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皮膚外用乳膏軟膏流變學(xué)表征

更新更新時(shí)間:2023-04-17      點(diǎn)擊次數:5742

前言

軟膏劑(Ointments)是系指藥物與適宜基質(zhì)均勻混合制成,具有一定稠度的半固體外用制劑。軟膏具有一定粘稠度,而且可以根據藥物與基質(zhì)的混合程度不同分為溶液型和混懸型軟膏。藥物在基質(zhì)中的分散狀態(tài)存在差異,溶液型軟膏的藥物顆粒非常小,可共熔或溶解于基質(zhì)中;而混懸型的軟膏,其藥物顆粒大小高于溶液型,通常為細粉狀,可以均勻分散混合在基質(zhì)中。

乳膏制劑就是將藥物混合分散在乳狀液型的基質(zhì)中,最后形成了均勻混合而成的半固體制劑。乳膏劑可以根據所使用的乳化劑的不同,分類(lèi)為油包水型乳膏與水包油型乳膏兩種。常用的油包水型乳膏有羊毛脂和脂肪醇,水包油型乳膏有鈉皂和脂肪醇硫酸鈉類(lèi)等。

這類(lèi)藥物的配方屬于水油乳化、固液分散的多相體系,美國藥典歸類(lèi)乳膏軟膏為復雜制劑。簡(jiǎn)單來(lái)看,軟膏黏稠一些,乳膏黏度小一些。從藥物配方來(lái)看,配方本身的穩定性存在很大差異,這就為流變學(xué)的表征帶來(lái)了挑戰。無(wú)論是根據中國FDA發(fā)布的《皮膚外用化學(xué)仿制藥研究技術(shù)指導原則(試行)》(2021年第23號)的要求,還是美國/歐盟藥典的合規性描述,對于皮膚外用制劑的流變學(xué)表征都提出了非常具體的要求。在本篇文章里,我們重點(diǎn)討論這個(gè)問(wèn)題并試圖為之找到答案。

1、乳膏軟膏的流變學(xué)表征對于制劑的開(kāi)發(fā)有哪些幫助?

2、 乳膏軟膏的流變學(xué)表征的一般評價(jià)手段?

流變學(xué)作為一種物性分析的手段,可以從力的微觀(guān)角度,表征藥物制劑的原料質(zhì)量、配方穩定性、制劑涂抹特性以及質(zhì)量的一致性評價(jià),對藥物制劑的設計,處方組成,制備工藝等具有重要意義。

1.1   原輔料的黏度測量和流變學(xué)特征

比如軟膏制劑中經(jīng)常用到的油脂性基質(zhì)的有凡士林、石蠟、液狀石蠟、硅油、蜂蠟、硬脂酸、羊毛脂等;水溶性基質(zhì)主要有聚乙二醇。這些基質(zhì)的黏度作為一個(gè)重要的質(zhì)量控制參量來(lái)評估原材料的一致性,控制批間差;同時(shí),部分原材料的流變學(xué)特性的研究,也有助于為工藝處方的設計提供重要參考。

白蜂蠟作為常用的軟膏劑基質(zhì),其流變學(xué)特性與軟膏劑涂展性和附著(zhù)性密切相關(guān)。楊銳等(藥用輔料白蜂蠟流變學(xué)構效關(guān)系研究研究結果,藥物分析雜志[J],1775-1781,2021(41),10)研究顯示中蜂蠟與西蜂蠟、以及不同廠(chǎng)家西蜂蠟之間上述流變學(xué)特性方面的差異,因此白蜂蠟在作為軟膏劑基質(zhì)的選擇時(shí)應關(guān)注不同來(lái)源同種白蜂蠟對制劑質(zhì)量方面的潛在影響。

比如石蠟,在質(zhì)量標準中要求運動(dòng)黏度(通則0633第一法),在40°C時(shí)(毛細管內徑為1. 0mm±0. 05mm)不得小于12mm2/s。

1.2   制劑配方設計的流變學(xué)要求

乳膏軟膏的配方設計,需要格外關(guān)注配方的穩定性,涂抹特性,溫度耐受程度等幾個(gè)因素。王靈敏(芙蓉方乳膏劑處方優(yōu)化及流變學(xué)研究,環(huán)球中醫藥[J]. 2022,15(07))等 將芙蓉膏改為乳劑型軟膏,選出處方,確定了芙蓉膏基質(zhì)處方,引入流變學(xué)評價(jià),建立了流變參數物理指紋圖譜,為中藥乳膏劑的處方優(yōu)化及質(zhì)量評價(jià)提供了新的研究思路和方法。

如果是分散體,還要考慮分散特性。比如,藥典四部通則0109中的描述如下:

『五、軟膏劑、乳膏劑基質(zhì)應均勻、細膩,涂于皮膚或黏膜上應無(wú)刺激性。軟膏劑中不溶性原料藥物,應預先用適宜的方法制成細粉,確保粒度符合規定?!?br/>

均勻、細膩,這是對基質(zhì)黏度的要求,具有一定合適的黏度;細粉力度符合規定,這是要求粉末在基質(zhì)中具有良好的分散性;涂于皮膚或黏膜上應無(wú)刺激性,要求制劑具有良好的涂抹性。

以上,這些對于軟膏乳膏的流變學(xué)特性提出了更多的要求。特別是制劑的穩定性分析,通過(guò)流變學(xué)可以容易實(shí)現差異分析,找到不同配方之間的差別,進(jìn)一步評估配方的穩定性,為處方的設計和優(yōu)化提供非常重要的參考。一般來(lái)說(shuō),建議考察制劑的屈服應力、零剪切黏度和平臺彈性模量的大小以及與儲能模量的比較關(guān)系。再來(lái)看藥典四部通則0109中的描述:

『六、軟膏劑、乳膏劑應具有適當的黏稠度,應易涂布于皮膚或黏膜上,不融化,黏稠度隨季節變化應很小?!?br/>

這其實(shí)也是對制劑穩定性的要求,特別強調了“不融化,黏稠隨季節變化小"的特點(diǎn)。這就要求開(kāi)發(fā)的制劑對溫度具有很寬的冗余度。溫度高了不融化,不流動(dòng),不變??;溫度低了變稠,變硬。需要一個(gè)良好的溫度穩定性。這一特征可以通過(guò)測試黏度-溫度曲線(xiàn)或者動(dòng)態(tài)測試溫度掃描模式來(lái)測試表征乳膏軟膏的溫度穩定性。

另外,乳膏軟膏具有易于涂抹的特性。從流變學(xué)角度來(lái)看,要求設計的配方具有剪切變稀的特點(diǎn),方便在皮膚上進(jìn)行涂抹;同時(shí),配方也要具備良好的觸變性,在患者進(jìn)行涂抹的時(shí)候才有更好的使用體驗,另外良好的觸變性對于有效劑量給藥也能起到促進(jìn)作用。因此,良好的涂抹特性或者容器內擠出的便利性,可以從制劑的屈服應力、流動(dòng)曲線(xiàn)和觸變性測試來(lái)進(jìn)行表征優(yōu)化。

具體到一些固體顆粒分散的軟膏乳膏來(lái)說(shuō),恰當的粒徑和基質(zhì)的最佳混合工藝,才可以實(shí)現良好的分散效果。獲得良好的分散,對于制劑的穩定性以及有效給藥都會(huì )起到正向作用。因此,如何評估粉末類(lèi)的樣品在基質(zhì)中分散,這又是一個(gè)流變學(xué)需要面對的問(wèn)題。這一現象通過(guò)粘性黏彈區的寬窄可以實(shí)現分析評估。LVR區域越寬,表明固體顆粒分散越好。

1.3   軟膏劑制備工藝的流變學(xué)特征

評價(jià)一個(gè)制劑的制備工藝是否合適,是否都照顧到了該制劑應用、穩定性、依從性等方方面面,應該是多維度的。除了常規的理化特性,流變特性對于制劑API的均勻性、稠度、涂展性、附著(zhù)性等有著(zhù)極為重要的作用。

在分散體乳膏軟膏的制備過(guò)程中,涉及到制備工藝的優(yōu)化、制備機械的選擇。這些均可以通過(guò)流變參數的分析來(lái)反饋指導制備工藝和機械設備的選擇。具有良好分散性,或者具有更小固體顆粒的混懸乳膏,肯定在黏度,內聚強度和LVR寬度上有所區別。當然,除了流變,還可以測試顆粒粒徑,電荷以及穩定指數。

為了研制更適合涂抹的軟膏,需要表征制劑的流動(dòng)性能。制劑有屈服應力,才不至于蓋子一打開(kāi),藥物就流出來(lái)或者忘記擰上蓋子了,藥物溢出的到處都是;或者擠到皮膚表面,呈噴射狀。因此,制劑需要一定的屈服應力,這樣才可以在皮膚表面形成一定膜厚的涂層,有利于藥物的吸收利用。但同時(shí),屈服應力不能太大,否則不容易擠出,也不利于在皮膚鋪展。所以,在考察制劑的制備工藝的時(shí)候,應該多角度去分析制劑的流變特性,形成一套適合于一類(lèi)配方的評價(jià)體系,對制備工藝的參數優(yōu)化很有幫助。

1.4   一致性評價(jià)的重要依據

半固體制劑的流變學(xué)性質(zhì)是產(chǎn)品關(guān)鍵物料屬性和關(guān)鍵工藝參數的綜合結果,反映了制劑的微觀(guān)結構,對藥物從制劑中的釋放、皮膚滲透以及皮膚滯留有重要影響,還影響制劑穩定性和患者順應性。因此在半固體制劑的仿制藥開(kāi)發(fā)中,流變學(xué)在保證產(chǎn)品質(zhì)量和保持與原研制劑的一致性方面起著(zhù)關(guān)鍵作用。

FDA、EMA以及CDE對局部外用半固體制劑仿制藥流變學(xué)研究?jì)热莸年U述

監管機構

研究?jì)热蓐U述

FDA

①對于剪切應力相對于剪切速率和黏度相對于剪切速率的表征,至少應該包括3種剪切速率(低、中、高)下的黏度數據,并包括可及剪切速率范圍內的完整流動(dòng)曲線(xiàn),直到識別出低或高剪切平臺(如有可能)

②如果被測材料表現出塑性流動(dòng)行為,應報告屈服應力值

③應測量和報告線(xiàn)性黏彈性響應(儲能模量和損耗模量相對于頻率的表征)

EMA

①剪切應力(或黏度)相對于剪切速率的完整流動(dòng)曲線(xiàn),包括剪切速率增加和減少范圍內的多個(gè)數據點(diǎn),以便清楚地識別曲線(xiàn)上升或下降段的任何線(xiàn)性部分;所得到的曲線(xiàn)應通過(guò)(修正的)冪律方程來(lái)表征,以便產(chǎn)生數值數據

②屈服應力和蠕變

③線(xiàn)性黏彈性響應(儲能模量和損耗模量相對于頻率的表征)

④應提供流變圖譜,按剪切和時(shí)間效應對產(chǎn)品流變行為進(jìn)行歸類(lèi)(如假塑性、膨脹性或觸變性流體),并用合適的指標進(jìn)行表征,例如:黏度曲線(xiàn)上特定剪切速率下的黏度(100 s-1對應的黏度);塑性流動(dòng)的屈服應力值;觸變相對面積;儲能模量和損耗模量;表觀(guān)黏度:損耗因子()

⑤應測定至少3批受試和原研制劑的上述參數,每批至少重復12次;一致性標準為:受試和參比制劑均值之差的90%置信限應不超過(guò)參比制劑均值可接受限度的士10%,假定數據呈正態(tài)分布

CDE

①剪切應力相對于剪切速率的完整流動(dòng)曲線(xiàn)

②屈服應力和蠕變試驗

③線(xiàn)性黏彈性響應

從法規的角度看,關(guān)于制劑一致性評價(jià),流變學(xué)的重要性不言而喻,是一種必要的手段。各種法規對測試的指標也有了明確的要求,區別在于檢測的指標上有部分差異。

但目前所面臨的難題是,我們開(kāi)發(fā)的方法,如何去評價(jià)這些方法的合理性呢?比如,在面對凡士林含量很高的軟膏進(jìn)行測試的時(shí)候,如何定義高中低剪切速率呢?不同的體系,到底選擇哪一種方法來(lái)評價(jià)屈服應力更合適呢? 盡管存在一些關(guān)于流變學(xué)的適用性和整體重要性的文獻報告,但對于這種技術(shù)的正式驗證程序缺乏理解和標準化。迄今為止,文獻中既沒(méi)有定義半固體流變曲線(xiàn)的參數,也沒(méi)有定義其接受限,且流變學(xué)參數有多種定義和表征方式。下來(lái),是我們討論的重點(diǎn)。


聲明:以下觀(guān)點(diǎn)僅代表個(gè)人對于流變學(xué)的理解和測試過(guò)程中形成的實(shí)踐經(jīng)驗的總結,作為一種探討供大家參考。

2.1 線(xiàn)性黏彈區-LVR-振幅掃描


具有粘彈性的流體,在小形變或者低應力條件下,流體的模量不依賴(lài)于形變或者應力的增加而改變,或者應力隨著(zhù)形變的變化呈現線(xiàn)性,根據公式:


圖片

也就是模量是一個(gè)常數。這個(gè)區域定義為該材料的線(xiàn)性黏彈區,也就是豎線(xiàn)的左側區域。

圖片

在這一區域內,制劑有如下特性:

1、 制劑表現為類(lèi)固體特性。

2、 線(xiàn)性黏彈區的測試是無(wú)損檢測,不破壞樣品的微結構特征;

線(xiàn)性黏彈區LVR測試的意義:

3、 這一區間進(jìn)行的測試是小形變測試,可以做到有效表征;

4、 LVR測試可以表征屈服應力,內聚強度以及從類(lèi)固體到流體的流動(dòng)過(guò)程;

5、 LVR區間的寬窄可以表達分散性能;

6、 得到線(xiàn)性黏彈區間或者等效最大應力,為下一步的粘彈性測試提供參考;

LVR可以得到的參數如下:

參數符號

參數解釋性描述

參數意義

G'LVR

平臺彈性模量

表征彈性模量

τ (LVR

線(xiàn)性黏彈區對應的應力

可以定義為制劑的屈服應力,線(xiàn)性黏彈區的最大應力極限

τ (G'= G"

相變交叉點(diǎn)對應的應力

可以定義為屈服應力,表示制劑開(kāi)始流動(dòng)

? max

線(xiàn)性黏彈區對應的應變

線(xiàn)性黏彈區的最大形變,為下一步的測試提供參考


損耗子正切值

表達黏彈比,可以表征內聚強度

2.2 線(xiàn)性粘彈性響應-頻率掃描

頻率掃描對于一致性評價(jià)的重要性應該得到重新認識并且深化加強對這一手段的理解和評估。從高頻到低頻測試的過(guò)程,是從快到慢的過(guò)程,是時(shí)間短到時(shí)間長(cháng)的過(guò)程,是從低溫到高溫的過(guò)程。這一過(guò)程可以等效制劑很多重要的產(chǎn)品性能和不同的應用場(chǎng)景,又是在LVR區間完成的測試,可以理解為制劑在近似靜態(tài)的條件下,物性信息的quan方位,全信息的表達,一般視為制劑的“流變指紋信息"。具體展開(kāi)來(lái)看:

1、高頻100rad/s或者以上的G'彈性模量可以表征軟膏的涂抹觸感。G'這個(gè)數值應當在一個(gè)合理的區間,這可以借助其他儀器的分析數據,幫助來(lái)描述定義這個(gè)合適的區間。G'太小,制劑太稀,在皮膚表面的滯留性變差,進(jìn)而影響有效部位的藥物滲透和治療;G'太大,制劑太硬,患者依從性變差,涂抹困難,特別是低溫環(huán)境中用藥,制劑基質(zhì)太硬,非常不利于用藥。個(gè)人建議,從涂抹角度出發(fā),構建一個(gè)關(guān)于溫度、頻率、模量的數學(xué)模型,建立一個(gè)被驗證和設計的軟膏或者乳膏在高頻條件下的模量窗口,會(huì )是一件非常有意義的事情,感興趣的讀者可以進(jìn)行探討研究。

2、低頻0.1rad/S或者0.01HZ,此時(shí)的G'G"的相互關(guān)系可以表征制劑體系的穩定性。在低頻條件下(  1rad/s),G’應表現出較小的斜率甚至平行于x軸,此時(shí)體系具有較好的運輸儲存穩定性,同時(shí)還需要G’>G’’。優(yōu)于低頻和高溫是等效的,低頻下的數據可以預測制劑在高溫條件下的穩定性和涂抹特性。比如夏天使用的治療蚊蟲(chóng)叮咬的乳膏軟膏,就需要考慮夏天的環(huán)境溫度對涂抹的影響。下圖軟膏的測試數據很好體現了這部分的經(jīng)驗規律。

圖片

下圖的乳膏就表現出了在低頻條件下ω = 1.174 rad/s的穩定性不夠,意味著(zhù)隨著(zhù)時(shí)間的增加,這個(gè)產(chǎn)品會(huì )出現分層,或者沉淀等不期望的現象出現。這是一個(gè)不合格的制劑配方。

圖片

3、頻率掃描是一致性評價(jià)的首要測試。如果頻率掃描的模量,,復數黏度都在合理的置信區間內,基本可以判斷這是一個(gè)一致性大概率會(huì )滿(mǎn)足評價(jià)要求的制劑配方。如果頻率掃描結果差異就很大,再去研究其他的流變學(xué)指標意義不大。個(gè)人建議,乳膏軟膏制劑的一致性評價(jià),先測試線(xiàn)性粘彈性響應。設置參數:頻率變化范圍:100~0.1rad/s10-0.1Hz,根據LVR測試結果選擇一個(gè)合理的應力或者應變。

2.3 蠕變恢復測試

蠕變恢復可以更加豐富的表征制劑的粘彈性信息,更加接近真實(shí)的反應制劑配方差異、工藝差異、甚至原輔料的差異。這張圖例清晰地描述了蠕變-恢復的每個(gè)階段:結構破壞、結構重整和穩態(tài)結構以及應力撤去后的恢復。與頻率掃描結合起來(lái),wan全可以對制劑的一致性評價(jià)作出科學(xué)的判斷。測試蠕變需要特別注意施加應力的大小。

圖片

1、 施加的力在線(xiàn)性黏彈區內

通過(guò)LVR測試,獲取了制劑的屈服應力。蠕變是長(cháng)時(shí)間尺度,即對應于低頻條件下的測試因此設定的應力必須在被測樣品的線(xiàn)性粘彈區內.一般情況都是用很小的應力模擬重力的作用確定適當應力的方法是設定不同的應力進(jìn)行多次測量在線(xiàn)性粘彈區內,施加不同應力測量的應變或柔量結果基本相同。

圖片

也就是在LVR區間內,做幾次篩選測試,找到合理的應力范圍。與此同時(shí),要特別留意設備的測試下限的極限。

2、 蠕變時(shí)間要達到穩態(tài):測試的時(shí)間要足夠長(cháng)。因為蠕變是一個(gè)長(cháng)時(shí)間尺度的測試,時(shí)間足夠材料才有時(shí)間進(jìn)行彈性結構的重整并進(jìn)入到穩態(tài)狀態(tài)。個(gè)人推薦蠕變至少300S甚至時(shí)間更長(cháng)。蠕變恢復可以得到的參數如下:

符號

名稱(chēng)

解釋描述

意義

γ-max

最大應變

在特定應力和時(shí)間內材料發(fā)生的最大應變值,一般是蠕變峰值

表達了形變的難易,γ-max越大,越容易形變,制劑越柔,越容易流動(dòng)

γ-e

彈性形變

蠕變切線(xiàn)與Y軸的交點(diǎn),γ=f(t)曲線(xiàn)

材料固有的彈性信息

γ-r

可恢復形變

形變中可恢復的部分

γ-max =γ-r  +   γ-nr

黏彈比 =γ-nr /γ-r  %

γ-nr

不可恢復形變

形變中不可恢復的部分

η

零切粘度

剪切速率為零時(shí)的粘度

描述制劑穩定性

J-e

穩態(tài)平衡柔量

彈性形變與應力之比

柔量越大,越容易變形和流動(dòng)

λ

特征松弛時(shí)間

零切粘度與平衡柔量的乘積,公式λ=η 0 *Je

松弛時(shí)間越短,材料的應力效應越弱,應力消除越快

2.4 觸變性

觸變性測試可以對制劑的涂抹性進(jìn)行相對比較。一個(gè)合理的配方,肯定需要在涂抹性上有良好的用藥體驗。觸變性有兩種表達方式:

(1) 時(shí)間曲線(xiàn)

在恒定的剪切速率下觀(guān)察樣品內部結構的破壞以動(dòng)態(tài)振蕩測試或旋轉方式在等待不同時(shí)間之后觀(guān)察和確定該樣品結構的重建即三段測量模式(動(dòng)態(tài)振蕩 + 穩態(tài)剪切 + 動(dòng)態(tài)振蕩).

(2) 流動(dòng)曲線(xiàn)

在恒定溫度下逐漸升高剪切速率到某一設定點(diǎn)然后再降低剪切速率到原點(diǎn)通過(guò)流動(dòng)曲線(xiàn)的滯后環(huán)面積測量樣品的觸變性即觸變環(huán)或者滯后環(huán)模式.到底采取哪一種方式來(lái)測試軟膏乳膏的觸變性呢?我個(gè)人建議,要根據不同的制劑類(lèi)型來(lái)選擇。如果是乳膏類(lèi)的制劑,樣品本身比較稀,可以耐受平板轉子的高剪切,采用滯后環(huán)的方式也可以;設備的靈敏度足夠,采用三段式也可以。如果是軟膏樣品,特別是黏度大,凡士林含量高的樣品,不適合用滯后環(huán)的方式,建議采用三段式的方式測試。為了便于測試分析的相對比較,個(gè)人建議都采用三段式最好,原因如下:

1、 三段式測試采用震蕩模式,數據的重復性比旋轉方式的滯后環(huán)要好。本身觸變性不是一個(gè)容易獲取穩定測試數據的測試,樣品本身受上樣方式,刮的手法,樣品的剪切或者熱史,測試夾具的下壓速度等因素影響很大;旋轉方式又受限于制劑本身結構的特點(diǎn),不耐受高速剪切。三段式蕩模式本身第一段和第三段都采用LVR區間內的動(dòng)態(tài)測試,數據的重復性,數據質(zhì)量都有優(yōu)于滯后環(huán)的旋轉模式。

2、 滯后環(huán)測試的時(shí)候,針對稀溶液最合適;選擇圓筒轉子,可以做高速剪切破壞。但是由于圓通轉子尺寸比較大,在插入測試樣品的瞬間,對樣品本身結構影響大,直接影響測試的重復性。下圖是一個(gè)軟膏類(lèi)樣品做的重復測試。一個(gè)60S后的回復百分比是66.86%,一個(gè)是75%,多做幾次的話(huà),肯定落在15%的置信區間內。

圖片

  1. 2.5  屈服應力測試

屈服應力對整個(gè)流變學(xué)的測試、數據解析,流變現象理解異常關(guān)鍵,是材料的特征屬性,只要配方定了,屈服應力也就確定了。屈服應力又是一個(gè)抽象的、理論上的概念。事實(shí)上,流動(dòng)是一個(gè)過(guò)程,而不是某一個(gè)拐點(diǎn)。所以,這就導致了屈服應力的表達有很多種方法,每一個(gè)方法得到的結果各不相同。因為,只要這些數值落在一個(gè)區間內,都是合理的。常用的屈服應力測試方法如下:

測試方法

描述

建議適用范圍

曲線(xiàn)形態(tài)

應力增長(cháng)-控制形變模式(CD)

  • 0 : 設定恒定的剪切速率,測得最大剪切應力t 對應于時(shí)間t (線(xiàn)性坐標)

固形物含量高、顆粒大小不均勻的樣品,例如水泥,砂漿,花生醬,果醬,金屬粉末,污泥、錫膏等

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控制速率  (CR)掃描模式

  • 0 : 設定連續增大的剪切速率,外推流動(dòng)曲線(xiàn)到剪切速率為零時(shí)的應力(線(xiàn)性坐標)

符合某種流動(dòng)類(lèi)型的流體,比如賓漢,卡松流體模型,巧克力,聚氨酯膠,牙膏等

圖片

控制應力(CS)掃描模式

連續增大的剪切應力施加到被測樣品上觀(guān)察產(chǎn)生的形變曲線(xiàn)斜率變化 兩個(gè)切線(xiàn)的交點(diǎn)對應的應力(雙對數坐標形變? - 應力t)

均勻樣品,流動(dòng)性好的樣品。比如酸奶,化妝品乳液,混懸液,口服液,鼻噴劑等

圖片

振蕩(OSC)振幅掃描模式

以某一頻率的正弦波施加到被測樣品上應力幅度逐漸增加,曲線(xiàn)斜率變化兩個(gè)切線(xiàn)的 交點(diǎn)對應的應力(雙對數坐標形變? - 應力t)

適合于絕大多數樣品。高固形物含量,沒(méi)有內聚強度的樣品不適合;或者容易分層沉降的樣品不適合

圖片


因此,乳膏軟膏的屈服應力測試,個(gè)人建議采用振幅掃描的方式獲取。這樣得到的數據穩定性,可信度都比較高,而且可以清晰的表達從開(kāi)始流動(dòng)到wan全流動(dòng)的全過(guò)程。屈服應力參數對于表征制劑的擠出、涂抹特性,穩定性也就具備了堅實(shí)的統計學(xué)意義。如下圖,得到的屈服應力在51~386Pa之間都合理,從重復穩定的角度,我推薦LVR處對應的應力作為屈服應力更合適。還可以報告LVR區間內的損耗因子的正切值,作為材料粘彈性的表征數據。

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  1. 2.6 流動(dòng)曲線(xiàn)

一致性評價(jià)的原則上明確要求表達低剪切速率和高剪切速率條件下的完整流動(dòng)曲線(xiàn),EMA還要求如有可能,報告符合流動(dòng)方程的特征數值。問(wèn)題的關(guān)鍵是,對于給定的樣品,剪切速率的合理范圍應該是多少呢?這個(gè)要看具體的樣品,設備的測試下限,還有與轉子的匹配程度。

乳膏軟膏通常都具有屈服應力,為了完整的表達低剪切速率條件下的應力和黏度變化,建議采用Log的取數方式.低剪切從0.01S-1開(kāi)始即可;還有部分軟膏,比如特別黏稠或者比較硬的樣品,剪切速率不能高,很容易被離心出去,因此,高剪切速率做到10S-1甚至1-S就到了極限。低剪切(不大于0.1 s-1)關(guān)系樣品的微結構:凝膠的結構強度、膏劑的穩定性;高剪切(不低于100 s-1)關(guān)系樣品實(shí)際使用情況:是否更易涂均勻。流動(dòng)曲線(xiàn)最終要建立一個(gè)標準樣品的置信區間,自研的樣品落在置信區間內就可以了。比如下圖,建立一個(gè)15%的置信區間的評價(jià)辦法。xin

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每個(gè)流變儀都有自己標稱(chēng)的扭矩范圍,比如哈克MARSIQ AIR的范圍是1uNm~150mNm.這個(gè)范圍是評價(jià)測試條件是否合理的根本依據。作為流變儀最重要的三個(gè)參數:應力,應變和剪切速率,基本計算公式如下:

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無(wú)論是黏度測試還是模量測試,M扭矩值必須在合理的范圍內。這就要求測量馬達的限制,轉子與測試樣品之間必須匹配。也就是說(shuō),在選擇剪切速率,形變控制或者應力控制的時(shí)候,扭矩需要大于最小扭矩,并且建議如果條件允許,最好可以大于zui低扭矩的10倍。對于哈克流變儀MARSIQ AIR或者VISCOTESTER IQ 系列設備來(lái)說(shuō),屏幕上有一個(gè)顏色顯示條,紅色代表低于扭矩下限,黃色代表10倍扭矩之內,綠色代表扭矩輸出在合理范圍內,數據有效。所以,在做條件設定優(yōu)化的時(shí)候,務(wù)必評估在該條件下的扭矩值,是否大于zui低扭矩,最好在10倍zui低扭矩以上。

3.2 法向應力FN

乳膏和軟膏無(wú)論是進(jìn)行哪一個(gè)類(lèi)型的測試,務(wù)必留意測試轉子下壓到設定間隙時(shí)候樣品反饋給法向力傳感器的FN數據。通常條件下,在開(kāi)始測試采集數據之前,法向力需要維持在一個(gè)較小的水平上,建議1~2N比較合適。如果法向力過(guò)大,可以采取如下措施:

1、 給一個(gè)非常小的預剪切,讓樣品在結構上盡快松弛下來(lái);

2、 更換一個(gè)更小尺寸的轉子;

3、 控制轉子下壓的速度,盡可能慢的達到設定間隙;

4、 適當提高間隙距離(如果測試剪切速率允許的話(huà));

在做流動(dòng)曲線(xiàn)測試過(guò)程中,如果測試過(guò)程中出現法向力是負值的情況,表明樣品處于即將離心出去的臨界狀態(tài),表示剪切速率已經(jīng)到達最大限值了。如下圖所示,在剪切過(guò)程中,法向應力應該是逐步下降的過(guò)程。

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3.3 盡量采用控制應力模式 

市面上絕大多數的流變儀都是應力控制的儀器,采用CS應力控制模式,數據的穩定性更好。在做振蕩測試的時(shí)候,應力控制和形變控制是等效的。

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3.4 測試數據的置信區間設置

推薦參考文獻(Rheology by Design: A Regulatory Tutorial for Analytical Method Validation,Ana Sim?es et.al, Pharmaceutics 2020, 12, 820)的數據,15%比較合適。當然也會(huì )遇到參比本身的差異也很大,設置為20%也合理。實(shí)際上這個(gè)在法規上沒(méi)有明確的定義。

3.5 流變儀配置推薦

文章到了最后,終不能免俗。寫(xiě)出來(lái)一個(gè)軟膏乳膏推薦的配置,供各位參考。

流變儀設備主機:空氣軸承,扭矩下限1uNm甚至更低,具備控制應力、控制形變、控制速率模式

具有法向力傳感器:0.01~50N甚至下限數據更低

頻率范圍:0.001~50HZ甚至下限數據更低

測試夾具:P20平板1套,磨砂P20平板一套(可選項),C35/2C錐板一套,P60平板一套(可選項)

溫控單元:半導體或者液體都可以


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