| A avaliação Microscópica é importante para o projecto e a avaliação de um produto farmacêutico após as etapas no processo da formulação da droga. Desde Que a microscopia atômica da força (AFM) fornece a capacidade para investigar directamente a estrutura de superfície nanômetro--subangstrom à definição em ambientes ambientais e líquidos, foi aplicada a uma vasta gama de pesquisa farmacêutica, e entrega um complemento poderoso a outras técnicas analíticas comuns. Esta nota de aplicação descreve o uso do AFM dos estudos do crescimento de cristal da droga, da caracterização da partícula, e dos revestimentos da tabuleta na fabricação de formulários de dosagem contínuos. Métodos do AFM Usados Para a Pesquisa Farmacêutica O AFM é executado fazendo a varredura uma ponta afiada na extremidade de um modilhão flexível através de uma superfície da amostra, ao manter uma força pequena, constante. Os tipos da Ponta variam segundo exigências de aplicação, mas têm tipicamente um raio da extremidade de 5 a 10 nanômetros. Em uma instalação básica do AFM, um varredor piezoeléctrico da câmara de ar faz a varredura da ponta em um teste padrão da quadriculação sobre a amostra. a interacção da Ponta-Amostra é monitorada refletindo um laser fora da parte traseira do modilhão em um detector do separação-fotodiodo. Sobre as várias décadas passadas, uma variedade de modos de exploração foram desenvolvidos para controlar como a ponta faz a varredura da amostra. O modo de Contacto e TappingMode™ são duas das técnicas mais de uso geral do AFM da operação. Modo de Contacto No modo de contacto AFM, uma deflexão constante do modilhão é mantida por um laço de feedback que mova o varredor verticalmente (Z) em cada lateral (X, Y) ponto de dados para formar a imagem topográfica. Mantendo uma deflexão constante durante a exploração, uma força vertical constante é mantida entre a ponta e a amostra. As forças Aplicadas durante a imagem lactente variam tipicamente entre 0,1 e 100 nanonewtons. Embora o modo de contacto prove útil para uma vasta gama de aplicações, tem às vezes a dificuldade em amostras relativamente macias. TappingMode TappingMode AFM consiste oscilar o modilhão em sua freqüência da ressonância (tipicamente aproximadamente 300 quilohertz) e fazer a varredura através da superfície com uma constante, amplitude umedecida. O laço de feedback mantem uma amplitude constante (RMS) do raiz-meio-quadrado movendo o varredor verticalmente durante a exploração, que mantem correspondentemente uma força aplicada constante para formar uma imagem topográfica. A vantagem principal de TappingMode é que se opera tipicamente com uma força vertical mais baixa do que o modo de contacto, e elimina a lateral, as forças de tesoura que podem danificar algumas amostras. Superfícies da Imagem Lactente Macias, Frágeis, do Adesivo e do Relativo À Partícula Ínfima Assim, TappingMode transformou-se a técnica preferida para superfícies da imagem lactente macias, frágeis, adesivas, e do relativo à partícula ínfima. Embora o uso inicial do AFM fosse produzir imagens topográficas de alta resolução, um número de técnicas relacionadas foram desenvolvidas para estudar as propriedades físicas e materiais de superfícies da amostra, tendo por resultado o campo da microscopia da ponta de prova da exploração (SPM). Por exemplo, PhaseImaging™ consiste traçar a retardação de fase do modilhão de oscilação no que diz respeito ao sinal de movimentação durante a imagem lactente de TappingMode. Isto produz uma imagem topográfica junto com um mapa da fase que possa diferenciar as áreas baseadas no viscoelasticity, na adesão, no hydrophobicity, e nas outras propriedades. Crescimento De Cristal Os agentes Terapêuticos são formados geralmente em formulários cristalinos para a entrega da droga. A morfologia de superfície Tridimensional e a estrutura de cristal têm um efeito dramático na fabricação, a facilidade da entrega, a disponibilidade biológica, a taxa da dissolução, e a eficácia de formulários cristalinos da droga. Para costurar o processo do crescimento para caber desejou o comportamento, parâmetros do crescimento tais como a temperatura, pH, concentração, e os níveis aditivos precisam de ser aperfeiçoados. O visualização In situ da cristalização foi conduzido pelo AFM para aperfeiçoar as condições do crescimento em produzir uma morfologia desejada, assim como para estudar mecanismos do crescimento e formação do defeito. Por exemplo, os pesquisadores Yip e a Divisão usou o AFM para estudar características in situ da cristalização de diversos formulários da insulina: insulina bovina, insulinaB28de LysB29Pro, insulina do ultralente, e complexos do insulina-protamine. Devido às baixas forças necessários à imagem a superfície da insulina, usaram a imagem lactente de TappingMode directamente no licor da cristalização. Figura 1 mostra o crescimento epitaxial de uma deslocação de parafuso que seja observada sobre 11 horas na ProB28insulinaB29 de Lys. 
Figura 1. imagem lactente In situ de TappingMode AFM (dos 001) planos da ProB28insulinaB29de Lys durante o crescimento de cristal. A área da imagem lactente é centrada em torno de uma deslocação de parafuso que termine uma rotação durante um período de 11 horas. As Imagens foram adquiridas em 1 = 0, 2 = 3605, 3 = 7210, 4 = 10.815, 5 = 18.025, e 6 = 40.590 segundos. Em 1-3, um defeito (marcado 1) formado intencionalmente pela ponta é reparado dentro de 120 minutos. Em 4-6, um agregado da insulina forma um vácuo que não seja incorporado nos terraços crescentes. varreduras de 5ìm. Cortesia de Imagens de C. Yip, Universidade de Toronto. Os terraços medem aproximadamente 30 ångströms na altura, que é consistente com o afastamento da c-linha central do hexamer da insulina da Pro insulinaB28romboédricaB29 de Lys. Observar o comportamento da cristalização tornou in situ possível determinar taxa de crescimento e observar a formação do defeito no tempo real. O avanço da Etapa foi observado para ocorrer em 2 x 10-6 por segundo dos micrômetros, que corresponde ao acessório de aproximadamente cinco por segundo das pilhas de unidade 15 ProB28hexamersB29de Lys) (. Os Defeitos pareceram ser causados pelos grandes agregados da insulina que eram incapazes de alinhar correctamente com a estrutura de cristal devido à mobilidade deficiente, assim formando deslocações e vácuos nos terraços crescentes. Estas observações foram conduzidas para estudar diferenças em características do crescimento entre a ProB28insulinaB29de Lys e insulina suíno/bovina do selvagem-tipo. A ProB28insulinaB29de Lys difere do selvagem-tipo suíno/insulinas bovinas devido a uma inversão da seqüência no C-Término na B-Corrente. Esta inversão da seqüência foi projectada reduzir a associação do monómero da insulina para melhores propriedades da dissolução. Contudo, a inversão da seqüência igualmente produziu diferenças no comportamento da cristalização, como observado pelo AFM. A ProB28insulinaB29de Lys foi mostrada para ter energias menores do acessório (_Gk), arredondou mais deslocações de parafuso, larguras maiores do terraço, e umas vagas mais persistentes (nos 001) planos. Estas diferenças podem ter a influência significativa na qualidade de cristal e em seu comportamento como um agente terapêutico. Polimorfismo A capacidade de uma substância da droga para formar em mais de um formulário cristalino é chamada polimorfismo. Os polymorphs Diferentes possuem as propriedades físico-químicas diferentes, que afectam a solubilidade, a dissolução, a adsorção, o ponto de derretimento, e a estabilidade. Assim, a caracterização polimorfo é um parâmetro importante em manter a qualidade de produto e a reprodutibilidade altas na indústria farmacêutica. Em Yip e o estudo da Divisão na insulina discutido acima, os formulários polimorfos da insulina foi identificado usando o AFM para traçar a estrutura de cristal pela imagem lactente os afastamentos moleculars da estrutura em todas as três dimensões. Na Universidade de Nottingham, Danesh e os colegas de trabalho usaram a técnica avançada de PhaseImaging para identificar e traçar a distribuição dos polymorphs do cimetidine da droga. os estudos da Força-Interacção (relacionamentos amplitude-fase da distância) foram conduzidos então para identificar os polymorphs baseados em diferenças no hydrophobicity. Em figura 2, os polymorphs A do cimetidine e B não são distinguidos facilmente na imagem topográfica, mas sua distribuição é caracterizada facilmente na imagem da fase. O contraste nas imagens da fase é muito provavelmente devido às diferenças no hydrophobicity entre os polymorphs, que produz uma diferença na interacção da ponta-amostra devido às variações na força capilar. Este contraste foi investigado conduzindo a experiência com (alkylsilane) pontas de prova functionalized hidrófilas (plasmaetched) e hidrofóbicas. 
Figura 2. Distribuição dos formulários polimorfos A e B do cimetidine da droga conduzido por PhaseImaging com pontas de prova hidrófilas. A imagem da fase (direita) mostra a distribuição dos polymorphs (claros) de A (escuro) e de B que não é evidente na imagem topográfica de TappingMode (saiu). O contraste da imagem da fase é devido às diferenças no hydrophobicity. varreduras de 4ìm. Cortesia de Imagens de C. Roberts, Universidade de Nottingham. Partículas A Produção de formulários de dosagem contínuos começa geralmente com a formação da droga em partículas, tipicamente dentro do tamanho de 0,1 a 10 micrômetros. A Caracterização destas partículas pode ser importante antes da formulação desde sua morfologia, tamanho da droga, e a forma pode fornecer a informação sobre o processo de manufactura. O tamanho de Partícula foi mostrado igualmente à taxa da dissolução da influência, à disponibilidade biológica, à uniformidade satisfeita, à estabilidade, à textura, às características de fluxo, e às taxas de sedimentação, e tem assim um efeito significativo na formulação e na eficiência terapêutica. Há muitos métodos de uso geral para investigar partículas, tais como técnicas da luz-dispersão como a dispersão de luz dinâmica e a difracção do laser. Contudo, estas técnicas provam um grande número partículas para fornecer uma distribuição do tamanho ou das características de partícula. Há frequentemente os casos onde estudar as partículas se transforma individualmente uma etapa chave em compreender um sistema da partícula. Um método comum para directamente estudar partículas individuais é microscopia de elétron de transmissão (TEM). Contudo, frequentemente a preparação da amostra de partículas pequenas para TEM é desafiante e demorada. O AFM tem examinado com sucesso partículas farmacêuticas directamente para correlacionar sua morfologia ao processo de manufactura e às propriedades comportáveis. Figura 3 mostra um exemplo de usar o AFM para caracterizar a morfologia da partícula da droga. As partículas da Droga são formadas tradicional mmoendo um cristal da droga às dimensão das partículas menos de 10 micrômetros por técnicas do micronization ou da pulverizador-secagem. 
Figura 3. Altura (coluna esquerda) e imagens da fase (coluna direita) do paracetamol formadas em partículas da droga pelo micronization e pelo SEDS. Figura 3-1: material começar cru que mostra lamellae cristalinos. Figura 3-2: partícula micronized que mostra a estrutura áspera, irregular. Figura 3-3: Partículas de SEDS que mostram a estrutura regular, lisa com etapas 0.9nm cristalinas. Figura 3-4: Aspereza do material começar, da partícula micronized, e da partícula de SEDS. Cortesia de Imagens de Patel, de Davies, e de Roberts, Perfis Moleculars, REINO UNIDO; e Palakodaty, Gilbert, Projecto Ltd. da Partícula de York, Bradford, REINO UNIDO. Contudo, os problemas podem resultar destas técnicas devido às variações do grupo-à-grupo, ao solvente residual, e às partículas estático-cobradas que podem afectar a estabilidade do pó e fluir. Um Outro método da dispersão aumentada solução chamada formação da partícula pelos líquidos supercríticos (SEDS) supera muitos destes problemas e fornece mais controle do tamanho de partícula, da forma, e da morfologia. A imagem do AFM do superior esquerdo em figura 3-1 mostra a matéria prima começando do paracetamol em que os terraços cristalinos podem ser vistos. As Imagens das partículas formadas pelo micronization e pelo SEDS são mostradas nas figuras 3-2 e 3-3 respectivamente. Partículas Micronized As partículas micronized variam em tamanho e são irregulares com uma quantidade significativa da aspereza de superfície, visto que, as partículas de SEDS têm uma forma regular e um tamanho de aproximadamente 10 micrômetros, e mostram uma redução na aspereza do material começar cru (veja a imagem do direito inferior de figura 3-4). Como mostrado através do AFM, as superfícies do smoother e as formas regulares produzidas por SEDS devem reduzir as variações do grupo-à-grupo e os problemas da carga estática encontrados com os materiais micronized, assim como melhoram as propriedades do fluxo das partículas. Grânulo Uma Vez Que a droga está no formulário ínfimo, está formada frequentemente em um grânulo misturando as partículas da droga com os agentes obrigatórios, diluentes, e desintegrando agentes. O processo molhado da granulação consiste adicionar uma pasta ou um adesivo líquido à mistura, passando a massa molhada através de uma peneira da tela do tamanho de malha desejado, e secando os grânulo. Os grânulo resultantes estão tipicamente na escala de alguns milímetros, e mostram melhorias em propriedades do fluxo assim como a estabilidade química e física no que diz respeito às partículas. O AFM foi muito bem sucedido em caracterizar a morfologia e a aspereza dos grânulo para correlacionar sua estrutura de superfície aos processos físico-químicos e mecânicos subjacentes durante o processo de manufactura (veja figura 4). 
Figura 4. morfologia De Superfície de um grânulo molhado da cafeína, da lactose, e dos polímeros. As medidas da Aspereza fornecem a informação sobre o processo da formação e as propriedades físico-químicas. Imagens Inserir - imagem (direita) da Amplitude (deixada) e da Altura. varredura de 5ìm. Cortesia de Imagem de T. Li, de K.R. Morris, e de K. Parque, Universidade de Purdue. Revestimentos Há muitos revestimentos que podem ser aplicados às tabuletas para servir várias finalidades. Os Usos comuns de revestimentos farmacêuticos consistem proteger a droga do ar e da umidade, fornecer uma barreira a um gosto desagradável ou cheirar a droga, e controlando o comportamento da dissolução. Os revestimentos do Açúcar são muito geralmente aplicados às tabuletas, assim como aos revestimentos de polímero, que são mais duráveis, menos volumosos, e menos demorados se aplicar. Os revestimentos de polímero são projectados frequentemente romper no aparelho gastrointestinal para evitar a irritação de estômago e para melhorar a adsorção da droga. Os grânulo do Revestimento e outras substâncias da droga são igualmente etapas chaves no projecto da controlado-liberação e de formulários de dosagem microencapsulated. O AFM foi usado geralmente para correlacionar a superfície dos revestimentos e de filmes finos aos parâmetros do depósito (tais como a temperatura, a taxa, a composição, Etc.) e ao desempenho. As aplicações Comuns do AFM para investigar revestimentos consistem avaliar a morfologia de superfície, a aspereza, a área de superfície, a distribuição compositiva, a dureza, e a porosidade. As Mudanças destas propriedades foram estudadas igualmente no que diz respeito ao envelhecimento e ao ambiente. Figura 5 mostra um revestimento da tabuleta que funções como uma membrana para as aplicações da controlado-liberação em que os poros foram formados durante o processo da liberação da lixiviação e da droga da membrana. A estrutura de poro, a aspereza, e a área de superfície do revestimento podem facilmente ser determinadas pelo AFM. 
Figura 5. revestimento da Tabuleta que mostra a estrutura de poro complexa. A estrutura De Superfície, a aspereza, e a área de superfície podem facilmente ser caracterizadas. varredura de 5ìm. Cortesia da Amostra de ALZA Corporaçõ. Sumário O AFM fornece pesquisadores e fabricantes farmacêuticos uma grande variedade de técnicas para avaliar as etapas do processo da formulação da droga. Os exemplos neste artigo indicam que com imagem lactente de alta resolução no ar e nos ambientes fluidos, o AFM encontrou o serviço público no estudo de processos dinâmicos, de variáveis da fabricação, da distribuição componente, e dos relacionamentos da estrutura-função. Com sua capacidade para técnicas de TappingMode e de PhaseImaging, o AFM fornece a informação que não pode ser adquirida por outras técnicas analíticas. Assim, o AFM está encontrando o uso crescente na indústria farmacêutica, que conduzirá indubitàvelmente a mais aplicações e às adopções de outras técnicas de SPM. |