Benetzung ist die Fähigkeit von Wasser oder allgemeiner von Lösungsmitteln und Lösungen, sich in gewissem Maße auf Oberflächen pharmazeutischer Systeme auszubreiten. Pharmazeutische Systeme umfassen Arzneimittelsubstanzen, Rohstoffe und Zwischenprodukte wie Mischungen, Formulierungen, alle Darreichungsformen, Verpackungsmaterialien und Geräte. Bei der direktesten Form der Beurteilung der Benetzungseigenschaften wird ein Tropfen der Testflüssigkeit auf die Oberfläche des Testmaterials (normalerweise fest) gegeben und die Ausbreitung des Tropfens optisch beobachtet. Die Benetzungseigenschaften pharmazeutischer Systeme sind wichtig für die Herstellung, die Leistungsfähigkeit der Darreichungsform und die Stabilität.
Der Zweck des von der American Pharmacopeia (USP) veröffentlichten Standards „USP 1243 Benetzungseigenschaften pharmazeutischer Systeme“ besteht darin, allgemeine Informationen zu den Benetzungseigenschaften pharmazeutischer Systeme bereitzustellen, in der pharmazeutischen Praxis verwendete experimentelle Techniken zu beschreiben, Schwierigkeiten bei Messungen aufzuzeigen und Ansätze zur Manipulation der Benetzungseigenschaften zu diskutieren.
Die Benetzungseigenschaften pharmazeutischer Systeme haben viele Anwendungsgebiete, unter anderem bei Rohstoffen, in der Herstellung, bei der Leistung und Stabilität von Darreichungsformen, bei Geräten und bei der Verpackung.
Wenn die Benetzungseigenschaften von Rohstoffen für einen Formulierungs- und Herstellungsprozess entscheidend sind, können diese Eigenschaften im Rahmen der Materialcharakterisierung gemessen werden. Bei der Erforschung fester Darreichungsformen von Wirkstoffen kann sich herausstellen, dass manche Pulver hydrophob sind und schlechte Benetzungseigenschaften aufweisen. Es kann sich auch herausstellen, dass eine schlechte Pulverbenetzung auf eine Kristallmorphologie zurückzuführen ist, bei der die vorherrschende Kristalloberfläche hydrophob ist. In diesem Fall kann ein Kristallisationsprozess entwickelt werden, der eine Partikelmorphologie mit ausgeprägt hydrophiler Oberfläche erzeugt und so die Benetzung verbessert. Die Benetzungseigenschaften des Wirkstoffs in einer Formulierung können ebenfalls wichtig sein, insbesondere bei festen Darreichungsformen (z. B. Tabletten) und Suspensionen. Ebenso können die Benetzungseigenschaften der in Formulierungen verwendeten Hilfsstoffe für die Verarbeitung und Leistung der Darreichungsformen relevant sein. Die Bedeutung der Benetzungseigenschaften von Rohstoffen wird während des Entwicklungsprozesses erkannt. Die Benetzungseigenschaften von Hilfsstoffen beeinflussen nachweislich die Stabilität, Verarbeitung und Leistung der Formulierung. Wenn die Benetzungseigenschaften entscheidend sind, kann ihre Bewertung Teil der Materialspezifikation sein.
Probleme mit der Benetzung von Verpackungsmaterialien und Geräten (wie Behälterwänden, Stopfen und Spritzenzylindern) können zu einer inhomogenen Dosierung führen. Beispielsweise kann bei einer Suspension mikronisierter Medikamente in einem Dosieraerosol eine unzureichende Benetzung der Partikel durch das Medium zu Partikelablagerungen auf dem Gerät oder den Primärverpackungskomponenten führen, was wiederum zu einer inakzeptablen Dosisabgabe des Geräts führt. Auch Leckagen und Extraktionsflüssigkeiten können durch die Benetzungseigenschaften des Geräts oder der Verpackungsmaterialien beeinflusst werden.
Der wichtigste Parameter, der experimentell zur Quantifizierung der Benetzung gemessen werden kann, ist der Kontaktwinkel (siehe Abbildung). Der Kontaktwinkel ist der Winkel zwischen den Tangenten an die Flüssigkeit-Luft- und die Festkörper-Flüssigkeit-Grenzfläche an der Dreiphasengrenze Festkörper-Flüssigkeit-Luft. Im Allgemeinen gilt ein Kontaktwinkel von 90 Grad oder weniger als Benetzung, während ein Kontaktwinkel von 90 Grad oder weniger als Nichtbenetzung gilt. Der Begriff „Spreading“ wird für den Extremfall der Benetzung verwendet, wenn dieser Winkel 0 Grad beträgt.
Gemäß der Young-Gleichung ist die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten ein entscheidender Faktor für die Benetzung. An der Oberfläche einer Flüssigkeit unterliegen Moleküle unausgeglichenen intermolekularen Kräften, wobei die Anziehungskraft nach innen stärker ist als in der Luft. Folglich ist die Moleküldichte an der Oberfläche geringer als in der Flüssigkeitsmasse, was zu einem größeren durchschnittlichen Abstand führt, wodurch die Moleküle unter Spannung stehen und sich die Oberfläche wie bei einer gedehnten Membran auf den geringstmöglichen Wert zusammenzieht. An einer Verbindungsstelle, an der die Oberfläche einer Flüssigkeit mit einem anderen Material in Kontakt kommt, beispielsweise mit der Wand eines Behälters, übt die Oberfläche entlang der Kontaktlinie oder -kurve eine Kraft auf das Material aus. Die Oberflächenspannung ist eine intensive Eigenschaft, d. h. sie ist eine Kraft pro Längeneinheit, und die Gesamtkraft ist der Umfang oder die gesamte Kontaktlänge. Aufgrund der Kontraktionsspannungskraft an der Oberfläche ist externe Arbeit erforderlich, um die Oberfläche einer Flüssigkeit zu vergrößern.
Die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten kann mithilfe verschiedener Techniken direkt gemessen werden. Die gängigste Methode ist die Wilhelmy-Plattenmethode, aber auch die Verwendung eines Stabes oder Rings ist möglich. Die für diese Methode benötigte Ausrüstung kann aus einfachen Laborkomponenten selbst konstruiert werden. Die Probenvolumina reichen von wenigen Millilitern (z. B. bei Verwendung eines dünnen Stabes) bis zu mehreren zehn oder hundert Millilitern (oder sogar mehr). Diese Technik eignet sich besonders zur Messung der Abnahme der Oberflächenspannung bei Zugabe eines Tensids zur Oberfläche und der Grenzflächenspannung zwischen zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten (z. B. der Grenzfläche zwischen Öl und wässriger Lösung).
Unabhängig von der verwendeten Technik hängt die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten von der Temperatur ab, und diese Temperatur sollte vorzugsweise kontrolliert oder zumindest aufgezeichnet werden. Beispielsweise nimmt die Oberflächenspannung von Wasser bei einer Temperatur nahe der Raumtemperatur bei einer Erhöhung um 1 Grad Celsius um 0,152 mN/m ab. Es wurde nachgewiesen, dass die relative Luftfeuchtigkeit die Oberflächenspannung von Wasser beeinflusst. Ein entscheidender Faktor bei der experimentellen Messung der Oberflächenspannung ist die Sauberkeit der Geräte und aller zur Probenvorbereitung verwendeten Materialien (z. B. Pipetten, Spritzen, Glasgeräte). Selbst geringe Verunreinigungen einer wässrigen Probe, insbesondere mit einer öligen Chemikalie, können die Oberflächenspannung aufgrund der Adsorption der Chemikalie und ihrer hohen Oberflächenkonzentration erheblich verändern. Es ist üblich, Glasgeräte durch Säurewäsche und anschließendes gründliches Spülen mit hochreinem Wasser zu reinigen.
Es gibt zwei grundlegende Methoden zur Messung des Kontaktwinkels:
Unabhängig von der verwendeten Methode zur Kontaktwinkelmessung ist die Konsistenz der Probenvorbereitung ein entscheidender Faktor. Wie aus der Beschreibung der experimentellen Methoden hervorgeht, beeinflussen Porenstruktur und Gesamtporosität den Kontaktwinkel und erfordern eine Kontrolle für eine konsistente Probenvorbereitung. Sofern Kontaktwinkel an Proben gemessen werden, die bis zu einem gewissen Grad komprimiert wurden, muss der Kompressionsvorgang kontrolliert werden. Die Oberflächenrauheit ist ein weiterer Faktor, der den Kontaktwinkel beeinflusst. Die Oberflächenrauheit kann als Verhältnis der tatsächlichen Fläche einer festen Oberfläche zu ihrer scheinbaren oder projizierten Fläche charakterisiert werden.
Unsere Organisation, die seit Jahren Unternehmen aller Branchen durch ein breites Spektrum an Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsaktivitäten unterstützt, verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm USP 1243 „Benetzungseigenschaften pharmazeutischer Systeme“ an.
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