Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Zastosowanie analizy dielektrycznej w farmacji

Istnieje wiele metod badań czynnych substancji farmaceutycznych tzw. API (z ang. active pharmaceutical ingredient) jako głównych komponentów wchodzących w skład leku, które są niezwykle ważne z punktu widzenia jego właściwości. Zanim taki produkt farmaceutyczny trafi na półki sklepowe, musi najpierw przejść szereg testów stabilności, mikrobiologicznych, alergologicznych, fizykochemicznych i wiele innych. Nie należy także zapominać o badaniach przedklinicznych i klinicznych, a wszystko po to, aby lek mógł zachować pożądany efekt terapeutyczny w całym okresie użytkowania.

 

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.

Źródła

Fot. https://www.pexels.com/pl-pl/zdjecie/kobieta-w-bialej-sukni-laboratoryjnej-3735782/

1. Piotr Szynkaruk, Marek Wesołowski, Analiza termomechaniczna i termiczna analiza dielektryczna w farmacji, Analiza Farmaceutyczna, Tom 75, nr 11, 2019 r., s. 633-637, DOI: 10.32383/FARMPOL/115750.

2. Susan A. Barker, Kah Hay Yuen and Duncan Q.M. Craig, An Investigation Into the Low Temperature Thermal Behaviour of Vitamin E Preparation USP Using Differental Scanning Calorimetry and Low Frequency Dielectric Analysis, J. Pharm. Pharmacol, 52, 2000 r., s. 941-947.

3. Renren He and Duncan Q. M. Craig, An investigation into the thermal behaviour of an amorphous drug using low frequency dielectric spectroscopy and modulated temperature differential scanning calorimetry, Journal of Pharmacy and Pharmacology, 2001 r., 53: 41-48.

4. Stanisław Urban, Spektroskopia dielektryczna, Zakład Fizyki Ciała Stałego Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego, s. 198-209.

5. Wojciech Skierucha, Andrzej Wilczek, Agnieszka Szypłowska, Techniki spektroskopii dielektrycznej w badaniu jakości materiałów i produktów rolniczych, LAB, nr 1, 2017 r., s. 6-14.

KOMENTARZE
news

<Wrzesień 2023>

pnwtśrczptsbnd
28
29
30
31
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
1
Newsletter