Microanalysis in Pharmaceutical Product Development and Trouble-Shooting

Význam tématu

Farmaceutické výrobky podléhají přísným kvalitativním požadavkům, kdy je nezbytné zajistit správné složení a absolutní absenci nežádoucích kontaminantů.
Tradiční makroskopické techniky, jako střední a blízká infračervená spektroskopie, poskytují celkovou informaci o vzorku, avšak nejsou schopny selektivně identifikovat drobné částice či inkluze v materiálech.
IR mikroskopie s vysokým prostorovým rozlišením nabízí klíčový nástroj pro detailní karakterizaci malých struktur, což významně podporuje jak rutinní kontrolu kvality, tak vývoj nových farmaceutických forem.

Cíle a přehled studie / článku

Tato application note demonstruje tři hlavní aplikace FTIR mikroskopie LUMOS II ve farmaceutickém prostředí:

• Identifikace inkluze v tabletě metodou ATR-FTIR mikroskopie.
• Stanovení chemické povahy částic ve sterilech po filtraci skrz zlato­vou membránu.
• Mapování distribuce API a excipientů v průřezu ibuprofenové tablety.

Cílem je ukázat možnosti plně automatizovaného měření, rychlou analýzu a využití spektrální knihovny pro zjištění původu kontaminace či heterogenity formulace.

Použitá metodika a instrumentace

Pro realizaci studií byly využity následující přístroje a software:

• FTIR mikroskop LUMOS II (stand-alone, kompaktní, plná automatisace).
• OPUS spektroskopický software pro akvizici a vyhodnocení spekter.
• Moduly OPUS/SEARCH a OPUS/3D pro knihovní vyhledávání a chemické zobrazování.
• ATR-COMPLETE spektrální knihovna (>26 000 spekter běžných látek).

Měřené vzorky byly fixovány přímo na mikrovise nebo na zlaté filtrační membráně bez další přípravy, přičemž velikost měřené oblasti se pohybovala od 10×10 µm až do mapovacích polí 500×325 µm.

Hlavní výsledky a diskuse

1. Identifikace inkluze v tabletě

• Vizuální výskyt žluté inkluze v bílé tabletě byl lokalizován mikroskopickým obrazem.
• Automatizovaná ATR-FTIR měření na inkluzi a okolní matrici odhalila odlišné spektrální signatury.
• Knihovní vyhledávání označilo inkluzi jako magnesium stearate, což umožnilo zpětně vysledovat zdroj kontaminace.

2. Analýza částic ze sterilních roztoků

• Částice byly zachyceny na zlatém filtru a analyzovány přímo bez chemické přípravy.
• Spektrum vláken ukázalo charakteristickou dvojitou absorpci kolem 1200 cm⁻¹.
• Spektrální knihovna potvrdila původ částic jako poly(tetrafluorethylen) (Teflon), pravděpodobného zdroje z filtračního zařízení nebo zátky.

3. Mapování distribuce API a excipientů

• V průřezu ibuprofenové tablety byla provedena ATR-FTIR mapa o rozměru 500×325 µm se spatialním rozlišením 25×25 µm.
• Lineární kombinace spekter čistých látek odhalila prostorová rozložení ibuprofenu, laktózy, mikrokrystalické celulózy a sodného dodecylsulfátu.
• Sloučené chemické obrazy ilustrují homogenitu matricového složení a lokalizaci ochranné vrstvy, klíčové pro řízené uvolňování API.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a spolehlivá identifikace kontaminantů i drobných inkluzí.
• Minimální nutnost vzorkové přípravy – měření „on-stage“.
• Plně automatizované workflow vhodné i pro rutinní QC laboratoře.
• Detailní chemické mapy podporují formulaci nových lékových forem a optimalizaci výrobních procesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s pokročilými výpočetními metodami (strojové učení) pro automatickou klasifikaci spekter.
• Vývoj detekce v reálném čase pro inline kontrolu výroby.
• Kombinace IR mikroskopie s jinými zobrazovacími technikami (raman, SEM) pro komplexnější charakterizaci.
• Rozšíření spektrálních knihoven o nové excipienty a polymorfní formy API.

Závěr

FTIR mikroskopie s vysokým prostorovým rozlišením představuje efektivní nástroj pro řešení problémů kvality farmaceutických produktů. Systém LUMOS II díky své kompaktní konstrukci, automatizaci a intuitivnímu softwaru nabízí rychlá a přesná měření bez náročné přípravy vzorků. Uplatnění v QC, R&D i troubleshooting posiluje důvěryhodnost výrobního procesu a umožňuje cílené zlepšování formulací.

Reference

• Bruker Optics BOPT-01, Application Note AN M119, 2021