Schmelzemulsionen mit kristalliner Dispersphase

  • Ansprechpartner:

    Kaysan

  • Projektgruppe: AG Kind
  • Förderung: AiF Nr. 18462 N

Hintergrund

Das Zerkleinern von Feststoffen zu feinen Partikeln erfolgt häufig durch Mahl- oder Prallprozesse. Aus niedrig schmelzenden Produkten wie Fetten oder Wachsen können dagegen mittels konventioneller Zerkleinerungsverfahren nur schwer feine Partikel oder Partikelsuspensionen hergestellt werden.

Alternative: Schmelzemulgieren

Eine Alternative bietet der Schmelzemulgierprozess. Bei diesem wird oberhalb des Schmelzpunktes der zu zerkleinernden Substanz eine feindisperse Emulsion hergestellt, die dann durch Abkühlen in eine Feststoffsuspension überführt wird. (siehe Abbildung 1).

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren können durch die Verarbeitung in der Schmelze andere Stoffe, wie pharmazeutische und kosmetische Wirkstoffe, in die disperse Phase eingearbeitet werden. Die Formulierung solcher Wirkstoffe in erstarrten Partikeln hat gegenüber wirkstoffhaltigen Emulsionen oder Liposomen den Vorteil, dass der diffusive Austausch von Wirkstoffen zwischen disperser und kontinuierlicher Phase erheblich verlangsamt wird. Darüber hinaus bietet das Schmelzemulgieren neue Möglichkeiten der Produktgestaltung. Durch die Zerkleinerung der Partikel als Tropfen und das abschließende Abkühlen können im Gegensatz zu als Feststoff zerkleinerten Partikeln kugelförmige oder ellipsoide Formen entstehen.

Entscheidend für die Produktqualität ist dabei, dass die beim Emulgieren erreichte Tropfengröße während des Abkühlvorganges ohne Agglomeratbildung erhalten werden kann, so dass es möglich ist, Suspensionseigenschaften im Emulgierschritt einzustellen.

Abbildung 1: Schmelzemulgierprozess

Qualitätsbestimmender Schritt: Kristallisation

Beim Abkühlen bilden sich in den Partikeln kristalline oder amorphe Strukturen, die Eigenschaften wie Bioverfügbarkeit, Wirkstoffbeladung und Freisetzungsverhalten beeinflussen. Ziel des Abkühlens ist es, dass möglichst alle Tropfen während des Herstellungsprozesses oder unmittelbar danach kristallin erstarren. Nur so kann eine lagerstabile Suspension gewährleistet werden, da verbleibende unterkühlte flüssige Tropfen in der Folge aufgrund von Gel- bzw. Agglomeratbildung zum Verlust erwünschter Produkteigenschaften führen.

Wichtige Einflussgrößen auf das Kristallisationsverhalten der Tropfen sind die Unterkühlung, Abkühlrate, Induktionszeit, Tropfengröße, Zusammensetzung der Emulsion und der Emulgator. In Abbildung 2 ist der Einfluss der Temperatur auf die beim Abkühlvorgang entstehenden Partikel anhand von Mikroskopiebildern dargestellt. Im linken Bild wurde die Emulsion nach der Emulsionsherstellung auf 20°C abgekühlt. Ein geringer Anteil der Tropfen liegt erstarrt, der Rest der Tropfen in Form unterkühlter Schmelze vor. Im rechten Bild wurde die Emulsion auf 10°C nach dem Emulgierschritt abgekühlt. Neben erstarrten Einzeltropfen ist ein großes Agglomerat zu erkennen.


Abbildung 2: Mikroskopaufnahmen von bei verschiedenen Temperaturen abgekühlten Emulsionen

Ziel

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung des Kristallisationsverhaltens der Schmelztropfen nach dem Emulgierschritt. Der Einfluss der einzelnen Parameter soll herausgearbeitet werden, um durch die Wahl geeigneter Betriebsbedingungen möglichst alle Tropfen während des Abkühlvorganges zu kristallisieren.