Johdanto
Laktoosimonohydraatti on yksi lääketeollisuuden yleisimmin käytetyistä apuaineista. Sen hyvän saatavuuden, suotuisien prosessointiominaisuuksien, tiivistettävyyden ja virtaavuuden ansiosta sitä käytetään yleisesti täyteaineena tai laimennusaineena tableteissa ja kapseleissa. Tuotteen laadun tasaisuuden varmistamiseksi on välttämätöntä havaita luotettavasti mahdolliset muutokset materiaalissa varastoinnin ja prosessoinnin aikana.
Varastointi, kosteuden imeytyminen tai rakenteelliset muutokset voivat vaikuttaa jauhemaisten lääkealan raaka-aineiden fysikaalisiin ominaisuuksiin. Vakiintuneiden lämpöominaisuuksien määrittämismenetelmien lisäksi valovälähdysanalyysi (LFA, kaavio kuvassa 1) on nopea, kosketukseton ja tuhoamaton tekniikka materiaalien lämmönjohtavuuden määrittämiseen. Tässä menetelmässä tasoparallelin näytteen etupintaa kuumennetaan lyhyellä energiapulssilla; takapinnalla tapahtuva lämpötilan nousu rekisteröidään infrapunailmaisimella ja sitä käytetään lämpödiffuusiokertoimen määrittämiseen.
Varastointivaikutusten näkyväksi tekeminen: tuore vs. vanhentunut laktoosi
Tutkimuksessa tarkasteltiin kahta laktoosimonohydraattijauhetta: tuoretta näytettä ja vanhentunutta näytettä. Molemmat jauheet puristettiin pelleteiksi identtisissä olosuhteissa (20 kN:n paineella 20 minuutin ajan), jotta näytteiden geometria ja kosketusolosuhteet olisivat vertailukelpoiset. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää mahdollisia eroja näiden kahden materiaalin lämmönjohtavuudessa alhaisissa lämpötiloissa huoneenlämpötilasta 80 °C:een.
Tarkat LFA-mittaukset käyttämällä LFA 717 HyperFlash®
Mittaukset suoritettiin käyttämällä lämpöjohtavuusmittaria LFA 717 HyperFlash®. Tämä laite on suunniteltu erittäin tarkkoihin ja nopeisiin lämpöjohtavuusmittauksiin monenlaisille materiaaleille, ja se mahdollistaa analyysit määritellyissä ilmakehissä. Tässä mittaussarjassa analyysi suoritettiin argonilmakehässä sylinterimäisille pelleteille, joiden halkaisija oli 12,6 mm ja korkeus 3 mm.
Selkeät erot tunnistetaan luotettavasti
Kuvassa 2 esitetään molempien laktoosimonohydraattipelettien LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus lämpötilan funktiona välillä 25 °C – 80 °C. Molemmissa näytteissä voidaan havaita lämmönleviämiskyvyn lasku lämpötilan noustessa. Tämä käyttäytyminen vastaa monissa materiaaleissa havaittua tyypillistä suuntausta, jossa korkeammissa lämpötiloissa voimistuvat fononi-fononi-vuorovaikutukset vaikuttavat lämmönsiirtoon.
Tuore laktoosinäyte osoittaa alhaisempia arvoja kuin vanhentunut näyte koko tutkittavalla lämpötila-alueella. Ero on jopa noin 16 %. Tämä ero voi johtua tuoreen näytteen suuremmasta amorfisten komponenttien osuudesta. Amorfiset alueet voivat haitata lämmönsiirtoa pelletin sisällä voimakkaammin kuin kiteiset rakenteet, mikä johtaa pienempään lämpödiffuusiokertoimeen.
LFA arvokkaana työkaluna lääkkeiden laadun arvioinnissa
Tutkimus osoittaa, että valonvälähdysanalyysi LFA 717 HyperFlash® on herkkä laktoosimonohydraattinäytteiden välisille materiaaliin liittyville eroille. Jopa kohtuullisella lämpötila-alueella 25 °C–80 °C voitiin havaita selkeitä eroja lämmönjohtavuudessa tuoreen ja vanhentuneen laktoosin välillä. Valovälähdysanalyysi on siten arvokas menetelmä farmaseuttisten apuaineiden karakterisoimiseksi ja varastointiin liittyvien muutosten arvioimiseksi.
Mittaustiedot yhdellä silmäyksellä
| Parametri | Asetus |
|---|---|
| Näyte | Laktoosimonohydraatti, tuore ja vanhentunut |
| Laite | LFA 717 HyperFlash® |
| Ilmaisin | MCT |
| Näytteenpidin | Ø 12,7 mm, vakio |
| Ilmakehä | Argon |
| Lämmitysnopeus | 10 K/min |
| Lämpötila-alue | 25 °C – 80 °C |
| Näytteen mitat | Ø 12,6 mm, korkeus 3 mm |
| Arviointimalli | Standardi |
| Näytteen valmistus | Puristettu 20 kN:n voimalla 20 minuutin ajan |
Johtopäätös
Lämmönleviämiskyky määrää, kuinka nopeasti lämpö leviää laktoosijauheen sisällä. Se vaikuttaa epäsuorasti laktoosin stabiiliuteen, sillä se määrää lämpötilaprofiilin ja siten jauheeseen kohdistuvan lämpörasituksen. Korkea lämmönleviämiskyky johtaa nopeampaan ja tasaisempaan lämpenemiseen tai jäähtymiseen, kun taas matala lämmönleviämiskyky voi aiheuttaa lämpötilagradientteja, jolloin jauheen eri osat altistuvat lämpörasitukselle vaihtelevan pituisen ajan.
Lämpöjohtavuuden lisäksi myös lämpötila, altistumisaika ja kosteuspitoisuus ovat ratkaisevia tekijöitä, jotka vaikuttavat stabiiliuteen. Korkeissa lämpötiloissa ja kosteudessa voi esiintyä Maillard-reaktioita*, värimuutoksia sekä muutoksia laktoosin kiderakenteessa tai kiteiden vesipitoisuudessa.
*Maillard-reaktio on kemiallinen reaktio pelkistävien sokerien ja proteiinien tai aminohappojen aminoryhmien välillä. Sitä kiihdyttävät ensisijaisesti korkeammat lämpötilat ja usein myös kosteus. Tyypillisiä seurauksia ovat ruskeiden ja kellertävien pigmenttien muodostuminen sekä muut mahdolliset reaktiotuotteet, jotka voivat muuttaa tuotteen ominaisuuksia.