Czym jest analiza dielektryczna?

Jedną z pomocnych metod badawczych substancji leczniczych jest analiza dielektryczna DEA (z ang. dielectric analysis) bądź inaczej termiczna analiza dielektryczna, która pozwala na precyzyjny pomiar przemian zachodzących w obrębie badanej próbki pod wpływem temperatury. Należy w tym miejscu wspomnieć, czym jest dielektryk. Jest to materiał o bardzo słabym przewodnictwie prądu elektrycznego, dlatego pomiar musi być prowadzony z przyłożonym z zewnątrz polem elektrycznym.

Analiza dielektryczna należy do termicznych metod analitycznych czy też elektroanalitycznych i polega na pomiarze wielkości elektrycznych zależnie od temperatury, czasu lub częstości pola elektrycznego. Do wielkości tych można zaliczyć np. pomiar przewodności czy pojemności elektrycznej. W badaniu obserwuje się najczęściej reakcje danej substancji zachodzące pod wpływem temperatury, przemiany fazowe, rozkład lub degradację, a także właściwości fizykochemiczne będące wynikiem działania temperatury. Może to być zarówno ogrzewanie, jak i chłodzenie. Należy jednak podkreślić, że analiza dielektryczna, jak i wiele termicznych metod analizy, jest obecnie dopiero sprawdzana pod kątem użyteczności w badaniu substancji farmaceutycznych.

Analiza dielektryczna w farmacji

W przypadku wykorzystania analizy dielektrycznej w farmacji najważniejsze wydaje się zaobserwowanie przemian fazowych. Są one bezpośrednio związane ze zmianą budowy krystalicznej danej substancji, a tym samym – zmianą właściwości. Ma to bezpośredni wpływ na zastosowanie lecznicze, toksyczność czy też stabilność takiego produktu. Co ciekawe, dana substancja może wykazywać właściwości lecznicze i małą toksyczność, jednak w wyniku przemian fazowych może stać się bardziej toksyczna i mniej skuteczna w terapii. W związku z tym szczególnie ważne wydaje się przeprowadzenie badań m.in. z użyciem termicznej analizy dielektrycznej, która dostarcza kluczowych informacji o reakcjach API pod wpływem np. temperatury. Przemiany fazowe wiążą się bezpośrednio ze zmianą przewodnictwa elektrycznego, co jest spowodowane np. zmianą ruchliwości jonów w strukturze krystalicznej danej substancji. Wobec tego mierzona jest zmiana przewodnictwa próbki w funkcji temperatury.

Nie tylko jednak struktura krystaliczna, tzn. uporządkowana w regularny sposób, może być badana za pomocą DEA. Metoda ta okazuje się przydatna także i w przypadku przemian zachodzących w substancjach amorficznych, które posiadają nieuporządkowaną, chaotyczną budowę i mogą zastąpić leki o budowie krystalicznej ze względu na lepszą rozpuszczalność. Przemiany substancji amorficznych również związane są ze specyficznymi parametrami elektrycznymi i niosą za sobą np. spadek stałej dielektrycznej. Analiza dielektryczna może także pomóc w przypadku badania tzw. relaksacji próbki w fazie szklistej, czyli zmianie naprężeń pod wpływem stałego odkształcenia. Jest to związane z właściwościami mechanicznymi, a w farmacji ma to szczególne znaczenie w procesach mięknienia, krystalizacji czy topnienia. Właśnie w ten sposób badano np. witaminę E oraz jej przemiany związane ze zmianą temperatury. Stwierdzono wówczas, że witamina E wykazuje bardziej złożone zachowanie przy niskich temperaturach niż sądzono, co może mieć bezpośredni wpływ na jej dawkowanie jako API w produkcie farmaceutycznym. W literaturze można także znaleźć informacje na temat wykorzystania analizy dielektrycznej do badania fazy zeszklenia amorficznych substancji farmaceutycznych, a także zachowania poniżej i powyżej temperatury jej występowania. Miało to na celu zrozumienie zachowań substancji przed i po zeszkleniu, aby przewidzieć odpowiednie warunki jej przechowywania. Mianem zeszklenia określa się zmianę stanu ciekłego w stan szklisty, co powoduje np. gwałtowny wzrost lepkości substancji.

Innym rodzajem techniki wykorzystywanej do badań nad substancjami farmaceutycznymi jest spektroskopia dielektryczna. Jest to rodzaj spektroskopii impedancyjnej, w której badane są reakcje danego materiału oraz właściwości dielektryczne w wyniku np. przyłożonego z zewnątrz pola elektrycznego. Ze względu na to, że zachowanie każdej substancji w polu elektrycznym jest unikatowe, technika ta wydaje się przydatna w określaniu właściwości takich jak przemiany fazowe. Spektroskopia dielektryczna może być także użyteczna w badaniu żywności lub produktów rolnych. W tym przypadku uwagę skupiono na relacji pomiędzy właściwościami dielektrycznymi konkretnych związków z ich jakością.

Na koniec należy jeszcze raz podkreślić, że zarówno analiza dielektryczna, jak i spektroskopia dielektryczna są technikami eksperymentalnymi, których użyteczność w farmacji jest dalej sprawdzana. Są to jednak techniki o dużym potencjale, pozwalające w dokładny sposób zaobserwować przemiany fazowe zachodzące w obrębie próbki, a tym samym – zmianę właściwości substancji leczniczych pod wpływem temperatury. Wydaje się to o tyle istotne, że pozwala na określenie warunków przechowywania, transportu oraz otrzymywania API, a w efekcie – gotowych produktów farmaceutycznych.