Wprowadzenie
Monohydrat laktozy jest jedną z najczęściej stosowanych substancji pomocniczych w przemyśle farmaceutycznym. Dzięki dużej dostępności, korzystnym właściwościom przetwórczym, ściśliwości i sypkości jest on powszechnie stosowany jako wypełniacz lub rozcieńczalnik w tabletkach i kapsułkach. Aby zapewnić stałą jakość produktu, niezbędne jest niezawodne wykrywanie wszelkich ewentualnych zmian zachodzących w materiale podczas przechowywania i przetwarzania.
Przechowywanie, pochłanianie wilgoci lub zmiany strukturalne mogą wpływać na właściwości fizyczne sproszkowanych surowców farmaceutycznych. Oprócz uznanych metod charakterystyki termicznej analiza światła błyskowego (LFA, schemat na rysunku 1) stanowi szybką, bezkontaktową i nieniszczącą technikę określania dyfuzyjności cieplnej materiałów. W tej metodzie przednia powierzchnia próbki o układzie płasko-równoległym jest ogrzewana krótkim impulsem energii; wynikający z tego wzrost temperatury na tylnej powierzchni jest rejestrowany przez detektor podczerwieni i wykorzystywany do określenia dyfuzyjności cieplnej.
Uwidocznienie skutków przechowywania: świeża a przeterminowana laktoza
Zbadano dwa rodzaje proszku monohydratu laktozy: próbkę świeżą oraz próbkę przeterminowaną. Oba proszki sprasowano w granulki w identycznych warunkach (przy nacisku 20 kN przez 20 minut) w celu uzyskania porównywalnych geometrii próbek i warunków styku. Celem badania było wykrycie ewentualnych różnic w przewodności cieplnej obu materiałów w zakresie niskich temperatur, od temperatury pokojowej do 80°C.
Precyzyjne pomiary metodą LFA za pomocą LFA 717 HyperFlash®
Pomiary przeprowadzono przy użyciu urządzenia LFA 717 HyperFlash®. Urządzenie to zostało zaprojektowane do bardzo dokładnych i szybkich pomiarów dyfuzyjności cieplnej szerokiej gamy materiałów oraz umożliwia przeprowadzanie analiz w określonych atmosferach. W tej serii pomiarów analizę przeprowadzono w atmosferze argonu na cylindrycznych peletach o średnicy 12,6 mm i wysokości 3 mm.
Niezawodne wykrywanie wyraźnych różnic
Na rysunku 2 przedstawiono współczynnik dyfuzji cieplnej obu rodzajów granulek monohydratu laktozy w funkcji temperatury w zakresie od 25 °C do 80 °C. W przypadku obu próbek można zaobserwować spadek dyfuzyjności cieplnej wraz ze wzrostem temperatury. Zachowanie to odpowiada typowej tendencji występującej w wielu materiałach, gdzie nasilające się oddziaływania fonon-fononowe w wyższych temperaturach wpływają na transport ciepła.
Świeża próbka laktozy wykazuje niższe wartości niż próbka przeterminowana w całym badanym zakresie temperatur. Odchylenie to wynosi do około 16%. Różnicę tę można przypisać wyższemu udziałowi składników amorficznych w świeżej próbce. Obszary amorficzne mogą utrudniać transport ciepła wewnątrz granulatu w większym stopniu niż struktury krystaliczne, co skutkuje niższą dyfuzyjnością cieplną.
Metoda LFA jako cenne narzędzie do oceny jakości produktów farmaceutycznych
Badanie wykazało, że metoda analizy błyskowej LFA 717 HyperFlash® pozwala na wykrycie różnic związanych z właściwościami materiałowymi między próbkami monohydratu laktozy. Nawet w umiarkowanym zakresie temperatur od 25°C do 80°C udało się wykryć wyraźne różnice w przewodności cieplnej między świeżą a przeterminowaną laktozą. Analiza impulsów świetlnych stanowi zatem cenną metodę charakteryzowania substancji pomocniczych stosowanych w farmacji oraz oceny zmian związanych z przechowywaniem.
Przegląd danych pomiarowych
| Parametr | Ustawienie |
|---|---|
| Próbka | Monohydrat laktozy, świeży i przeterminowany |
| Urządzenie | LFA 717 HyperFlash® |
| Detektor | MCT |
| Uchwyt próbki | Ø 12,7 mm, standardowy |
| Atmosfera | Argon |
| Szybkość ogrzewania | 10 K/min |
| Zakres temperatur | od 25°C do 80°C |
| Wymiary próbki | Ø 12,6 mm, wysokość 3 mm |
| Model analizy | Standard |
| Przygotowanie próbki | Ściskanie przy obciążeniu 20 kN przez 20 minut |
Wnioski
Dyfuzja cieplna określa, jak szybko ciepło rozprzestrzenia się w proszku laktozy. Wpływa ona pośrednio na stabilność laktozy, ponieważ determinuje profil temperatury, a tym samym NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie termiczne proszku. Wysoka dyfuzyjność cieplna powoduje szybsze i bardziej równomierne ogrzewanie lub chłodzenie, natomiast niska dyfuzyjność cieplna może prowadzić do powstawania gradientów temperatury, co powoduje, że różne obszary proszku są narażone na obciążenia termiczne przez różny czas.
Oprócz dyfuzyjności cieplnej kluczowymi czynnikami wpływającymi na stabilność są również temperatura, czas ekspozycji oraz zawartość wilgoci. W warunkach podwyższonej temperatury i wilgotności mogą wystąpić reakcje Maillarda*, przebarwienia oraz zmiany w strukturze krystalicznej laktozy lub zawartości wody krystalicznej.
*Reakcja Maillarda to reakcja chemiczna zachodząca między cukrami redukującymi a grupami aminowymi białek lub aminokwasów. Jest ona przyspieszana przede wszystkim przez wyższe temperatury, a często również przez wilgotność. Typowymi skutkami są tworzenie się brązowych i żółtawych barwników, a także innych możliwych produktów reakcji, które mogą zmieniać właściwości produktu.