Сравнительный анализ Kollicoat® IR и ПВП в процессе влажной грануляции с высоким усилием сдвига

Kollicoat® IR был первоначально разработан для применения в пленочных покрытиях немедленного высвобождения. Однако данный полимер также обладает отличными связующими свойствами при влажной грануляции. Отсутствие пероксидов в составе синтезированного полимера позволяет применять его в качестве связующего для подверженных окислению активных ингредиентов [1].

Оценка свойств Kollicoat® IR при влажной грануляции была проведена путем сравнения полученных данных со свойствами поливинилпирролидона [ПВП], который можно рассматривать в качестве стандартного связующего в процессе влажной грануляции. Существует несколько различных типов полимера, отличающихся с точки зрения молекулярной массы, вязкости и величины «К». Kollidon® 25, Kollidon® 30 и Kollidon® 90 F являются типичными влажными связующими. С точки зрения большинства свойств, Kollidon® 25 и Kollidon® 30 практически одинаковы, в то время как водные растворы Kollidon® 90 F значительно отличаются по связующим свойствам и вязкости [2].

Цель настоящего исследования заключалась в сравнении свойств Kollicoat® IR и типов повидона Kollidon® 25 и Kollidon® 90 F в процессе влажной грануляции с высоким усилием сдвига.

Материалы и методы

Материалы

Было проведено тестирование влажных связующих Kollidon® 25 [ПВП K25], Kollidon® 90 F [ПВП K90] и Kollicoat® IR [ПВС-ПЭГ] (все BASF). В качестве наполнителя был использован специальный сорт лактозы, предназначенный для влажной грануляции (GranuLac® 200, Meggle).

Методы

Грануляция была проведена согласно схеме, указанной в таблице 1.

Таблица 1. Схема процесса грануляции в установке с высоким усилием сдвига.

Загрузка 400 г
Скорость лопастной мешалки 200 об/мин
Скорость чоппера 2,200 об/мин
Длительность процесса 15 мин
Просеивание 1.6 мм (влажное)
0.8 мм (сухое)
Длительность сушки

(в псевдоожижении)

30 мин

Во всех опытах связующие вещества применялись в виде водных растворов, состоящих из 50 г воды и определенного количества полимера, необходимого для достижения конечного содержания связующего, равного соответственно 1.5, 3.0 или 5.0% от конечного веса гранул.  Все гранулы были проанализированы с точки зрения размера частиц и хрупкости. Затем полученные гранулы были спрессованы в таблетки при усилии прессования в 15 кН.

Вязкость

Определение динамической вязкости полимерных растворов проводилось с помощью ротационного реометра RotoVisco 1 (ThermoFisher Scientific) с контролем температуры жидкости в конфигурации концентрические цилиндры.

Грануляция

Грануляция проводилась в установке с высоким усилием сдвига P1-6 (Diosna), оснащенной 2-х литровой емкостью продукта (Таблица 1).

Распределение размеров частиц

Анализ был проведен с использованием набора сит AS 200 (Retsch) с размером ячеек в пределах 38-500 мкм (согласно ЕФ). Результаты были разделены на три категории размера частиц: крупные (>355 мкм), средние (125-355 мкм) и мелкие (<125 мкм) частицы.

Хрупкость

Определение остаточного количества мелких частиц (остаточных неагломерированных частиц) и хрупкости гранул было проведено с помощью воздухоструйной просеивающей машины LPS 200 (Rhewum) с использованием сита с размером ячейки 125 мкм [3].

Прессование

Прессование проводилось на однопуансонном таблеточном прессе XP 1 (Korsch) с плоскоцилиндрическими пуансонами с фаской (диаметр 8 мм).

Прочность на растяжение

Определение прочности таблеток на раздавливание (n=20) проводилось с помощью автоматического тестера HT-TMB-CI-12 FS (Kraemer). Полученные результаты использовались для расчета прочности на растяжение согласно уравнению на Рис.1.

Рис. 1. s: прочность на растяжение [Н/мм²]; Fc: прочность на раздавливание [Н]; h: высота таблетки [мм]; d: диаметр [мм].

Результаты и обсуждение

Вязкость полимерного раствора играет решающую роль в процессе влажной грануляции с высоким усилием сдвига, поскольку она влияет на время, необходимое для внедрения связующего в порошковую смесь. Кроме того, вязкость определяет, каким образом будет проводиться введение связующего раствора.

Динамическая вязкость водных полимерных растворов проявила типичную зависимость от содержания полимера (Рис. 2). Растворы на основе Kollidon® 90 F были значительно более вязкими, чем растворы Kollidon® 25, что обусловлено разницей в молекулярных массах. Kollicoat® IR занял промежуточное положение между двумя типами ПВП.

Гранулы, полученные с использованием различных связующих, были весьма схожи по внешнему виду (Рис. 3 – Рис. 5).

Рис. 2. Зависимость динамической вязкости водных полимерных растворов от концентрации полимера.

Рис. 3. РЭМ изображение агломератов лактозы при использовании ПВП К25 в качестве связующего.

Рис. 4. РЭМ изображение агломератов лактозы при использовании ПВП К90 в качестве связующего.

Рис. 5. РЭМ изображение агломератов лактозы при использовании ПВС — ПЭГ в качестве связующего.

Одним из наиболее важных показателей качества агломерированного продукта является прочность его частиц. Измеренные значения хрупкости свидетельствуют о явной зависимости прочности от содержания связующего. Как правило, наиболее низкие значения хрупкости были характерны для гранул, содержащих 5% связующего (Рис. 6).  При более низком содержании связующего, 1.5 и 3.0%, наилучшие результаты были проявлены Kollicoat® IR. Содержание связующего оказывает существенно низкое влияние на присутствие мелких частиц (синие столбцы). Практически все опыты завершились с конечным содержанием неагломерированных частиц в пределах от 10 до 15%.

Рис. 6. Зависимость содержания мелких частиц и хрупкости после 15 минут тестирования от содержания полимера и типа связующего.

Тот же результат относительно мелких частиц наблюдался в распределении размеров частиц, где во всех проанализированных гранулах было найдено практически одинаковое содержание неагломерированных частиц (Рис. 7). Интересно отметить, что в случае с Kollicoat® IR доля частиц была практически независима от нанесенного количества связующего, что позволяет предположить высокую надежность процесса.

Количество связующего оказало влияние на прочность агломератов и на прочность на растяжение таблеток. В настоящем исследовании было установлено, что увеличение содержания связующего приводит к повышению прочности таблеток. Данное явление наблюдалось наиболее выраженно для Kollicoat® IR (Рис. 8).

Рис. 7. Зависимость между классифицированным распределением размера частиц, содержанием полимера и типом связующего.

Рис. 8. Прочность на растяжение таблеток.

Заключение

Согласно результатам проведенного исследования, Kollidon® 90 F является наиболее сильным связующим, особенно при использовании в такой высокой концентрации, как, например, 5%. В то же время, высокая вязкость полимерного раствора может ограничить его применение в некоторых процессах.

Kollicoat® IR является интересной альтернативой в связи со своей умеренной вязкостью. Проведенный процесс грануляции характеризовался высокой надежностью, ведущей к устойчивым значениям размера частиц и прочным гранулам, независимо от используемого количества связующего. Прессование полученных гранул позволило получить таблетки с очень высокой прочностью.

Свободный от пероксидов Kollicoat® IR является эффективным связующим, сочетающим низкую вязкость полимерного раствора с прочностью конечных агломератов, что, в свою очередь, приводит к получению таблеток высокой прочности.

Список литературы

  • [1]  Kolter, K.; Binding properties of the new polymer Kollicoat® IR; AAPS Annual Meeting and Exposition; Nov. 10 — 14, 2002; Toronto, Canada
  • [2]   Bühler, V.; Kollidon® Polyvinylpyrrolidone excipients for the pharmaceutical industry; 9th edition; 2008; BASF SE, Ludwigshafen, Germany
  • [3]   Agnese, T., Mittwollen, J.-P., Kolter, K., Herting, M.G.; An Innovative Method to Determine the Strength of Granules; AAPS Annual Meeting and Exposition; Nov. 16 — 20, 2008; Atlanta, Georgia, U.S.A.

European Pharma Application Lab | G-ENP/SE 585

Торстен Агнезе1, Торстен Цех1, Верена Гайзелхарт 2
1Европейская фармацевтическая прикладная лаборатория BASF SE, Людвигсхафен, Германия
2Отдел технической поддержки стран Европы, Pharma Solutions, BASF SE, Лампертхайм, Германия

Ответственный автор: thorsten.cech@basf.com