Будь-який лікарський засіб мусить виконувати дві основні функції швидко діставатися цільової ділянки або системи організму та ефективно впливати на неї. Оптимальний шлях уведення препарату й навіть те, наскільки стрімко він вивільнює діючі речовини, залежать від швидкості та характеру його плину за різних величин механічного напруження.
Незначні варіації характеристик (чи то несправності) виробничого обладнання, навколишнього середовища або інгредієнтів можуть змінювати реологічні властивості лікарського засобу, що, своєю чергою, здатне робити його малоефективним і навіть небезпечним. Наприклад, для швидкого потрапляння в кровотік муколітичні або букальні препарати повинні поглинатися крізь шкірний покрив вологих порожнин, як-от ніс, рот, ясна або внутрішня сторона щоки. Якщо в процесі виготовлення якоїсь партії препарату його композиція була неправильно підібрана або надмірно перемішана, то кінцева в'язкість може відрізнятися від номінальної, що зрештою буде перешкоджати засвоєнню засобу в місці застосування. Отже, під час виробництва необхідно мінімізувати відмінності між характеристиками продукції з різних партій.
Якщо ви працюєте з плинними матеріалами, то ваша лабораторія, найімовірніше, має ротаційний віскозиметр, який є незамінним приладом для тестування рецептур і контролю якості. Однак чи цей прилад дає повну картину властивостей продукції, та чи повністю він відповідає вашим потребам? Подібно до того, як айсберг показує лише 10% свого об'єму над водою, віскозиметр відображає тільки невелику частку властивостей матеріалу. Іноді цього достатньо, але є випадки, коли використання більш функціонального приладу, а саме ротаційного реометра, надаватиме значні переваги, зберігаючи ваші час, гроші та зусилля в довгостроковій перспективі.
Розглянемо ключові вигоди, які можна отримати, замінивши віскозиметр на реометр, а також проаналізуємо відмінності цих приладів. Крім того, наведемо приклади ситуацій, коли реометр надає важливі дані, яких не може забезпечити віскозиметр.
Рисунок. Схематичний вигляд діапазону швидкостей зсуву в процесах, які можна моделювати за допомогою реометра. Також виділено вузький діапазон швидкостей зсуву, доступних для віскозиметра
Перш за все давайте зрозуміємо, що саме кожен з них вимірює.
Найпростіші, а отже і найдешевші, ротаційні віскозиметри зазвичай працюють із одним значенням частоти обертання шпинделя (швидкості зсуву) і, відповідно, за одне вимірювання дають тільки одне значення в'язкості. При цьому точна величина швидкості зсуву невідома або не фіксується. В той же час для неньютонівських рідин (наприклад, кремів або емульсій) в'язкість значною мірою залежить від швидкості зсуву, й відповідно їхній аналіз за допомогою віскозиметра може давати неточні результати.
Навпаки, ротаційні реометри, визначаючи характеристики плину рідини у відповідь на прикладене напруження, можуть гарантовано охоплювати широкий діапазон швидкостей зсуву, який зазвичай становить від 0,001 с¹ до 1000 с¹. Отже, вони дозволяють дізнатися, як коефіцієнт в'язкості змінюється за різних умов, а не лише в одній точці.
Здатність реометрів проводити вимірювання на малих швидкостях зсуву дозволяє зрозуміти поведінку зразків у стані спокою, яка значною мірою впливає на стабільність гетерогенних матеріалів. Ба більше, ця поведінка дає уявлення про мікроструктуру матеріалу, від якої залежать його експлуатаційні характеристики й поведінка.
Крім того, дані, отримані в результаті ретельного реологічного оцінювання, можуть виявити важливі відмінності між зразками, а також дозволити змоделювати цілу низку процесів, через які продукт може проходити або під час виготовлення, або в процесі його використання кінцевим споживачем (рисунок).
У той час як віскозиметр може забезпечити прості вимірювання для ньютонівських рідин (коефіцієнт в'язкості яких не залежить від швидкості зсуву), реометр дає можливість поглиблено вивчити характеристики деформації¹ й плинності2 як ньютонівських, так і неньютонівських рідин.
Для неньютонівської рідини коефіцієнт в'язкості залежить від прикладеної швидкості зсуву: неможливо точно визначити в'язкість неньютонівської рідини, не знаючи швидкості зсуву. Так, в'язкість лосьйонів і кремів знижується, коли вони рухаються швидше (псевдопластичність), наприклад під час розпилення або нанесення. Іншими словами, вони добре плинуть й придатні для нанесення. Однак високий коефіцієнт в'язкості за низьких швидкостей плину забезпечує їхню стабільність. Псевдопластичність означає, що в стані спокою матеріали залишаються на місці, але за потреби їхнього руху вони роблять це з легкістю.
Окрім в'язкості, реометри можуть визначати в'язкопружність, яка є важливою характеристикою таких складних рідин, як емульсії, дисперсні системи, полімери, гелі та пасти. Проте часто цю характеристику не беруть до уваги. Дані щодо в'язкопружності надають інформацію про те, наскільки сильно матеріал може деформуватися, згинатися або стискатися, перш ніж його структура буде зруйнована та виникнуть необоротні пошкодження.
Розглянемо важливість визначення реологічних властивостей на прикладах різних фармацевтичних засобів.
Засоби для місцевого та дерматологічного лікування Найпоширеніші захворювання шкіри лікують за допомогою місцевих засобів у формі кремів, лосьйонів або гелів. Кінцеві рецептури таких виробів мають бути псевдопластичними з кількох причин.
- Після того як їхні інгредієнти були змішані під час виробництва, такі препарати повинні мати високу в'язкість у стані спокою, щоб зупинити седиментацію (тобто просторове розділення з часом інгредієнтів, що мають різну текстуру).
- Попри більш високу в'язкість у стані спокою, речовина повинна збільшувати свою плинність, коли пацієнт або лікар відбирає її з упаковки чи то шляхом помпування, чи то вичавлюючи з туби, чи то навіть набираючи пальцем.
- Гладка текстура та легкість розмазування під час нанесення відчуваються більш приємними, а це означає, що пацієнт охочіше дотримуватиметься правил застосування препарату.
Псевдопластичні речовини складно виготовляти, оскільки кожну партію продукції необхідно перемішувати з силою, величина якої перебуває в допустимому діапазоні значень. Якщо сила занадто мала, то в стані спокою інгредієнти будуть розділятися (седиментація), якщо занадто велика, то препарат буде недостатньо в'язким у процесі нанесення.
Гідрогелі Використання гідрогелів у біомедичних і фармацевтичних застосуваннях зростає завдяки тому, що вони здатні утримувати велику кількість води всередині сітки зв'язаних полімерних ланцюгів, але при цьому поводять себе подібно до твердого тіла. Така структура є ідеальною для методів лікування in vivo, як-от створення тканинних каркасів або контактних лінз.
Завдяки своїм реологічним властивостям гідрогелі є особливо ефективними як системи доставки лікарських засобів для місцевого застосування. Речовина все ще здатна розподілятися по поверхні, але при цьому зберігає свою структуру такою мірою, що її можна безпосередньо скеровувати на певну ділянку без стікання або швидкого засвоєння. Проте саме вищезазначені якості надають гідрогелям унікально високої чутливості до температури та механічного впливу. Ось чому такий прилад, як ротаційний реометр, може бути використаний для перевірки того, що конкретна партія продукції має належні властивості в стані спокою та ще не переходила конкретної межі плинності, перш ніж покинути виробничу дільницю.
Пероральні суспензії Така лікарська форма нагадує сувенірну скляну кулю зі снігом, у якій активний фармацевтичний інгредієнт (АФІ) є завислим (але не повністю розчиненим) у рідині. Як у випадку кулі зі снігом, частинки АФІ можуть осідати на дні контейнера, якщо навколишня рідина у стані спокою є недостатньо в'язкою, щоб «утримувати» їх на місці. Тому перш ніж пацієнт прийматиме препарат, його необхідно струсити для того, щоб рівномірно розподілити концентровану дозу.
У процесі виробництва концентрація АФІ в продукції з різних партій може розрізнятися внаслідок розбіжностей значень в'язкості рідини, а також сили, з якою здійснюється перемішування композиції. Щоб запобігти цьому, необхідно аналізувати узгодженість в'язкопружної поведінки препарату за допомогою реометра.
Реометр Discovery Core Rheometer (DCR) виробництва TA Instruments
Більшість виробників фармацевтичної продукції не є експертами в реології. Їхньою спеціалізацією є масове виробництво без глибокого занурення у фундаментальну фізику деформації та плину. Ось чому забезпечення спеціалістів фармацевтичних лабораторій легким у використанні обладнанням для реологічного аналізу має вирішальне значення для пришвидшення процесів розроблення та контролю якості.
Реометр Discovery Core Rheometer (DCR) виробництва ТА Instruments був спеціально спроєктований для вирішення задач контролю якості на підприємствах фармацевтичної промисловості. Це перша система, що поєднує в собі широкодіапазонні вимірювання в'язкості та в'язкопружних характеристик з оптимізованим і зручним використанням. Компактна конструкція об'єднує в одному блоці електроніку, елемент Пельтьє та теплообмінник із повітряним охолодженням. Порівняно з модульними системами, в яких застосовують рідинні циркулятори, реометр DCR потребує до 75% менше місця на столі.
Прилад оснащений пропрієтарною системою Smart Swap™™ 2, яка автоматично ідентифікує тип геометрії приєднаного до нього шпинделя, запам'ятовує розміри та збережені калібрування, а також перевіряє відповідність геометрії шпинделя обраному методу. Smart Swap усуває поширені апаратні джерела помилок і забезпечує більш ефективну роботу.
Програмне забезпечення RheoGuide - це точка входу в світ реології. Воно встановлене безпосередньо в DCR, що усуває необхідність обов'язкової взаємодії з ПК. Використовуючи дружній сенсорний інтерфейс користувача, виконаний у сучасному стилі мобільних додатків, достатньо лише обрати необхідний вимірювальний метод, а потім просто дотримуватися покрокових інструкцій з ілюстраціями. Це усуває можливі джерела помилок із боку оператора. Результати автоматизованого аналізу відображаються на сенсорному екрані одразу по завершенні випробування одночасно з індикацією типу «пройшов не пройшов». Такий підхід дозволяє кожному користувачеві виконувати успішні реологічні вимірювання, пройшовши лише мінімальне навчання.
У той же час DCR пропонує більше ніж просто можливість рутинних випробувань. Досвідчені користувачі можуть з легкістю переходити від RheoGuide до потужного програмного забезпечення TRIOS Classic, що встановлюється на ПК і безпосередньо керує вимірюваннями. TRIOS дозволяє застосовувати передові математичні моделі оброблення реологічних даних, виконувати апроксимацію кривих, статистичний аналіз, експорт даних у формат JSON для інтеграції з LIMS, створювати звіти й діаграми для моніторингу тенденцій результатів із плином часу. Крім того, TRIOS має необмежену ліцензію для доступу та аналізу даних із будь-якого місця.
Висновки Віскозиметр і реометр є цінними приладами для визначення характеристик плинності матеріалів. Основна відмінність між ними полягає в можливостях. Віскозиметр зазвичай вимірює в'язкість для однієї умови спостереження плину, повідомляючи про ступінь густини рідини. Реометр дозволяє виконувати більш повний аналіз, вимірюючи не тільки в'язкість, але й інші характеристики, як-от пружність, напруження та деформація, в широкому діапазоні умов спостереження плину. Під час роботи з такими складними рідинами, як полімери, гелі, гідросуміші або біологічні матеріали, реометр дозволяє аналізувати властивості матеріалів, які не є доступними для віскозиметра, наприклад псевдопластичність, в'язкопружність і тиксотропію. Якщо вам потрібно визначити лише в'язкість, то віскозиметра, ймовірно, буде достатньо. Однак якщо необхідно зрозуміти поведінку матеріалу в умовах, що відрізняються за напруженням зсуву, деформації або змінами температури, то реометр буде кращим вибором.
Реометр Discovery Core Rheometer (DCR) виробництва ТА Instruments є оптимальним рішенням для фармацевтичних лабораторій, оскільки в ньому поєднано високу якість вимірювань з простотою застосування для користувачів будь-якого рівня.
Інвестування в цей реометр дозволяє виконувати ширший набір випробувань і отримувати більш повні дані про ваші матеріали, зрештою заощаджуючи час і ресурси в довгостроковій перспективі. Для підприємств і дослідницьких лабораторій це означає більшу гнучкість, покращений процес розроблення продукції та ухвалення більш ефективних рішень на основі глибшого розуміння матеріалів.
1Деформація міра того, як матеріал змінюється під час прикладання до нього сили. Ці дані важливі для виробництва препаратів для місцевого застосування (креми і лосьйони), які повинні бути стабільними в процесі зберігання, аж допоки рух на кшталт втирання або розмазування не дозволить їм бути поглинутими шкірою.
2Плинність міра руху матеріалу від однієї точки до іншої. Вона є обернено пропорційною в'язкості. У той час як препарати для місцевого застосування мають високу в'язкість у стані спокою, що дозволяє підтримувати їхню густу й придатну до намазування текстуру, вакцини повинні мати набагато вищу плинність, щоб проходити крізь голку шприца.
ТОВ «ЛЕМ Україна» / LEM UKRAINE Україна,
01011, м. Київ, вул. Рибальська, 2, оф. 302
Тел.: +38 (095) 637-78-52
info@lem-ukraine.com.ua https://lem-ukraine.com.ua
ПРО КОМПАНІЮ
LEM UKRAINE -це колектив кваліфікованих спеціалістів із багаторічним досвідом роботи в сфері постачання та обслуговування лабораторного аналітичного обладнання. Сьогодні компанія є ексклюзивним офіційним представником провідних галузевих виробників: TA Instruments, США (термічний, реологічний і механічний аналіз); Micromeritics, США (аналіз частинок, порошків, пористих матеріалів і сорбційних процесів); Lightnovo ApS, Данія (інноваційні, зокрема ультракомпактні, Раман-спектрометри та мікроскопи); NIRLAB, Швейцарія (портативні БІЧ-аналізатори, поєднані з алгоритмами машинного навчання та хмарними технологіями).
