Zwilżalność to zdolność wody, a ogólniej rozpuszczalników i roztworów, do rozprzestrzeniania się w pewnym stopniu na powierzchniach w systemach farmaceutycznych. Systemy farmaceutyczne obejmują substancje lecznicze, surowce i produkty pośrednie, takie jak mieszaniny, formulacje, wszystkie formy dawkowania, materiały opakowaniowe i urządzenia. W najbardziej bezpośredniej formie oceny właściwości zwilżających, kroplę badanej cieczy umieszcza się na powierzchni badanego materiału (zwykle stałego), a rozprzestrzenianie się kropli obserwuje się optycznie. Właściwości zwilżające systemów farmaceutycznych mają istotne znaczenie dla produkcji, działania postaci dawkowania i stabilności.
Celem normy „USP 1243 Właściwości zwilżające układów farmaceutycznych” opublikowanej przez Amerykańską Farmakopeę (USP) jest dostarczenie ogólnych informacji na temat właściwości zwilżających układów farmaceutycznych, opisanie technik eksperymentalnych stosowanych w praktyce farmaceutycznej, zidentyfikowanie trudności związanych z pomiarami oraz omówienie podejść stosowanych do manipulowania właściwościami zwilżającymi.
Właściwości zwilżające układów farmaceutycznych mają wiele zastosowań, m.in. w surowcach, produkcji, działaniu i stabilności form dawkowania, urządzeniach i opakowaniach.
Gdy właściwości zwilżające surowców mają kluczowe znaczenie dla formulacji i procesu produkcyjnego, można je mierzyć w ramach charakteryzacji materiałów. Podczas badań stałych form substancji leczniczej można stwierdzić, że niektóre proszki są hydrofobowe i wykazują słabe właściwości zwilżające. Można również stwierdzić, że słabe zwilżanie proszku wynika z morfologii kryształu, w której dominująca powierzchnia kryształu jest hydrofobowa. W takim przypadku możliwe jest opracowanie procesu krystalizacji, który wytwarza morfologię cząstek z wyraźną powierzchnią hydrofilową, co poprawia zwilżalność. Właściwości zwilżające substancji leczniczej w formulacji mogą być również istotne, szczególnie w stałych formach dawkowania (np. tabletkach) i zawiesinach. Podobnie, właściwości zwilżające substancji pomocniczych stosowanych w formulacjach mogą mieć znaczenie dla przetwarzania i działania form dawkowania. Znaczenie właściwości zwilżających surowców odkrywa się w procesie rozwoju. Właściwości zwilżające substancji pomocniczych mogą wpływać na stabilność, przetwarzanie i działanie formulacji. Jeżeli właściwości zwilżające mają kluczowe znaczenie, ocena właściwości zwilżających może stanowić część specyfikacji materiału.
Problemy z zwilżaniem materiałów opakowaniowych i urządzeń (takich jak ścianki pojemników, korki i korpusy strzykawek) mogą prowadzić do niejednorodności dawki. Na przykład, w przypadku zawiesiny mikronizowanego leku w inhalatorze dozującym, niewystarczające zwilżenie cząstek przez medium może prowadzić do osadzania się cząstek na urządzeniu lub elementach opakowania, co skutkuje niedopuszczalnym podawaniem dawki z urządzenia. Na wycieki i ekstrakcję płynów mogą również wpływać właściwości zwilżające urządzenia lub materiałów opakowaniowych.
Kluczowym parametrem, który można zmierzyć eksperymentalnie w celu ilościowego określenia zwilżalności, jest kąt zwilżania, pokazany na rysunku. Kąt zwilżania to kąt między liniami stycznymi do granic faz ciecz-powietrze i ciało stałe-ciecz na trójfazowej granicy faz ciało stałe-ciecz-powietrze. Ogólnie rzecz biorąc, kąt zwilżania wynoszący 90 stopni lub mniej jest uważany za zwilżający, natomiast kąt zwilżania wynoszący 90 stopni lub mniej jest uważany za niezwilżający. Termin „rozprzestrzenianie się” jest używany w odniesieniu do skrajnego przypadku zwilżania, gdy kąt ten wynosi 0 stopni.
Zgodnie z równaniem Younga, napięcie powierzchniowe cieczy jest kluczowym czynnikiem wpływającym na zwilżalność. Na powierzchni cieczy cząsteczki podlegają niezrównoważonym siłom międzycząsteczkowym, przy czym przyciąganie do wnętrza jest silniejsze niż w powietrzu. W konsekwencji gęstość cząsteczkowa na powierzchni jest niższa niż w objętości, co skutkuje zwiększoną średnią odległością rozdzielenia, co pozostawia cząsteczki w stanie naprężenia, a powierzchnia kurczy się do minimalnej możliwej wartości, jak rozciągnięta membrana. Na styku, gdzie powierzchnia cieczy styka się z innym materiałem, takim jak ścianka pojemnika, powierzchnia wywiera siłę na materiał wzdłuż linii lub krzywej styku. Napięcie powierzchniowe jest właściwością intensywną, co oznacza, że jest siłą na jednostkę długości, a siła całkowita jest obwodem lub całkowitą długością styku. Ze względu na siłę napięcia skurczowego na powierzchni, do zwiększenia powierzchni cieczy wymagana jest praca zewnętrzna.
Napięcie powierzchniowe cieczy można mierzyć bezpośrednio, stosując różne techniki. Najpopularniejszą metodą jest metoda płytki Wilhelmy'ego, ale można również użyć pręta lub pierścienia. Sprzęt niezbędny do tej metody można zbudować z podstawowych elementów laboratoryjnych. Objętości próbek mogą wahać się od kilku mililitrów (np. przy użyciu cienkiego pręta) do dziesiątek, setek (a nawet większych) mililitrów. Technika ta jest szczególnie przydatna do pomiaru spadku napięcia powierzchniowego po dodaniu surfaktantu do powierzchni oraz napięcia międzyfazowego między dwiema niemieszającymi się cieczami (np. między fazą olej/roztwór wodny).
Niezależnie od zastosowanej techniki, napięcie powierzchniowe cieczy zależy od temperatury, a temperatura ta powinna być kontrolowana lub przynajmniej rejestrowana. Na przykład, w temperaturze zbliżonej do temperatury pokojowej, napięcie powierzchniowe wody spada o 0,152 mN/m wraz ze wzrostem temperatury o 1 stopień Celsjusza. Wykazano, że wilgotność względna ma wpływ na napięcie powierzchniowe wody. Kluczowym czynnikiem w eksperymentalnym pomiarze napięcia powierzchniowego jest czystość sprzętu i wszystkich materiałów używanych do przygotowania próbki (np. pipet, strzykawek, szkła laboratoryjnego). Nawet niewielkie zanieczyszczenie próbki wodnej, zwłaszcza oleistą substancją chemiczną, może znacząco zmienić napięcie powierzchniowe ze względu na adsorpcję substancji chemicznej i jej wysokie stężenie powierzchniowe. Powszechną praktyką jest czyszczenie szkła laboratoryjnego poprzez mycie kwasem, a następnie dokładne płukanie wodą o wysokiej czystości.
Istnieją dwie podstawowe metody pomiaru kąta zwilżenia:
Niezależnie od metody pomiaru kąta zwilżania, spójność w procesie przygotowania próbki jest czynnikiem krytycznym. Jak wynika z opisu metod eksperymentalnych, struktura porów i ogólna porowatość wpływają na kąt zwilżania i wymagają kontroli w celu zapewnienia spójnego przygotowania próbki. Dopóki kąty zwilżania są mierzone na próbkach, które zostały w pewnym stopniu ściśnięte, procedura ściskania musi być kontrolowana. Chropowatość powierzchni to kolejny czynnik wpływający na kąt zwilżania. Chropowatość powierzchni można scharakteryzować jako stosunek rzeczywistej powierzchni ciała stałego do jej powierzchni pozornej lub rzutowanej.
Nasza organizacja, która od lat wspiera firmy z wszystkich sektorów, oferując szeroki zakres usług testowania, pomiarów, analiz i ewaluacji, dysponuje silnym zespołem pracowników, którzy uważnie śledzą światowe osiągnięcia w dziedzinie nauki i technologii oraz stale się rozwijają. W tym kontekście świadczymy również usługi testowania zgodne z normą USP 1243 „Właściwości zwilżające systemów farmaceutycznych”.
Możesz poprosić nas o wypełnienie formularza, aby umówić się na spotkanie, uzyskać bardziej szczegółowe informacje lub poprosić o ocenę.
