Pomiar cząstek z wykorzystaniem dynamicznej analizy obrazu

Dynamiczna analiza obrazu (DIA) – zasada pomiaru

Zasada działania jest nieco podobna do pomiaru z wykorzystaniem mikroskopu – kamera przechwytuje obraz cząstek, a następnie odpowiednie oprogramowanie analizuje kształt i wielkość każdej cząstki z osobna. Pomiar mikroskopowy jest jednak pomiarem statycznym i pozwala na analizę bardzo niewielu cząstek. Metoda DIA umożliwia pomiar cząstek w ruchu – spadających swobodnie, w podciśnieniu lub w zawiesinie. Dzięki takiemu podejściu analizie poddawanych jest około dziesięciu tysięcy obrazów na minutę, a nie zaledwie kilka.

Rys. 1 Dynamiczna analiza obrazu – zasada działania

Rysunek 1 pokazuje zasadę działania optycznych systemów dynamicznej analizy obrazu. Zaawansowane urządzenia, takie jak CAMSIZER i CAMSIZER XT produkcji Retsch Technology wyposażone są w dwie kamery o różnym powiększeniu, dzięki czemu pokrywają cały zakres pomiarowy. Takie rozwiązanie umożliwia pomiar mieszaniny zawierającej jednocześnie małe i duże cząstki. Nawet bardzo niewielka ilość nadziarna lub podziarna w próbce jest precyzyjnie mierzona. System kamer zastosowanych w CAMSIZER XT pozwala na przechwytywanie ponad 275 obrazów na sekundę.

2. Zalety dynamicznej analizy obrazu w porównaniu z analizą sitową i dyfrakcją laserową

Metoda DIA pozwala na pomiar każdej cząstki indywidualnie. Oprócz tego dostarcza informacji o kształcie analizowanych cząstek.

2.1. Wyniki identyczne jak przy analizie sitowej

Kluczową zaletą instrumentów typu CAMSIZER jest możliwość uzyskiwania wyników identycznych jak wyniki analizy sitowej. Pozwala to na szybkie zastąpienie jeden do jednego urządzeń tj. przesiewacz + sita sprzętem, który mierzy szybciej, dokładniej i w którym wynik nie zależy np. od jakości czy czystości sit analitycznych.

Rys. 2 Porównanie czterech pomiarów wykonanych za pomocą CAMSIZER z wynikami analizy sitowej. Przy okazji można zauważyć niezwykłą powtarzalność pomiaru.

2.2 Wykrywanie aglomeratów

W procesach granulacji i powlekania powstawanie aglomeratów jest niepożądanym efektem ubocznym. Aglomeraty mogą mieć negatywny wpływ na właściwości produktu – są w stanie zmienić rozpuszczalność lub szybkość uwalniania substancji czynnych. CAMSIZER może wykryć aglomeraty stanowiące nawet 0,05%. Żadna inna metoda pomiarowa nie daje takich szans. W takim pomiarze bardzo duże znaczenie ma możliwość pomiaru kształtu. Ani dyfrakcja laserowa, ani analiza sitowa nie pozwalają na detekcję cząstek o wydłużonym, nieokrągłym kształcie.

Rys. 3 Wykres przedstawia dokładność pomiaru nadziarna przez urządzenie CAMSIZER. Do próbki 21 g dodawano kilkakrotnie porcję 0,21 g aglomeratów o wielkości 0,7 mm (co się równało około 10 cząstkom), tak by uzyskać mieszaninę z nadziarnem stanowiącym od 1% do 11%.

2.3. Pomiar grubości powłoki

Poszczególne etapy powlekania wymagają dokładnego określania grubości powłoki. Ta z kolei ma wpływ na szybkość procesu uwalniania leku, który jest odwrotnie proporcjonalny do grubości powłoki i wprost proporcjonalny do powierzchni cząstek. Dynamiczna analiza obrazu pozwala na określenie różnić grubości warstwy mniejszej niż 1 mikron. Metoda łączy nie tylko znakomitą rozdzielczość, ale też pomiar dużej ilości cząstek w krótkim czasie.

Rys. 4 Rozkład wielkości cząstek na różnych etapach powlekania począwszy od stanu wyjściowego a na kompletnej powłoce polimerowej skończywszy. Wykrywanie najmniejszych zmian średnicy cząstek pozwala na dokładny pomiar grubości powłoki. Szerokość rozkładu umożliwia określenie jednorodności procesu powlekania.

3. Podsumowanie

Dynamiczna analiza obrazu pozawala na usprawnienie prac pomiarowych zarówno na etapie rozwoju produktu, jak i kontroli jakości. W odróżnieniu od innych metod pomiarowych umożliwia określenie nie tylko wielkości, ale też kształtu mierzonych cząstek. Poniżej lista niektórych firm stosujących urządzenia CAMSIZER i CAMSIZER XT działające w oparciu o DIA:

3M, Acino Pharma (Cimex), Actavis Pharmaceuticals (Alpharma), Alkermes (Elan), Altana, Anchen Pharmaceuticals, Astra Zeneca, Aventis Pharma, Bayer Health Care, Biosphere / Merit, Blue Membranes, Boehringer, Catalent Pharma Solutions, Celgene, Cinfa, Clariant, Colorcon, Delcath Systems, Egis, Elan, Elan Drug Delivery, Elite Pharmaceuticals, Fachhochschule Magdeburg, Grünenthal, Heinrich-Heine Universität Düsseldorf, Hermes Arzneimittel, Hollister, Impax Laboratories, IPC, Ipsen Pharma, Janssen Pharmaceutica, J.M. Huber, Kao, Kronos, Kukident, Mayne Pharmaceuticals, Merial, Mundipharma, Napp (Mundipharma), Novartis, NP Pharm (Colorcon), Perrigo, Pfizer, PF Labs, Purdue Pharmaceuticals, Raptor Pharmaceuticals, Ratiopharm (Merckle, Teva), Sandoz, Scil (Biopharmacy), Verla Pharm, Watson Pharmaceuticals, Werner, Wyeth, Zdravlje Leskovac, ZX Pharma.