2] V. Kett, Development of Freeze-dried Formulations Using Thermal Analysis and Microscopy, American Pharmaceutical Review, en línea, septiembre de 2010 https://www.americanpharmaceuticalreview.com/Featured-Articles/36885-Development-of-Freeze-dried-Formulations-Using-Thermal-Analysis-and-Microscopy/ [3] H. Schiffter-Weinle, Immer schön trocken bleiben, Deutsche Apothekerzeitung, en línea https://www.deutsche-apotheker-zeitung.de/daz-az/2016/daz-44-2016/immer-schoen-trocken-bleiben [4] F. Franks, Freeze-drying of bioproducts: putting principles into practice, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 1998, 45, p 221-229