Introduction
Le lactose monohydraté est l'un des excipients les plus couramment utilisés dans l'industrie pharmaceutique. Grâce à sa grande disponibilité, à ses propriétés de mise en œuvre favorables, à sa compressibilité et à sa fluidité, il est couramment utilisé comme agent de charge ou diluant dans les comprimés et les gélules. Afin de garantir une qualité constante du produit, il est essentiel de détecter de manière fiable toute modification éventuelle de la matière première au cours du stockage et de la transformation.
Le stockage, l’absorption d’humidité ou les modifications structurelles peuvent influencer les propriétés physiques des matières premières pharmaceutiques sous forme de poudre. Outre les méthodes établies de caractérisation thermique, l’analyse par flash lumineux (LFA, schéma de la figure 1) est une technique rapide, sans contact et non destructive permettant de déterminer la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique des matériaux. Dans cette méthode, la face avant d’un échantillon plan-parallèle est chauffée par une brève impulsion d’énergie ; l’augmentation de température qui en résulte sur la face arrière est enregistrée par un détecteur infrarouge et utilisée pour déterminer la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique.
Mettre en évidence les effets du stockage : lactose frais et lactose périmé
Deux poudres de lactose monohydraté ont été étudiées : un échantillon frais et un échantillon périmé. Les deux poudres ont été compressées en granulés dans des conditions identiques (à 20 kN pendant 20 minutes) afin d'obtenir des géométries d'échantillons et des conditions de contact comparables. L'objectif de cette étude était de mettre en évidence d'éventuelles différences de Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique entre les deux matériaux dans la plage de basses températures allant de la température ambiante à 80 °C.
Des mesures LFA précises grâce au LFA 717 HyperFlash®
Les mesures ont été réalisées à l'aide de l'LFA 717 HyperFlash®. Cet instrument est conçu pour effectuer des mesures rapides et très précises de la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique sur une large gamme de matériaux et permet de réaliser des analyses dans des atmosphères définies. Dans cette série de mesures, l'analyse a été effectuée sous atmosphère d'argon sur des pastilles cylindriques d'un diamètre de 12,6 mm et d'une hauteur de 3 mm.
Des différences nettes détectées de manière fiable
La figure 2 présente la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique des deux granulés de lactose monohydraté en fonction de la température, dans une plage comprise entre 25 °C et 80 °C. Pour les deux échantillons, on observe une diminution de la diffusivité thermique à mesure que la température augmente. Ce comportement correspond à la tendance typique observée dans de nombreux matériaux, où l’intensification des interactions phonon-phonon à des températures plus élevées affecte le transport de la chaleur.
L'échantillon de lactose neuf présente des valeurs inférieures à celles de l'échantillon périmé sur toute la plage de températures étudiée. L’écart peut atteindre environ 16 %. Cette différence peut s’expliquer par une proportion plus élevée de composants amorphes dans l’échantillon frais. Les régions amorphes peuvent entraver le transport de chaleur au sein du granulé plus fortement que les structures cristallines, ce qui se traduit par une diffusivité thermique plus faible.
La LFA, un outil précieux pour l'évaluation de la qualité des produits pharmaceutiques
Cette étude démontre que l’analyse par flash optique LFA 717 HyperFlash® permet de mettre en évidence des différences liées à la nature des échantillons de lactose monohydraté. Même dans la plage de températures modérées comprise entre 25 °C et 80 °C, des différences nettes de diffusivité thermique ont pu être détectées entre le lactose frais et le lactose périmé. L'analyse par flash lumineux constitue donc une méthode précieuse pour caractériser les excipients pharmaceutiques et évaluer les modifications liées au stockage.
Aperçu des données de mesure
| Paramètre | Réglage |
|---|---|
| Échantillon | Lactose monohydraté, frais et périmé |
| Instrument | LFA 717 HyperFlash® |
| Détecteur | MCT |
| Porte-échantillon | Ø 12,7 mm, standard |
| Atmosphère | Argon |
| Vitesse de chauffage | 10 K/min |
| Plage de température | de 25 °C à 80 °C |
| Dimensions de l'échantillon | Ø 12,6 mm, hauteur 3 mm |
| Modèle d'évaluation | Standard |
| Préparation de l'échantillon | Compression à 20 kN pendant 20 minutes |
Conclusion
La diffusivité thermique détermine la vitesse à laquelle la chaleur se propage au sein d'une poudre de lactose. Elle influence indirectement la stabilité du lactose, car elle détermine le profil de température et, par conséquent, la contrainte thermique exercée sur la poudre. Une diffusivité thermique élevée entraîne un réchauffement ou un refroidissement plus rapide et plus uniforme, tandis qu’une faible diffusivité thermique peut entraîner des gradients de température, ce qui fait que différentes zones de la poudre sont exposées à des contraintes thermiques pendant des durées variables.
Outre la diffusivité thermique, la température, la durée d’exposition et la teneur en humidité constituent également des facteurs déterminants pour la stabilité. À des températures et un taux d’humidité élevés, des réactions de Maillard*, une décoloration ainsi que des modifications de la structure cristalline du lactose ou de sa teneur en eau cristalline peuvent se produire.
*La réaction de Maillard est une réaction chimique entre les sucres réducteurs et les groupes amino des protéines ou des acides aminés. Elle est principalement accélérée par des températures élevées et souvent par l’humidité également. Elle entraîne généralement la formation de pigments bruns et jaunâtres, ainsi que d’autres produits de réaction possibles, susceptibles d’altérer les propriétés du produit.