Le rôle de la DSC dans les processus de lyophilisation

Le processus de lyophilisation se déroule en trois étapes

La phase de congélation, le "séchage primaire" et, enfin, le "séchage secondaire".

• La phase de congélation au cours de laquelle la substance est congelée à une vitesse de congélation sélectionnée
• Le "séchage primaire" : La glace est retirée de la solution congelée par sublimation sous pression réduite. À ce stade, la température du produit est généralement comprise entre -35°C et -20°C.
• Le "séchage secondaire" : La température est encore augmentée pour sécher le produit jusqu'au niveau d'humidité final par déProcessus de sorptionLa sorption est un processus physique et chimique par lequel une substance (généralement un gaz ou un liquide) s'accumule dans une autre phase ou à la limite de deux phases. En fonction du lieu d'accumulation, on distingue l'absorption (accumulation dans une phase) et l'adsorption (accumulation à la limite des phases).sorption de l'eau contenue dans la matrice. Pour obtenir un gâteau stable, une concentration d'eau de 1 % ou moins est nécessaire [1].

Pour éviter toute perte d'activité de la substance médicamenteuse, des cryoprotecteurs ou des lyoprotecteurs tels que des sucres (par exemple, le saccharose ou le tréhalose) ou des polymères sont généralement ajoutés.

La température d'effondrement est décisive

Un paramètre critique pour la mise en place d'un processus de lyophilisation est la température d'effondrement, souvent appelée _Tc. À cette température, la matière fond ou se ramollit de sorte qu'elle ne peut plus soutenir sa propre structure et commence à s'écouler. C'est pourquoi la substance doit être maintenue en dessous de _Tc pendant la phase de "séchage primaire". Toutefois, une température de traitement trop basse entraîne une progression lente inacceptable. Il est donc important de connaître la valeur de la température critique. Pour les systèmes cristallins, la température maximale tolérable correspond à la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion eutectique [1 - 3]. Ce n'est qu'en dessous de ce point que le système est complètement solide. Mais la plupart des formulations lyophilisées contiennent des phases amorphes et, dans ce cas, la température d'effondrement est proche de la température de transition vitreuse du soluté le plus concentré (Tg_'). Dans de nombreux cas, la _Tc est légèrement supérieure à la Tg_', mais la différence exacte entre les deux températures dépend de la formulation [2].

La DSC (calorimétrie différentielle à balayage) détermine la _Tg ' ..

Les instrumentsDSC sont conçus pour détecter les changements dans la capacité thermique spécifique des matériaux lors du passage d'une transition vitreuse. La figure 1 montre le signal DSC pendant le chauffage d'une solution congelée de saccharose à 10 %. La congélation et le chauffage ont été effectués avec l'instrument à une vitesse de 5 K/min. La température de transition vitreuse évaluée de la solution la plus concentrée (Tg_', donnée ici comme point médian) est de -32°C et correspond bien aux valeurs de la littérature [4]. La hauteur de l'étape EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique est exprimée en _{ΔCapacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} et s'élève ici à 0,28 J/(gK).

Comme indiqué ci-dessus, la Tg' est légèrement inférieure à la température d'effondrement dans de nombreuses formulations et représente donc une limite supérieure plutôt conservatrice, bien que cela n'ait aucune influence sur la qualité du produit final. Si l'étape de transition vitreuse est recoupée par des effets de relaxation ou des pics de CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation liés à l'un des composants de la formulation, la DSC à modulation de température (TM-DSC ou mt-DSC) peut aider à la séparation.

... et la température de transition vitreuse du produit séché

De nombreux produits lyophilisés restent sous leur forme amorphe après le séchage. L'eau ayant un effet adoucissant, la température de transition vitreuse de la phase amorphe est directement liée à la teneur en eau résiduelle piégée. La DSC peut donc également être utilisée pour déterminer l'état de séchage du matériau. Littérature : [1] E. Meister et H. Gieseler, A significant comparison between collapse and Glass Transition TemperatureThe 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, online, September 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 ligne, septembre 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 ligne 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