Johdanto
Polyvinyylipyrrolidoni (PVP) on vesiliukoinen polymeerimateriaali, jolla on ainutlaatuiset fysikaalis-kemialliset ominaisuudet. Sen jälkeen, kun se löydettiin 1900-luvun puolivälissä, siitä on tullut nopeasti yksi kolmesta tärkeimmästä uudesta apuaineesta lääkealalla sen erinomaisen liukoisuuden, kalvonmuodostuksen, bioyhteensopivuuden ja vakauden ansiosta. Sitä voidaan käyttää rinnakkaisliuottimena tableteissa, rakeissa ja injektioissa sekä rinnakkaisvirtausaineena kapseleissa. Lisäksi se toimii nestemäisten formulaatioiden dispergointiaineena ja väriaineena, entsyymien ja lämpöherkkien lääkkeiden stabilointiaineena sekä huonosti liukenevien lääkkeiden saostusaineena. Sitä käytetään myös silmälääkkeiden puhdistusaineena ja voiteluaineena. N-vinyylipyrrolidoni (NVP) voidaan polymerisoida radikaalipolymerisaatioreaktion avulla polyvinyylipyrrolidoniksi (PVP). NVP:n puhtaus ja laatu vaikuttavat suoraan PVP:n suorituskykyyn (PVP:n ja NVP:n rakennekaavat, ks. kuva 1).
Mittausparametrit
Testinäyte oli valkoinen PVP-jauhe. Testi suoritettiin käyttämällä NETZSCH STA Jupiter® -laitteella, joka oli yhdistetty Bruker INVENIO -laitteeseen. Tässä menetelmässä termogravometrisen analyysin aikana vapautuvat tuotteet kulkevat lämmitetyn siirtolinjan läpi puhdistuskaasun avulla. Tämä mahdollistaa kehittyvien aineiden suoran analyysin ja tunnistamisen niiden rakenteen perusteella infrapunaspektrometrin (FT-IR) ilmaisimen avulla. Lämpövaaka ja FT-IR-laite yhdistämällä mitataan samanaikaisesti näytteen massan muutos lämpötilan noustessa sekä vapautuvien kaasujen funktionaaliset ryhmät. Mittausparametrit on esitetty yksityiskohtaisesti taulukossa 1.
Taulukko 1: TGA-FT-IR-mittausolosuhteet
| Laite | STA Jupiter® Bruker INVENIO |
| Näytteen kantaja | TGA-tyyppi S |
| Lämpötilaohjelma | RT - 675°C |
| Lämmitysnopeus | 10 K/min |
| Upokas | Al2O3, 300 μl, avoin |
| Näytteen massa | 39.77 mg |
| Kaasuilmakehä | Typpi |
| Kaasun virtausnopeus | 70 ml/min |
FT-IR-mittausparametrit | |
| Spektrialue | 4000 - 650 cm-1 |
| Resoluutio | 4 cm-1 |
| Skannaustila | Keskiarvo 16 skannausta spektriä kohti |
| Ilmaisin | TE-DLaTGS |
Kuvassa 2 esitetään TGA-FT-IR-mittaukset. TGA-käyrästä käy ilmi, että PVP-näytteessä on kolme massahäviövaihetta. Ensimmäinen massahäviö oli RT:n ja 136 °C:n välillä, jolloin massanmuutos oli 0,99 %; toinen massahäviö oli 136 °C:n ja 252 °C:n välillä, jolloin massanmuutos oli 1,06 %; ja kolmas massahäviö oli 252 °C:n ja 675 °C:n välillä, jolloin massanmuutos oli 93,38 %. Jäännösmassa oli 4,55 %. DTG-käyrä on TGA-käyrän ensimmäisen kertaluvun derivaatta, joka kuvastaa näytteen massan häviämisnopeutta. DTG-käyrän piikkejä havaittiin 73,7 °C:ssa, 211,1 °C:ssa ja 428,5 °C:ssa. Gram Schmidt -käyrä, joka näyttää IR-kokonaisintensiteetit, on hyvin yhdenmukainen DTG-käyrän kanssa.
Kuvassa 3 esitetään PVP:n täydelliset FT-IR-tiedot lämpötilasta ja aaltoluvusta riippuvaisena 3D-kuvaajana. TGA-käyrä on piirretty punaisella takana ja osoittaa massahäviön korrelaation IR-intensiteetin kasvun kanssa.
IR-tietojen yksityiskohtaista arviointia varten otettiin yksittäisiä spektrejä eri lämpötiloissa ja niitä verrattiin kaasufaasikirjastoon. Infrapunaspektrit, jotka otettiin 72 °C:n, 171 °C:n, 231 °C:n, 282 °C:n ja 431 °C:n lämpötiloissa, näkyvät kuvassa 4.
Vettä vapautui kahden ensimmäisen massahäviövaiheen aikana lämpötila-alueella 270 °C:een asti; ks. vertailuspektri kuvassa 5. Spektreissä, jotka otettiin 171 °C:n, 213 °C:n ja 282 °C:n lämpötiloissa, havaittiinCO2:n vapautumista. Spektreissä 171 °C:ssa ja 282 °C:ssa oli myös jonkin verran samankaltaisuutta 2-pyrrolidinonin kanssa. NVP:n vertailukaasufaasispektriä ei ole saatavilla.
Kuvassa 6 esitetään FT-IR-spektri pääasiallisen hajoamisvaiheen aikana. NVP:n ja PVP:n optiset infrapuna-absorptiospektrit eroavat toisistaan molekyylirakenteen ja polymerisaatioefektien eroista johtuen. Taulukossa 2 esitetään PVP:n ja NVP:n infrapuna-absorptiospektrien ominaispiikkien vertailu. NVP:n C=O-absorptiopiikki on korkeammalla (1748 cm-1), kun taas PVP:n piikki on yleensä alueella 1650-1680 cm-1. NVP:n molekyylissä on vinyyliryhmä (C=C), kun taas PVP:ssä ei ole tällaista kaksoissidosta.
Edellä esitetyn analyysin ja 428 °C:ssa havaitun vastaavan spektrin perusteella on todennäköistä, että havaittiin monomeeri NVP. Näin ollen voidaan päätellä, että PVP-näyte hajosi yli 350 °C:n lämpötilassa. Lisäksi muiden pyrolyysituotteiden seos on todennäköisesti vapautunut samanaikaisesti. Tämä havainto on yhdenmukainen kirjallisuudessa kuvatun pyrolyysiprosessin kanssa [1].
Taulukko 2: NVP:n (monomeeri) ja PVP:n (polymeeri) tyypillisten infrapunaspektripiikkien vertailu
| Aaltoluku Alue | NVP (monomeeri) | PVP (polymeeri) |
| 3400-3500 cm-1 | O-H-venytysvärähtely | |
| 2900-3000 cm-1 | C-H-venytysvärähtely | |
| 1748-1650 cm-1 | Karbonyylin (C=O) venytysvärähtely (C=O) | |
| 1630 cm-1 | C=C-kaksoissidoksen venytysvärähtely | Ei selvää (C=C)-venytysvärähtelyä |
| klo 1420 cm-1 | Metyleenin taivutusvärähtely | |
| 1330 cm-1 | C-N-venytysvärähtely | |
Päätelmä
Koska yksilöllistetyn lääketieteen ja monimutkaisten formulaatioiden kysyntä kasvaa jatkuvasti, PVP:tä käytetään yhä innovatiivisemmissa sovelluksissa farmaseuttisena apuaineena, kuten 3D-tulostetuissa lääkeaineen kantajissa ja kohdennetuissa lääkeannostelujärjestelmissä. Tämä kehitys laajentaa sen roolia ja vahvistaa sen merkitystä lääketeollisuudessa. Käyttämällä termoanalyyttisiä kytkentätekniikoita voidaan analysoida PVP:n termisen hajoamisen aikana vapautuvien kaasujen koostumusta, mikä antaa arvokasta tietoa tuotetutkimuksen jatkoa varten. Lisäksi PVP:n pyrolyysituotteiden ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää lääketurvallisuuden varmistamiseksi korkeammissa lämpötiloissa, sillä se auttaa Identify mahdollisten myrkyllisten sivutuotteiden löytämisessä, jotka voivat vaikuttaa lääkkeen stabiilisuuteen ja potilaan terveyteen.