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Caratterizzazione del processo di compressione di materiali farmaceutici: approcci empirici e reologici

Sommario Le compresse, la forma farmaceutica più diffusa, sono preparate mediante il processo di compressione, tramite il quale due punzoni esercitano una pressione su miscele di polveri o granuli caricati all’interno di uno spazio confinato. Nonostante l’apparente semplicità del processo, esso non è esente da problematiche che in alcuni casi lo rendono di difficile applicazione. In particolare, la buona riuscita […]

I globuli rossi influenzano il trasporto dei drug carrier nella microcircolazione

Sommario Nonostante i numerosi studi nel campo delle nanotecnologie per la progettazione di nano-terapeutici, le barriere biologiche al trasporto di farmaci incontrate nella circolazione sanguigna rappresentano un grande problema, impedendo l’efficiente trasporto del farmaco ai tessuti/organi danneggiati. Uno degli step fondamentali del viaggio della microparticella verso il target è il trasporto nella microcircolazione sanguigna, dove avviene l’interazione con le cellule […]

Polisaccaridi funzionalizzati con porzioni alchiliche: sintesi, caratterizzazione reologica ed applicazioni biomediche

Sommario L’introduzione di catene idrofobiche sul backbone polimerico di alcuni polisaccaridi è stata utilizzata al fine di migliorare o modulare, le proprietà viscoelastiche, la resistenza idrolitica e le performance meccaniche. L’acido ialuronico (HA) ed il gellan gum (GG) sono due polisaccaridi che trovano applicazione in campo farmaceutico e biomedico. L’HA è un polisaccaride lineare costituito da unità ripetitive di acido D-Glucuronico […]

Uso combinato della reologia e dell’NMR a basso campo per la caratterizzazione di matrici polimeriche

Sommario, Molte matrici polimeriche hanno una struttura reticolare tridimensionale formata dalle catene che non possono essere singolarmente disciolte in quanto vincolate tra loro da legami chimici o fisici. In generale, sia le proprietà macroscopiche che quelle micro- e nanoscopiche delle matrici polimeriche possono giocare un ruolo importante per le applicazioni biomediche. Ad esempio, è stato recentemente osservato che, nel caso […]

Idrogeli intelligenti e sistemi autoassemblanti per applicazioni nel rilascio controllato e nella medicina rigenerativa

Sommario Gli idrogeli sono sistemi costituiti da una rete tridimensionale di catene di polimeri che possono rigonfiare in presenza di acqua o fluidi fisiologici. Grazie alle loro peculiari proprietà, come il loro alto contenuto di acqua e il possibile controllo sulla cinetica di rigonfiamento, gli idrogeli hanno attirato grande interesse per diverse applicazioni biomediche (Borzacchiello et al., Biomaterials from nature […]

Studi reologici come strumento di valutazione delle proprietà macroscopiche dei sistemi vescicolari e del loro effetto sulla pelle

Sommario I liposomi sono vescicole lamellari nanometriche di forma sferica che si ottengono a partire dai fosfolipidi che, in ambiente acquoso, si organizzano in doppi strati chiusi su sé stessi così da limitare il contatto delle porzioni idrofobiche con il mezzo esterno. Possono essere formate da uno o più doppi strati e sono in grado di incorporare e trasportare molecole […]

Idrogel polisaccaridici per applicazioni biomediche: proprietà e caratterizzazione reologica

Sommario Gli idrogel polisaccaridici rappresentano una importante classe di materiali fra quelli utilizzati nel mondo della salute poiché, grazie alla loro preponderante componente acquosa e ad una generale biocompatibilità della componente polimerica, sono in grado di interagire in modo positivo con i sistemi cellulari. Inoltre, essendo in grado di mimare la componente extracellulare meglio di molti altri sistemi sintetici, tali […]

Proprietà reologiche di idrogel polimerici contenenti nanoparticelle

Sommario Da lungo tempo gli idrogel polimerici sono stati oggetto di studio scientifico e hanno trovato largo impiego in campo biomedico e farmaceutico, mentre solo in tempi recenti si è sviluppato un crescente interesse per le possibili applicazioni di nanoparticelle di tipo diagnostico e terapeutico. Negli ultimi 10 anni, anche al fine di superare i limiti o i problemi legati […]

L’analisi reologica nello sviluppo di formulazioni liquide mucoadesive e/o gelificabili in situ

Sommario Con il termine mucoadesione si intende l’adesione di un materiale a una mucosa o ad una superficie rivestita da muco. Le formulazioni mucoadesive, permettendo una prolungata permanenza del farmaco veicolato al sito d’azione o assorbimento, sono in grado di migliorare la disponibilità/bio-disponibilità dello stesso. Il fenomeno della mucoadesione viene conside-rato come il risultato di due fasi: nella prima fase si […]

La caratterizzazione reologica nello sviluppo di un cerotto transdermico

Sommario I cerotti transdermici sono forme farmaceutiche adesive a rilascio prolungato destinate ad essere applicate sulla pelle. Per assicurare il corretto assorbimento del principio attivo devono permetterne il rilascio ed aderire alla pelle per l’intera durata del trattamento. Infatti, se il cerotto si solleva o si stacca parzialmente, l’assorbimento del principio attivo è ridotto e il trattamento può risultare inefficace. […]

Estrusione e stampaggio dei materiali polimerici termoplastici applicati allo sviluppo di nuove forme di dosaggio: reologia e processabilità del materiale

Sommario Negli ultimi anni l’interesse verso l’uso di materiali polimerici termoplastici e delle relative tecnologie di trasformazione per la realizzazione di nuovi sistemi di dosaggio di farmaci è molto cresciuto, in virtù della grande varietà di forma e dimensioni dei prodotti ottenibili. La corretta progettazione di un manufatto in materiale polimerico non può prescindere dall’ottimizzazione del processo di trasformazione coinvolto, […]

Estrusione e stampaggio dei materiali polimerici termoplastici applicati allo sviluppo di nuove forme di dosaggio: sistemi capsulari

Sommario Molti tra i materiali di comune impiego nella formulazione di forme farmaceutiche convenzionali e sistemi di rilascio sono polimeri termoplastici, potenzialmente lavorabili attraverso processi a caldo. L’introduzione in campo farmaceutico di tecniche di fabbricazione ampiamente impiegate per le plastiche, come estrusione a caldo (hot melt extrusion, HME), stampaggio ad iniezione (injection moulding, IM), stampa 3D mediante estrusione (fused deposition […]

Primo Workshop SIR-CRS sul tema “Reologia e sviluppo di medicinali: due mondi a confronto”

Il prossimo 15 dicembre si terrà a Roma, presso la Domus Australia, il primo Workshop SIR-CRS sul tema “Reologia e sviluppo di medicinali: due mondi a confronto”. Come accade per altri settori, anche in campo farmaceutico e biomedico la reologia può svolgere un ruolo importante, aiutando a comprendere fenomeni e compor-tamenti osservati, per affrontare e risolvere pro-blemi di carattere tecnologico/applicativo, […]

- Dentro lo strumento: un reometro capillare molto versatile il RHEO TESTER 2000 della Göttfert

Dario Nichetti
R&D Manager, Chiorino spa - Via S. Agata 9 13900 Biella - EMail: nichetti@chiorino.com

rheotester0La domanda “Qual è la viscosità di un polimero?” pare, in prima istanza, di facile risposta. È evidente che chi si è trovato ad affrontare questo argomento ha ben presto cambiato idea in quanto è necessario porre delle condizioni al contorno per poter rispondere. È innanzitutto necessario definire di che viscosità si sta parlando, se di taglio o elongazionale, quali sono le condizione operative a cui si vuole misurare, temperatura e velocità, e quale tipo di strumentazione sarà conseguentemente necessario utilizzare.

Equipaggiare un moderno laboratorio di reologia con tutti gli strumenti necessari per caratterizzare un polimero e la sua processabilità potrebbe costare una somma, anche considerato l’impegno di tecnici specializzati, ad oggi non ragionevolmente  affrontabile  industrialmente.

Il RHEO TESTER 2000 fornisce una risposta semplice, compatta, definibile a seconda delle esigenze sperimentali di un laboratorio reologico, tutto in uno strumento. Ecco le principali caratteristiche, poi vedremo in dettaglio i tre più interessanti add-on. Innanzitutto, si tratta di un reometro a capillare da banco, per alte pressioni, in grado di misurare secondo la DIN 54811 la viscosità in shear per materiali termoplastici o mescole in gomma. Lo strumento può essere equipaggiato con due capillari (è comunque disponibile uno strumento a 3 capillari della serie RHEOGRAPH 6000) con diametro uguale e differente rapporto L/D, in modo da ottenere in una singola prova la correzione delle perdite di carico di imbocco secondo Bagley.

Inoltre lo strumento è in grado di operare sia in controllo di velocità, cioè in modo da impostare direttamente lo shear rate a cui si desidera valutare la viscosità, o in controllo di forza in modo da valutare la viscosità ad uno stress definito. Alcune caratteristiche interessanti: la camera di test è riscaldata da 4 circuiti elettrici e opera tra i 60 e 300°C con una accuratezza di +/0.5°C; la camera ha un diametro di 12mm ed è lunga 205mm mentre i trasduttori di pressione possono essere selezionati in funzione del materiale da testare e sono disponibili come pressione nominale da 100bar a 1400bar, mentre un’ampia selezione esiste per il tipo di capillare con diametri a partire da 0.5mm sino a 2mm.

La procedura comunemente usata per la misura della viscosità prevede di portare il materiale alla temperatura a cui si vuole eseguire la misura. Questa che pare un’affermazione banale nasconde invece una notevole limitazione nella misura della viscosità per materiali semicristallini. Infatti, per tali materiali è normalmente solamente possibile misurare la viscosità a temperature superiori alla loro temperatura  di fusione.

Come è noto, tali materiali, una volta fusi, presentano una temperatura di cristallizzazione molto inferiore alla loro temperatura di fusione (isteresi), e in questo intervallo temperature sarebbe interessante accedere alle informazioni di viscosità. Il RHEO TESTER 2000 può essere dotato di un sistema di riscaldamento in cui la camera di test è incamiciata da tubi di rame in cui circola olio diatermico riscaldato, e raffreddato da una unità esterna. Questo permette di imporre una storia termica al materiale prima di eseguire una qualsiasi misura.
Di notevole interesse sono, appunto, le unità aggiuntive con cui la macchina può essere equipaggiata.

Di sicuro interesse è l’unità di misura del rigonfiamento all’uscita del capillare (Laser Die swell below of test chamber) che rende immediata la misura dell’extrudate swell ratio (ESR è il rapporto tra il diametro dell’estruso e il diametro del capillare), che consente di studiare quali sono i fenomeni critici che influiscono sulla misura.

Per chi volesse approfondire il problema della valutazione dell’ESR, suggerisco l’interessante articolo di S.Q Wang recentemente pubblicato. (J. Rheol. 48, 571-589; 2004).
rheotester1La simulazione numerica nei processi industriali, come lo stampaggio per iniezione, è comunemente utilizzata per l’ottimizzazione dimensionale delle parti. I dati reologici e di PVT sono parti essenziali per il calcolo e non di meno lo sono i dati di conducibilità termica al fine di prevedere le deformazioni (shrinkage and warpage).

Per tale motivo RHEO TESTER 2000 può essere dotato di un probe per la misura della PVT e della conducibilità termica come mostrato in figura.
La camera di test, per la misura della conducibilità, viene chiusa sul fondo e una prefissata quantità di granuli di polimero è introdotta. Viene quindi inserito in camera il probe della conducibilità che consiste in un pistone a parete sottile riscaldato e una termocoppia nel centro.

Generando un flusso accurato di calore nel materiale è possibile misurare alle diverse pressioni e temperature la conducibilità termica del materiale. La misura può sia essere condotta nello  stato fuso che nello stato solido permettendo quindi anche la valutazione della conducibilità nel passaggio di fase. La normativa a cui il test soddisfa è ASTM standard D5930.

La terza peculiarità di questo strumento è relativa all’accessorio RHEOTENS 71.97, un  reometro  estensionale  per  la misura della viscosità elongazionale nei polimeri fusi (Method BASF and GFT 010.1.2-01). Il RHEOTENS permette la misura delle proprietà estensionali di un polimero fuso attraverso il tiro di un estruso verticale attraverso delle pulegge, con accelerazione lineare o esponenziale. La misura della forza richiesta per allungare l’estruso permette di calcolare elongational stress, draw ratios, rate of elongation e la viscosità elongazionale come schematicamente mostrato in figura.

rheotester2Il RHEOTENS è costituito da due pulegge controrotanti motorizzate collegate ad una bilancia di precisione. Mentre il processo di estrusione è in atto, le due pulegge pinzano nel mezzo l’estruso e lo tirano verso il basso. Lo strumento registra la forza necessaria per allungare l’estruso a velocità costante o esponenziale.

Al fine di minimizzare gli effetti di interferenza sulla misura le due pulegge sono poste a circa 4 cm al di sotto del capillare e al fine di evitare l’adesione dell’estruso sulle pulegge queste ultime possono essere raffreddate o teflonate. Inoltre una seconda coppia di pulegge è posta al disotto per prevenire fenomeni di attorcigliamento dell’estruso misurato.