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Medikamente und Galenik

Grenzflächenchemische Analysen für die Herstellung und Bioverfügbarkeit von Medikamenten

Pharmazeutische Wirkstoffe müssen dem Körper bioverfügbar zugeführt werden, also in einer Form, die den Transport an den Wirkungsort und die dortige Resorption gewährleistet. Dabei sind auch grenzflächenchemische Aspekte relevant, etwa zur Verbesserung der Auflösung einer Tablette oder zur Bildung einer stabilen Emulsion in einer Salbe. Unsere Tensiometer und Kontaktwinkelmessinstrumente nehmen daher einen wichtigen Platz bei der Entwicklung und Qualitätssicherung von Arzneimitteln ein.

Lösungsvermittler und Netzmittel in Tabletten und Granulaten

Granulate, die zu Tabletten gepresst werden, sollten möglichst hydrophil sein, damit sie gut benetzt werden und sich schnell auflösen. Eine optimale Benetzbarkeit wird häufig durch Tenside in der Rezeptur erreicht.

Die Benetzbarkeit kann durch unsere Messgeräte zur Tropfenkonturanalyse ermittelt werden. Mittels der Kontaktwinkelmessung erfassen unsere Instrumente auch die zeitliche Änderung der Benetzbarkeit nach dem Wasserkontakt. Diese Information gibt den tatsächlichen Ablauf der Benetzung wieder, da diese sich in der Regel unmittelbar nach dem Kontakt noch verbessert, bis an der Grenzfläche eine Gleichgewichtskonzentration erreicht ist. Durch Berücksichtigung des Zeitverhaltens kann die Benetzbarkeit gezielt optimiert werden. Weitere Informationen zur Verbesserung der Benetzung sind durch Messungen mit physiologisch relevanten Flüssigkeiten zugänglich, zum Beispiel mit isotonischen Lösungen.

Bei losen Granulaten und Pulvern kann die Benetzbarkeit anhand des Pulverkontaktwinkels mit unserem Force Tensiometer – K100 gemessen werden. Diese Methode ermöglicht auch die Messung der freien Oberflächenenergie, welche Aussagen über die Dispergierbarkeit erlaubt. Besonders wichtig ist diese Information für Suspensionen, die vom Patienten selbst hergestellt werden, weil dann Klumpenbildung zu einer ungleichmäßigen Dosierung führen kann.

Untersuchung der Granulierbarkeit von Pulvern

Durch Granulierung eines wirkstoffhaltigen Pulvergemisches wird eine Entmischung verhindert. Die Agglomeration zum Granulat erfolgt häufig durch das Trocknen von Pulversuspensionen („wet granulation“). Binder in der Suspension oder die Vorbeschichtung von Pulvern verhindern dabei das Auseinanderfallen des Granulats.

Die Neigung des Pulvers zur Agglomeration steht im engen Zusammenhang mit dessen freier Oberflächenenergie und dem Verhältnis zwischen kohäsiven und adhäsiven Kräften. Durch Oberflächencharakterisierung des Pulvers und der flüssigen Phase können diese Größen berechnet werden, sodass wichtige Informationen für die Optimierung der Pulverbeschichtung sowie die passende Auswahl und Dosierung des Binders vorliegen.

Benetzung durch Medikamente in Tropfenform

Die Benetzung der Augen oder der Nasenschleimhäute durch entsprechende Tropfen hängt von der Oberflächenspannung des Medikaments ab. Zur Verbesserung der Benetzung enthalten Rezepturen häufig Tenside, welche die Oberflächenspannung verringern.

Unsere Tensiometer messen die Oberflächenspannung von Tensidlösungen präzise und bei Bedarf vollautomatisch. Das Force Tensiometer – K100 ermittelt darüber hinaus die kritische Mizellbildungskonzentration (CMC). Diese Größe beschreibt die Effizienz eines Tensids und sagt aus, bei welcher Tensidkonzentration die maximale Absenkung der Oberflächenspannung erreicht ist. Durch die Messung kann eine teure und womöglich zu schlechterer Verträglichkeit führende Überdosierung des Tensids vermieden werden.

Optimierung der Tröpfchengröße und Benetzung von Sprays

Bei der Entwicklung von Sprays wird auf die Bildung möglichst feiner Sprühnebel geachtet, weil diese eine schnellere Resorption ermöglichen. Da sich die Gesamtoberfläche bei der Aufspaltung in viele kleine Tröpfchen deutlich vergrößert, hängen die zur Zerstäubung notwendige Arbeit und damit auch die Größe der Tropfen von der Oberflächenspannung ab. Die anschließende Benetzung des Gewebes durch die Tröpfchen wird ebenfalls von der Oberflächenspannung dominiert. Aus diesen Gründen enthalten Sprays Tenside, welche die Oberflächenspannung herabsetzen.

Neben der statischen Oberflächenspannung und der CMC sind Informationen über das dynamische Verhalten der Tenside wichtig. Während der kurzen Flugzeit der Tropfen ist die Gleichgewichtskonzentration des Tensids an der Oberfläche häufig noch nicht erreicht, sodass die Oberflächenspannung höher ist als bei der Lösung im Ruhezustand. Diesen dynamischen Wert der Oberflächenspannung messen unsere stationären und mobilen Blasendruck-Tensiometer BP100 oder BP50 über einen großen Geschwindigkeitsbereich der Oberflächenbildung.

Untersuchungen der Emulgierbarkeit für Salben und Mikroemulsionen

Salben sind häufig Emulsionen hydrophober Substanzen in Wasser und anderen hydrophilen Flüssigkeiten. Zur Herstellung und Stabilisierung dieser Emulsionen werden Tenside als Emulgatoren eingesetzt.

Die emulgierende Wirkung eines Tenside beruht auf der Verringerung der Grenzflächenspannung zwischen den Tröpfchen und der umgebenden Phase. Unsere Instrumente verfügen über eine Reihe von Methoden zur präzisen Messung der Grenzflächenspannung.

Für schnelle Produktionsprozesse bei der Mischung von Emulsionen ist die dynamische Grenzflächenspannung wichtig. Unser Tropfenvolumen-Tensiometer DVT50 erfasst diesen geschwindigkeitsabhängigen Wert und hilft bei der Auswahl und Dosierung des Emulgators.

Um hydrophobe Substanzen bioverfügbar zu machen, werden sie auch in Form von Mikroemulsionen verabreicht, die sich thermodynamisch wie wässrige Lösungen verhalten. Mikroemulsionen bilden sich oft nur in einem engen Konzentrationsbereich. In der Nähe dieses Bereichs sinkt die Grenzflächenspannung um mehrere Dekaden. Für den Bereich extrem niedriger Grenzflächenspannungen bis 10-6 mN/m haben wir unser Spinning Drop Tensiometer – SITE100 entwickelt.  Mittels Analysen mit dem SITE100 können so wichtige Erkenntnisse über die optimale Formulierung von Mikroemulsionen gewonnen werden.

KRÜSS Applikationsberichte

AR277: Surface tension as a basic parameter for controlling drop dispensing of ophthalmic solutions

Das Volumen von Augentropfen, die mit Hilfe einer Tropfenflasche appliziert werden, hängt von der Oberflächenspannung ab. Bei einem gegebenen Design der Flasche kann daher das Volumen und damit die Wirkstoffmenge über die Oberflächenspannung der Flüssigkeit kontrolliert werden.