Aufklärung der Prozess-Struktur-Beziehungen von wirkstoffpartikelhaltigen Polymerkompositen in Schmelzextrusionsprozessen
Fördergeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektbearbeitung: Johannes Lang
Zusammenfassung des Gesamtprojekts:
Die Schmelzextrusion stellt in der pharmazeutischen Industrie und Forschung einen bevorzugten Prozessschritt zur lösemittelfreien Herstellung fester (Zwischen-)Produkte dar. In den letzten Jahren hat sie insbesondere bei der Herstellung von Intermediaten für den schmelzbasierten 3D-Druck an Bedeutung gewonnen. Dieser Ansatz wird intensiv beforscht, da er die Herstellung hinsichtlich der Wirkstoffdosis und -freisetzung individualisierten Arzneiformen ermöglicht. Um bei der additiven Herstellung der individualisierten Arzneiformen die größtmögliche Dosisflexibilität und damit auch die Herstellung von individuellen Kombinationspräparaten zu ermöglichen, ist eine möglichst hohe Wirkstoffkonzentration in den durch die Schmelzextrusion hergestellten Intermediaten unerlässlich.
Hierzu werden Wirkstoffe in polymeren Matrices eingebettet, wobei aufgrund von intermolekularen Wechselwirkungen zwischen Wirkstoff und Polymer und der erhöhten Temperatur während der Prozessierung die Möglichkeit besteht, die kristalline Struktur der Wirkstoffpartikel aufzulösen und eine amorphe Lösung zu erhalten. Mit steigender Wirkstoffkonzentration ist eine vollständige Wirkstofflöslichkeit im Polymer allerdings nicht mehr gewährleistet, was zu teilweise partikulär vorliegendem Wirkstoff während der Prozessierung sowie im erstarrten Produkt führt. Der partikulär-dispers vorliegende Wirkstoffanteil stellt Herausforderungen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften der Intermediate und der nachgeschalteten additiven Fertigung der finalen Arzneiformen dar.
Darüber hinaus kommt es bei der Prozesskette aus Schmelzextrusion und 3D-Druck zu einem wiederholten Aufschmelzen und Scheren, welches aufgrund der partiellen Löslichkeit des Wirkstoffs in der Polymermatrix zu einer Änderung des dispersen Zustands des Wirkstoffs führen kann und daher anwendungstechnisch relevant ist. Daraus ergibt sich das übergeordnete Ziel dieses Forschungsprojekts der Beschreibung von Material-Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen für komplexe, partikelbeladene Polymerkomposite mit partiell löslichem Wirkstoff. Hierzu werden innovative Methoden wie Schmelzkapillarrheologie und Raman-Mikroskopie gezielt eingesetzt, um Prozesszustände und Produkteigenschaften präzise zu analysieren.
Ziele und Aufgaben des iPAT: