Συμπεριφορά ενυδάτωσης νεώτερων μέσων καταθρυμματισμού και αλληλεπιδράσεις αυτών με διολισθητικά μέσα:
Creators: name: Συλλιγνάκη, Πηνελόπη Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Καταθρυμματισμός δισκίων
Διολισθητικά μέσα
Ενυδάτωση
Tablet disintegration
Glidants
Hydration

description: Στη παρούσα μελέτη διερευνώνται οι ιδιότητες ενυδάτωσης τριών νέων μέσων καταθρυμματισμού, του διασταυρωμένου νατριούχου καρβοξυμεθυλικού αμύλου (Primogel), της διασταυρωμένης νατριούχου καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης (AcDiSol) και της διασταυρωμένης πολυβινυλοπυρολιδόνης (KollidonCL), γνωστά ως υπερκαταθρυμματιστικά. Η ενυδάτωση των σωματιδίων των καταθρυμματιστικών χαρακτηρίζεται με οπτική καταγραφή της διόγκωσης, για τη διερεύνηση των αλληλεπιδράσεων με το ύδωρ σε μοριακό επίπεδο εφαρμόζονται θεωρητικές μέθοδοι υπολογιστικής χημείας, ενώ προσδιορίζεται ο φαινόμενος συντελεστής διάχυσης του ύδατος σε συμπιέσματα με φασματοσκοπία ATR-FTIR. Τυχόν αλληλεπιδράσεις με διολισθητικά με νεώτερα διολισθητικά, τα οποία διαθέτουν υδρόφιλες ή λιπόφιλες επιφάνειες, σε μίγματα κόνεων και τελικά δισκία, διερευνώνται μέσω της αληθούς, φαινόμενης και πυκνότητας στοιβάσεως, της ταχύτητας ροής μιγμάτων, καθώς και της μηχανικής αντοχής και του χρόνου καταθρυμματισμού δισκίων, των οποίων η σύνθεση καθορίστηκε βάσει πειραματικού σχεδιασμού. Η μικροσκοπική παρατήρηση έδειξε ότι τα σωματίδια του Primogel υφίστανται εκτεταμένη διόγκωση, ακολουθούμενα από αυτά του AcDiSol, ενώ του KollidonCL δεν εμφανίζουν σημαντική μεταβολή του όγκου τους κατά την ενυδάτωση. Αξιοσημείωτη είναι η αύξηση της έντασης της διπλοθλαστικότητας των σωματιδίων του AcDiSol. Η θεωρητική μελέτη των αλληλεπιδράσεων με το ύδωρ με τη μέθοδο της μοριακής δυναμικής έδειξε ότι το καρβοξυλικό οξυγόνο των Primojel και AcDiSol σχηματίζει ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου με τα μόρια του ύδατος, ενώ τα υδροξύλια σχηματίζουν ασθενέστερους δεσμούς. Το KollidonCL μπορεί να σχηματίσει δεσμούς υδρογόνου μόνο μέσω καρβονυλίου. Επίσης, με βάση τις παρατηρούμενες μεταβολές της διαμόρφωσης του πενταμερούς παραγώγου του αμύλου, οι αλυσίδες του Primogel αναμένονται να εμφανίζουν σημαντική κινητικότητα κατά την ενυδάτωση, με αποτέλεσμα την απώλεια ελικοειδούς τριτοταγούς δομής, η οποία εξηγεί την εκτεταμένη διόγκωση, ενώ οι αλυσίδες του AcDiSol και KollidonCL φαίνεται να διατηρούν τη διαμόρφωσή τους. Φασματοσκοπική ανάλυση συσχέτισης 2 διαστάσεων έδειξε ότι για το Primogel και το KollidonCL η διείσδυση του ύδατος είναι ταχύτερη από τις όποιες μεταβολές στο δίκτυο δεσμών υδρογόνου του πολυμερούς, ενώ για το AcDiSol λαμβάνει χώρα βραδύτερα από την αναδιάταξη των δεσμών υδρογόνου. Από τα αποτελέσματα του φαινόμενου συντελεστή διάχυσης προκύπτει ότι το ύδωρ διαχέεται ταχύτατα στο εσωτερικό του KollidonCL, ακολουθεί το Primogel, στο οποίο είναι διακριτές δύο διεργασίες φαινόμενης διάχυσης με διαφορετικό ρυθμό, ενώ το AcDiSol χαρακτηρίζεται από δύο βραδείες διεργασίες φαινόμενης διάχυσης. Γενικά, φαίνεται ότι το KollidonCL δια προσελκύσεως ύδατος εντός της δομής του δισκίου, το AcDiSol με συνδυασμό διόγκωσης και προσελκύσεως ύδατος, ενώ το Primojel σχεδόν αποκλειστικά με διόγκωση. Όσον αφορά τις αλληλεπιδράσεις με τα διολισθητικά, το υδρόφιλο διευκολύνει τη ροή των μιγμάτων σε σχέση με το λιπόφιλο, ενώ φαίνεται να υπάρχει βέλτιστη αναλογία διολισθητικού – καταθρυμματιστικού. Το πορώδες των δισκίων επηρεάζει σημαντικά την αντοχή σε εφελκυσμό, ακολουθούμενο από την αναλογία του διολισθητικού. Το είδος και η αναλογία του καταθρυμματιστικού δεν έχουν σημαντική επίδραση, ούτε εμφανίζονται σημαντικές αλληλεπιδράσεις. Τέλος, ο χρόνος καταθρυμματισμού επηρεάζεται σημαντικά από το πορώδες και το είδος του καταθρυμματιστικού, ακολουθούμενα από την αναλογία του, ενώ η αναλογία του διολισθητικού έχει μικρή επίδραση. Φαίνεται ότι υπάρχει σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ της επίδρασης του πορώδους και του είδους του καταθρυμματιστικού, καθώς και του διολισθητικού με το πορώδες.
description: This present work investigates the properties of water uptake for three novel disintegrants, cross-linked sodium carboxymethylstarch (Sodium Starch Glycolate, Primojel), cross-linked sodiumcarboxymethylcellulose (Croscarmellose Sodium, AcDiSol) and cross-linked homopolymer of N-vinyl-2-pyrrolidone (Crospovidone, KollidonCL), also known as superdisintegrants. The interactions of said compounds with novel glidants with hydrophilic or hydrophobic surfaces, in powder mixtures and tablets are also evaluated. Water uptake by particles is evaluated by optical monitoring of swelling, theoretical methods of computational chemistry are applied to investigate water interactions at the molecular level, while the apparent diffusion coefficient of water in compressed layers of disintegrants is determined by ATR-FTIR. Potential interactions with glidants are investigated through measurements of true, bulk and tap density, flowabilityof mixtures, as well as tensile strength and disintegration time of tablets, the composition of which was defined by experimental design. Microscopic observation indicated that Primojel particles undergo extended swelling, followed by AcDiSol, while KollidonCL show no significant volume change when introduced to water. Notable is the increase in birefringence (double refraction) intensity of AcDiSol. The theoretical study of disintegrant interaction with water by molecular dynamics, has shown that the carboxylic oxygen atoms of Primojel and AcDiSol, form strong hydrogen bonds with water molecules, while hydroxyl groups form wicker bonds. KollidonCL can form hydrogen bonds only through carbonyl. In addition, according to the changes observed on the starch derivative pentamer, Primojel chains are expected to show significant motility during hydration, leading to loss of helical tertiary structure, which explains the extensive swelling. On the contrary, AcDiSol and KollidonCL chains seem to maintain their conformation, despite their intense motility. Two-dimensional ATR-FTIR spectroscopy has shown that water uptake by Primojel and KollidonCL is faster than any alteration in the polymer’s network of hydrogen bonds, while water uptake by AcDiSol takes place at a slower pace than hydrogen bond rearrangement. At the same time, hydration is followed by small changes on the conformation of the molecule of glucose. Τhe apparent diffusion coefficient results indicate that the water diffuses rapidly inside KollidonCL particles, followed by Primojel, which shows two different diffusion processes, a slow one and a fast one, while AcDiSol shows two similarly slow processes. In general, Kollidon CL seems to act mainly by the wicking effect, AcDiSol by a combination of swelling and wicking, and Primojel mainly by the development of a swelling force. Regarding the interaction with glidants, it was found that the hydrophilic glidant facilitates the flowability of mixtures more than the hydrophobic one, but in every case, the right ratio of superdisintegrant - glidant must be found. Tablet porosity significantly affects tensile strength, followed by the glidant concentration. The type and concentration of the disintegrant have no significant effect or interaction. Disintegration time is significantly affected by tablet porosity and disintegrant type, less affected by the disintegrant concentration and hardly affected by glidant’s concentration. In addition, there is important interaction between the tablet porosity effect and the type of disintegrant, as well as the type of glidant and tablet porosity.