Inledning
Eudragit® är handelsnamnet på polymetakrylatbaserade sampolymerer som används för att rikta frisättningen av ett läkemedel till önskade delar av mag-tarmkanalen. Eudragit® finns i flera olika sammansättningar som skiljer sig från varandra med avseende på de funktionella grupper som finns på sidokedjorna.
Detta resulterar i olika upplösningsbeteende beroende på pH-värdet i miljön. Eudragit® L100-55 (figur 1) är t.ex. lösligt i tarmvätskor från pH 5,5 och uppåt, men är inte lösligt i magsäcksvätskor med lägre pH-värden. Det används därför i kombination med läkemedel som ska frisättas i tolvfingertarmen efter att ha passerat magsäcken [1, 2, 3].
Termisk analys av Eudragit®-produkter är avgörande av olika skäl: För det första skiljer de sig från varandra i sin glasomvandlingstemperatur (Tg). Även Eudragit® -polymerer med liknande kemisk sammansättning uppvisar skillnader i Tg beroende på monomerförhållandena [1]. Bestämningen av Tg gör det därför möjligt att identifiera de olika Eudragit® -polymererna. För det andra kräver optimala processförhållanden, t.ex. för smältextrudering, kunskap om polymerens glasomvandlingstemperatur och termiska stabilitet [3].
Av denna anledning undersöks nedbrytningsprocessen för Eudragit® L100-55 (Evonik Industries) med hjälp av en termobalans (TGA) kopplad till en FT-IR-spektrometer.
Mätförhållanden
TGA-FT-IR-mätningen utfördes med hjälp av en NETZSCH TG 209 F1 Libra® termobalans. För att undersöka och Identify de gaser som frigörs under den termogravimetriska analysen överfördes de direkt till gascellen i ett FT-IR-system från Bruker Optics. Mätningen utfördes på 7,33 mg Eudragit® L100-55 med hjälp av en öppen aluminiumoxiddegel.
Provet upphettades mellan rumstemperatur och 600°C med 10 K/min i en kväveatmosfär (40 ml/min).
Resultat av mätning
Figur 2 visar massförändringarna för Eudragit® L100-55 mellan 40°C och 600°C. Det första massförluststeget på 0,8% indikerar att ytvatten frigörs upp till 100°C. Den andra massförlusten på 5,9% vid 200°C (DTG-toppen) är också förknippad med avgivning av vatten, vilket bekräftas av FT-IR-spektrumet (figur 3). Processens temperatur indikerar frisättning av kristallvatten. Dessutom förekommer band i våglängdsområdet 3000 - 2800 cm-1 och över 1000 cm-1. Dessa band representerar CH2- och CH3-molekyler som indikerar att nedbrytningen av Eudragit® -provet har påbörjats.
Toppen vid 294°C i DTG-kurvan är förknippad med ännu ett steg i nedbrytningsprocessen: frigörandet av koldioxid och troligen etanol (figur 4 och 5). Detta kan förklaras med att en estergrupp splittras från Eudragit® -molekylen (figur 6). Det sista och huvudsakliga nedbrytningssteget, med en massförlust på 88,5%, sker vid 393°C (DTG-topptemperatur). De karakteristiska banden för etanol och koldioxid kan fortfarande detekteras i FT-IR-spektrumet för de gaser som frigörs vid 393°C (figur 7). Dessutom finns kolmonoxid (2300 cm-1 till 2100 cm-1) och en estersubstans, vilket kan ses i karbonylbandet vid 1749 cm-1. Det tyder på att esterdelen C2H5-O-CO-CxHy bryts av från molekylen (se röd indikation i figur 10). De två vibrationsbanden vid 1460 cm-1 och 1380 cm-1 beror troligen på delar av kolets ryggrad. Som exempel illustreras ett jämförelsespektrum av etylacetat och 3-metyloktan i figurerna 8 och 9.
Slutsats
Starten på nedbrytningen av Eudragit® är nära relaterad till den termiska stabiliteten. Det resulterar i förändringar i provets massa under lagring eller värmebehandling. Massförändringarna kan identifieras med hjälp av termogravimetri. En tydlig identifiering av de frigjorda gaserna - och därmed en tillförlitlig tolkning av massförlusterna - är dock endast möjlig när termobalansen är kopplad till en FT-IR-enhet. Detta gör det möjligt att dra tillförlitliga slutsatser om huruvida en viss massförlust kan hänföras till nedbrytning eller endast till avgivning av vatten.
Under de valda förhållandena (inert atmosfär, uppvärmningshastighet på 10 K/min) börjar det undersökta Eudragit® -provet att brytas ned vid 185°C (TGA-kurvans starttemperatur). Att detta verkligen är början på nedbrytningen avslöjas av förekomsten av C-H-bindningar utöver kristallvatten.