Johdanto
Eudragit® on kauppanimi polymetakrylaattipohjaisille kopolymeereille, joita käytetään lääkeaineen kohdennettuun vapautumiseen haluttuihin maha-suolikanavan osiin. Eudragit®:tä on useita koostumuksia, jotka eroavat toisistaan sivuketjuissa olevien funktionaalisten ryhmien suhteen.
Tämä johtaa erilaiseen liukenemiskäyttäytymiseen ympäristön pH-arvosta riippuen. Esimerkiksi Eudragit® L100-55 (kuva 1) liukenee suolenesteisiin pH-arvosta 5,5 ylöspäin, mutta ei liukene mahanesteisiin, joiden pH-arvo on alhaisempi. Näin ollen sitä käytetään yhdessä lääkkeiden kanssa, jotka vapautuvat pohjukaissuoleen mahalaukun ohituksen jälkeen [1, 2, 3].
Eudragit®-tuotteiden lämpöanalyysi on ratkaisevan tärkeää eri syistä: Ensinnäkin ne eroavat toisistaan lasittumislämpötilan (Tg) suhteen. Jopa kemialliselta koostumukseltaan samankaltaisten Eudragit®-polymeerien Tg-arvo vaihtelee monomeerisuhteista riippuen [1]. Näin ollen Tg:n määrittäminen mahdollistaa erilaisten Eudragit®-polymeerien tunnistamisen. Toiseksi optimaaliset prosessiolosuhteet, esimerkiksi kuumasulan ekstruusiota varten, edellyttävät tietoa polymeerin lasittumislämpötilasta ja lämpöstabiilisuudesta [3].
Tästä syystä Eudragit® L100-55:n (Evonik Industries) hajoamisprosessia tutkitaan FT-IR-spektrometrin kanssa yhdistetyn lämpövaakamittarin (TGA) avulla.
Mittausolosuhteet
TGA-FT-IR-mittaukset tehtiin NETZSCH TG 209 F1 Libra® lämpövaakamittarilla. Termogravimetrisen analyysin aikana vapautuvien kaasujen tutkimiseksi ja Identify niitä siirrettiin suoraan Bruker Opticsin FT-IR-järjestelmän kaasukennoon. Mittaus suoritettiin 7,33 mg:lla Eudragit® L100-55:tä käyttäen avointa alumiinioksidia sisältävää upokasta.
Näytettä kuumennettiin huoneenlämmöstä 600 °C:seen 10 K/min typpi-ilmakehässä (40 ml/min).
Mittaustulokset
Kuvassa 2 esitetään Eudragit® L100-55:n massanmuutokset 40 °C:n ja 600 °C:n välillä. Ensimmäinen 0,8 %:n massahäviöaskel osoittaa pintaveden vapautumista 100 °C:seen asti. Toinen massahäviö 5,9 % 200 °C:n lämpötilassa (DTG-piikki) liittyy myös veden vapautumiseen, minkä FT-IR-spektri vahvistaa (kuva 3). Prosessin lämpötila osoittaa kiteisen veden vapautumista. Lisäksi kaistoja esiintyy aallonpituusalueella 3000-2800 cm-1 ja yli 1000 cm-1. Nämä kaistat edustavat CH2- ja CH3-molekyylejä, jotka osoittavat Eudragit®-näytteen hajoamisen alkamista.
DTG-käyrän huippu 294 °C:n lämpötilassa liittyy toiseen hajoamisprosessin vaiheeseen: hiilidioksidin ja todennäköisesti etanolin vapautumiseen (kuvat 4 ja 5). Tämä voidaan selittää Eudragit®-molekyylin esteriryhmän irtoamisella (kuva 6). Viimeinen ja tärkein hajoamisvaihe, jossa massahäviö on 88,5 %, tapahtuu 393 °C:ssa (DTG-huippulämpötila). Etanolin ja hiilidioksidin tyypilliset kaistat voidaan edelleen havaita 393 °C:ssa vapautuvien kaasujen FT-IR-spektrissä (kuva 7). Lisäksi läsnä on hiilimonoksidia (2300 cm-1 - 2100 cm-1) ja esteriainetta, joka näkyy 1749 cm-1:n karbonyylikaistassa. Se viittaa siihen, että esteriosa C2H5-O-CO-CxHy irtoaa molekyylistä (ks. punainen merkintä kuvassa 10). Kaksi värähtelykaistaa 1460 cm-1:ssä ja 1380 cm-1:ssä johtuvat todennäköisesti hiilirungon osista. Esimerkkinä kuvissa 8 ja 9 on esitetty etyyliasetaatin ja 3-metyylioktaanin vertailuspektri.
Päätelmä
Eudragit®:n hajoamisen alkaminen liittyy läheisesti lämpöstabiilisuuteen. Se johtaa näytteen massan muutoksiin varastoinnin tai lämpökäsittelyn aikana. Massanmuutokset voidaan tunnistaa termogravimetrialla. Vapautuvien kaasujen selkeä tunnistaminen - ja siten massahäviöiden luotettava tulkinta - on kuitenkin mahdollista vain, jos lämpövaaka on yhdistetty FT-IR-laitteeseen. Näin voidaan tehdä luotettavia johtopäätöksiä siitä, johtuuko tietty massahäviö hajoamisesta vai pelkästään veden vapautumisesta.
Valituissa olosuhteissa (inertti ilmakehä, lämmitysnopeus 10 K/min) tutkittu Eudragit®-näyte alkaa hajota 185 °C:ssa (TGA-käyrän alkamislämpötila). Se, että tämä on todella hajoamisen alku, käy ilmi siitä, että kiteisen veden lisäksi esiintyy C-H-sidoksia.