Introdução
O desenvolvimento de dispositivos de eluição de fármacos é uma área fundamental da pesquisa biomédica em que os produtos são criados para fornecer uma dose personalizada de um agente terapêutico em um local específico do corpo. Em geral, esses dispositivos de eluição de fármacos são fabricados com o agente terapêutico disperso em uma matriz polimérica [1] ou em um material composto parcialmente por uma matriz polimérica. Os polímeros são veículos ideais para agentes terapêuticos devido à sua facilidade de fabricação, perfis de liberação personalizáveis, biocompatibilidade e moldabilidade. Exemplos desses tipos de produtos incluem stents, implantes e suturas com eluição de medicamentos.
NETZSCH a Rosand está em uma posição única no mundo da reologia porque produz reômetros rotacionais/oscilatórios tradicionais e reômetros capilares de alta força; em conjunto, esses instrumentos cobrem mais de seis ordens de magnitude de taxas de cisalhamento. Em especial, os reômetros capilares Rosand podem ser utilizados para simular processos de fabricação de polímeros, como a extrusão por Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão a quente para formulação farmacêutica [2]. Neste exemplo, o polietileno de baixa DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade (LDPE) foi extrudado para produzir implantes finos ou veículos de sutura como um modelo de fabricação.
A Análise Mecânica Dinâmica (DMA) é usada principalmente para analisar as propriedades viscoelásticas de materiais poliméricos, mas também é usada para medir metais e cerâmicas ou simular condições mecânicas específicas. O NETZSCH DMA 303 Eplexor® é um dispositivo de mesa versátil capaz de medir em uma faixa de temperatura de -170°C a 800°C (-274°F a 1472°F), aplicando uma força que varia de 1 mN a 50 N e em frequências de 0,001 a 150 Hz. Neste exemplo, ele foi utilizado para a determinação das propriedades viscoelásticas dos veículos de LDPE. No entanto, a força e a faixa de frequência da unidade também permitem a simulação de muitas condições fisiológicas, o que significa que o extrudado de LDPE pode ser testado como um implante, sutura ou stent em condições de modelo.
Reometria capilar Testes de extrusão e transporte
Além de poderem simular o processamento da massa fundida de polímeros de técnicas como a extrusão a quente, as unidades capilares RH7/10 da Rosand também são capazes de realizar medições de arrasto, nas quais o extrudado de polímero é rosqueado em torno de duas polias de baixa fricção (a primeira localizada em uma balança de precisão) e, em seguida, alimentado por um arranjo de rolo de aperto em um tambor de recolhimento acionado por um motor conectado à lateral da unidade principal do reômetro, conforme mostrado na Figura 1). Isso permite que a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão seja determinada, bem como o efeito de redução, no qual o extrudado é ainda mais diluído a partir do diâmetro da matriz até uma determinada largura. Isso é particularmente relevante para dispositivos de eluição de medicamentos, pois os implantes geralmente são administrados por uma agulha de um determinado calibre (dependente do local) e as suturas precisam atender aos padrões dimensionais.
Aqui, os pellets de LDPE-450 foram processados a 180ºC usando o modelo de chão Rosand RH10 (Figura 1). Uma matriz de 16 mm de comprimento e 1,0 mm de diâmetro foi usada para produzir o extrudado de polímero. Um transdutor de pressão de 5.000 PSI foi usado para medir a viscosidade da massa fundida e o extrudado foi alimentado no sistema de transporte Tragethon. O LDPE foi extrudado a uma velocidade de 10 mm/min a partir da matriz e, em seguida, a velocidade de transporte foi aumentada de 5 para 15 m/min. Os resultados do efeito de extração e coleta do extrudado de LDPE são mostrados na Figura 2. A partir da Figura 2a, o extrudado que sai da matriz de 1,0 mm de diâmetro é efetivamente diluído pelo sistema de arrasto e pode ser puxado para um diâmetro alvo consistente de 0,4 mm. A partir de uma velocidade de transporte de 6 a 7 m/min, o diâmetro do extrudado é de 0,54 ± 0,04 mm, enquanto de 11 a 12 m/min o diâmetro é de 0,54 ± 0,04 mm. Isso é muito importante para a produção consistente de implantes eluidores de fármacos a serem implantados por uma agulha (agulha de calibre 22) ou suturas (USP tamanho 0 ou 1). Outra descoberta importante da Figura 2a é que o LDPE pode ser diluído com o aumento da velocidade de arrasto, mas que o material se rompeu (conforme rotulado) a uma velocidade de 13 m/min, fazendo com que o diâmetro registrado ficasse em 0 (nenhum material sendo medido) e depois retornasse a 1,25 mm (diâmetro do extrudado saindo da matriz). A capacidade de estabelecer o grau de redução, mas também o ponto em que a força de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão é muito fraca para um processamento eficaz, são considerações importantes para a fabricação. A Figura 2b mostra o extrudado de LDPE em carretel coletado do sistema de transporte. Uma única corrida pode produzir vários metros de material fino.
Teste de DMA para propriedades viscoelásticas e simulação de aplicações
Para determinar as propriedades viscoelásticas do extrudado de LDPE fino de 0,4 mm de diâmetro, foi realizada uma varredura de temperatura padrão em um único implante (retirado da seção de velocidade de transporte de 10 a 13 m/min) em EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão, conforme mostrado na Figura 3a, com o NETZSCH DMA 303 Eplexor® de -170 a 70°C, conforme mostrado na Figura 3b. O módulo de armazenamento (E') descreve a capacidade do material de armazenar energia (e, posteriormente, liberá-la como uma mola), o Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo de perda (E") descreve a dissipação de energia do material (normalmente por meio de atrito interno) e o fator de amortecimento (tan δ) é a relação entre E" e E', descrevendo o quanto um material amortecerá uma força aplicada.
A partir da Figura 3b rotulada, a transição vítrea do LDPE ocorre a aproximadamente -130ºC com outra transição em torno de -30ºC. A Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão do LDPE é normalmente de 125ºC, mas, conforme mostrado na Figura 3, o material se torna macio após 50ºC. A compreensão das propriedades viscoelásticas de um produto de eluição de fármacos é importante para aplicações fisiológicas: quão forte é a sutura, quão confortável um implante pode ser percebido, quão maleável é o stent para ser efetivamente enrolado em torno de uma artéria e ainda assim fornecer reforço.
Além disso, o NETZSCH DMA 303 Eplexor® pode ser utilizado para simular condições de carga dinâmica. small Isso é particularmente relevante para aplicações biomédicas porque o corpo humano experimenta movimentos dinâmicos constantes causados pelo fluxo sanguíneo do coração em bombeamento, bem como movimentos maiores experimentados ao longo do dia e durante o exercício. Os stents sofrerão essa deformação dinâmica à medida que cobrirem as artérias/vasos, mas até mesmo os implantes implantados em locais específicos, como o cérebro ou a parte posterior do olho, sofrerão deformações small constantes devido ao suprimento pulsátil de sangue e ao fluxo localizado. O NETZSCH DMA 303 Eplexor® pode medir materiais em umidades relativas específicas ou em ambientes totalmente aquosos, utilizando um banho de imersão.
Para simular um ambiente ao qual o extrudado de LDPE poderia ser exposto como uma sutura, foi realizada uma varredura de tempo em que o material foi imerso em água e submetido a uma deformação dinâmica de 30 μm a 1,3 Hz (para refletir a frequência cardíaca média de 80 BPM em repouso) e 37 ºC por 8 horas; os resultados são mostrados na Figura 4. É importante ressaltar que o NETZSCH DMA 303 Eplexor® não só pode ser usado para modelar uma carga dinâmica em uma frequência biorrelevante, mas, ao aumentar a frequência de deformação, o envelhecimento acelerado também pode ser modelado [3].
Como o LDPE é hidrofóbico, não se espera que as propriedades mecânicas mudem drasticamente em um ambiente fisiológico, pois a matriz do polímero não inchará. No entanto, neste exemplo, observa-se uma ligeira diminuição (menos de 1%) no fator de amortecimento, demonstrando que o implante se comporta de forma mais elástica ao longo do tempo em um determinado ambiente, uma consideração importante para uma ação eficaz no corpo humano. No entanto, essa pequena magnitude de alteração precisaria ser validada para mostrar sua importância. Em contraste com um implante feito de uma matriz de polímero hidrofílico, o inchaço da matriz ao longo do tempo resultaria em uma redução significativa da rigidez.
Resumo
Os dispositivos de eluição de medicamentos são utilizados para fornecer doses terapêuticas controladas em um local específico do corpo. Aqui, demonstramos como vários instrumentos NETZSCH podem ser utilizados não apenas para modelar a fabricação e determinar a viscoelasticidade, mas também para simular as condições fisiológicas às quais esses materiais podem ser expostos. O Rosand RH10 foi utilizado para modelar a extrusão por Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão a quente de implantes/suturas poliméricas, juntamente com a medição de propriedades de tração e o controle dimensional de extração para um diâmetro de extrusão de 0,4 mm.
O DMA 303 Eplexor® foi então utilizado para medir as propriedades viscoelásticas básicas (transições a -130 e -30°C) e para simular as condições fisiológicas dinâmicas (deformação por batimento cardíaco) às quais os extrudados seriam expostos no corpo humano.