Palabras clave: reología del polvo, fricción de la pared, CMC, humedad, adhesión
RH129-ES
Resumen
La reología del polvo es una herramienta útil para formular y optimizar las condiciones de procesamiento de tabletas farmacéuticas. El ángulo de fricción de la pared se puede utilizar para medir la adhesión presente entre un polvo y el material del punzón de tabletas; los ángulos más altos se correlacionan con fricción y adhesión de la pared más altas. Esta adhesión puede conducir a la adherencia de la tableta, y las mediciones de fricción de la pared se pueden usar para entender cómo la formulación o las condiciones ambientales pueden afectar la adherencia. En este trabajo se investiga la influencia del contenido de humedad y del material del sustrato en la fricción de la pared del polvo de carboximetilcelulosa, que se utiliza como excipiente en formulaciones de tabletas.
Introducción
La adherencia de las tabletas es uno de los desafíos de fabricación más comunes en la industria farmacéutica. Ocurre cuando la adhesión entre las partículas y la cara del punzón es mayor que la cohesión entre las partículas en el polvo, lo que da por resultado que el polvo se adhiera al punzón de tabletas. Una vez que los gránulos comienzan a adherirse al punzón, las tabletas subsiguientes son defectuosas y la producción se interrumpe para abordar el problema. Diversos factores influyen sobre la adherencia, tales como las condiciones de fabricación, el diseño de la tableta y la formulación [1] [2]. Los polvos excipientes pueden ser una fuente de adherencia, lo que exige que las formulaciones se optimicen para reducirla. Los investigadores y fabricantes han encontrado que las mediciones de la reología del polvo son una herramienta útil para comprender la adherencia y hacer cambios de la formulación para minimizarla [2] [3].
La reología del polvo mide las propiedades de cizallamiento y flujo de los materiales. Las mediciones de cizallamiento pueden usarse para entender la cohesión de los polvos, mientras que el ángulo de fricción de la pared ofrece información acerca de la adhesión del polvo contra un sustrato. A medida que disminuye el ángulo de fricción de la pared, también lo hace la adhesión contra la superficie. En un trabajo previo, se investigó la influencia de la humedad en la cohesión de la carboximetilcelulosa (CMC), un excipiente común [4]. Debido a su naturaleza higroscópica, la CMC retiene la humedad incluso en condiciones ambientales, lo que puede influir en la adherencia de las tabletas [5]. En las mediciones de cizallamiento se encontró una cohesión cada vez mayor con un contenido de humedad creciente. En esta nota, se estudió la influencia de la humedad en la fricción de la pared del polvo de CMC al utilizar el Accesorio para Polvo (Powder Accessory) de TA Instruments para Reómetros Híbridos Discovery (Discovery Hybrid Rheometers), que se muestra en la Figura 1.
Experimental
Polvos de CMC disponibles en el comercio fabricados por Deiman USA se probaron tal como se recibieron y después de acondicionamiento en una cámara de humedad. El contenido de humedad se determinó mediante análisis termogravimétrico (thermogravimetric analysis, TGA). Se realizaron mediciones por duplicado en el Discovery TGA 5500 de TA Instruments a una tasa de aumento de 20 °C/min bajo nitrógeno en recipientes de platino. La pérdida de peso se determinó a 225 °C para identificar el contenido de humedad.
Se utilizó un Discovery HR30 de TA Instruments en condiciones ambientales para las mediciones de reología del polvo de las muestras. El accesorio de fricción de la pared se usó en combinación con la celda de cizallamiento de polvo. Pueden utilizarse placas intercambiables para medir la fricción de la pared contra diferentes materiales. Para este trabajo, se realizaron mediciones de fricción de la pared al utilizar la placa estándar de acero inoxidable, el material de uso más común en equipo de procesamiento farmacéutico [6]. También se realizaron pruebas con una placa de plástico de acetal personalizada para investigar la influencia del material del sustrato en la fricción de la pared. Las muestras se cargaron en la celda, se consolidaron a 9 kPa y se recortaron. Los detalles del procedimiento de carga y recorte se presentan en un trabajo previo [7]. En la Figura 2 se muestra la programación TRIOS para las mediciones de la fricción de la pared, incluyendo el paso de consolidación de la muestra.
El ángulo de fricción de la pared se determina al utilizar el software de polvo TRIOS. El análisis de Tensión en Estado Estacionario (Steady State Stress) se aplica a los pasos de pre-cizallamiento y de cizallamiento del procedimiento; la tensión se genera al final de cada paso. A continuación, los puntos de prueba se compilan en el resumen de fricción de la pared. Estos puntos de datos se utilizan para crear un gráfico de tensión versus tensión normal. El análisis del lugar geométrico de fluencia de la pared genera una línea de mejor ajuste, como se muestra en la Figura 3. El ángulo de fricción de la pared es el ángulo que se crea entre la línea del lugar geométrico de fluencia y el eje x.
Resultados y discusiones
El análisis realizado por TGA muestra un contenido de humedad del 9.3 % para el polvo tal como se recibió, y del 22.3 % para el polvo acondicionado con humedad, como se muestra en la Tabla 1.
Los resultados de fricción de la pared para CMC están graficados en la Figura 4 y se resumen como ángulos de fricción de la pared en la Tabla 2.
Tabla 1. Resultados del TGA para polvo de CMC con y sin acondicionamiento con humedad.
| COMO SE RECIBE CONTENIDO DE HUMEDAD (%) | CONTENIDO DE HUMEDAD ACONDICIONADA (%) | |
|---|---|---|
| 1 | 9.24 | 22.66 |
| 2 | 9.28 | 21.95 |
| Promedio | 9.26 ± 0.02 | 22.31 ± 0.36 |
Para CMC tanto con 9.3 % como con 22.3 % de humedad, los valores del ángulo de fricción de la pared son más altos para el acetal y más bajos para el acero inoxidable, lo que indica que el polvo tiene una adhesión más fuerte al material de acetal. Un contenido de humedad más alto produce ángulos de fricción de la pared más altos tanto para el acetal como para el acero inoxidable. Entre las muestras de CMC, los ángulos del acetal difieren aproximadamente 0.6°, y los del acero inoxidable, alrededor de 3.1°, lo que indica que el acetal es menos sensible a la humedad en general. Los ángulos de fricción de la pared más bajos para el acero inoxidable indican que es menos probable que los polvos de CMC se adhieran al acero inoxidable que al acetal; la adhesión al acero inoxidable es más sensible a la humedad. Si una configuración de procesamiento está diseñada con acero inoxidable para un polvo seco, el control de la humedad será importante porque algunos lotes con exposición adicional a la humedad pueden adherirse. La fricción de la pared es menos sensible para el acetal, lo que indica que el uso de equipo de acetal producirá mayor consistencia en el procesamiento de polvos húmedos y secos, pero la tendencia general más alta de la fricción de la pared en el sistema requeriría ejecuciones de ensayo para asegurarse de que la adherencia no sea un factor.
Tabla 2. Resultados del ángulo de fricción de la pared para polvos de CMC con 9.3 % y 23.3 % de humedad medido con aditamentos de acetal (plástico) y acero inoxidable (SST).
| 9.3% | 22.3% | |||
|---|---|---|---|---|
| Plástico(°) | SST (°) | Plástico(°) | SST (°) | |
| 1 | 14.6 | 8.4 | 14.7 | 11.9 |
| 2 | 14.1 | 8.2 | 15.0 | 11.3 |
| 3 | 14.0 | 8.7 | 14.8 | 11.4 |
| Promedio | 14.2 ± 0.3 | 8.4 ± 0.2 | 14.8 ± 0.1 | 11.5 ± 0.3 |
Conclusiones
Polvos de CMC con y sin acondicionamiento con humedad se probaron con el Accesorio de Fricción de la Pared de Reología de Polvo (Powder Rheology Wall Friction Accessory) de TA Instruments con placas intercambiables de acero inoxidable y acetal. Los resultados ofrecen información que puede ayudar tanto en las condiciones de procesamiento como en el control de calidad entre lotes de polvo, y detectar sensibilidades a las diferencias en las formulaciones. Al realizar mediciones del ángulo de fricción de la pared se encontró que el ángulo es más alto para el acetal y más bajo para el acero inoxidable para ambos polvos. El contenido más alto de humedad dio por resultado mayor fricción de la pared para las mediciones tanto de acetal como de acero inoxidable. Las mediciones de acero inoxidable fueron más sensibles a la humedad, de modo que las propiedades de adhesión durante la producción pueden cambiar si las condiciones ambientales no están bien controladas o si el contenido de humedad de los lotes de polvo varía.
Referencias
- B. V. Parekh, J. S. Saddik, D. B. Patel and R. H. Dave, “Evaluating the effect of glidants on tablet sticking propensity of ketoprofen using powder rheology,” International Journal of Pharmaceutics, vol. 635, 2023.
- C. Lanzerstorfer, C. Forisch and D. Heim, “Reduction of Wall Friction of Fine Powders by Use of Wall Surface Coatings,” Coatings, vol. 427, 2021.
- J. S. Saddick and R. H. Dave, “Evaluation of powder rheology as a potential tool to predict tablet sticking,” Powder Technology, vol. 386, pp. 298-306, 2021.
- J. R. Vail, K. Dennis and T. Chen, “Effect of Moisture on Cohesion Strength of,” TA Instruments, New Castle, DE, 2022.
- D. Z. L. Ng, A. Z. Nelson, G. Ward, D. Lai, P. S. Doyle and S.A. Khan, “Control of Drug-Excipient Particle Attributes with Droplet Microfluidic-based Extractive Solidification Enables Improved Powder Rheology,” Pharmaceutical Research, vol. 39, pp. 411-421, 2022.
- B. C. Hancock, “The Wall Friction Properties of Pharmaceutical Powders, Blends, and Granulations,” vol. 108, pp. 457-463, 2019.
- J. R. Vail and S. Cotts, “Powder Rheology of Lactose: Impacts of powder morphology on performance of pharmaceutical excipients,” TA Instruments, New Castle, DE, 2022.
Reconocimiento
La redacción de este documento estuvo a cargo de la Dra. Kimberly Dennis, la Dra. Jennifer Vail, con apoyo térmico parte del Dr. Gray Slough, en TA Instruments.
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