Optimizacija procesa sferične kristalizacije laktoze z dokončnim presejalnim načrtom

Šenica, Sabina (author), Planinšek, Odon (mentor)

V tej raziskavi smo s pristopom načrtovanja eksperimentov skušali optimizirati proces sferične kristalizacije laktoze, natančneje difuzije topila iz kvazi-emulzije. Za optimizacijo smo uporabili dokončni presejalni načrt (angl. definitive screening design, DSD), ki omogoča, da z majhnim številom eksperimentov pridemo do produkta z optimalnimi lastnostmi. Želeli smo dobiti delce z dobrimi pretočnimi lastnostmi in izkoristkom, primerne za nadaljnjo uporabo. Preučevali smo vpliv temperature kristalizacijskega sistema, volumskega razmerja med netopilom in celotnim kristalizacijskim sistemom, hitrosti mešanja sistema, koncentracije laktoze v raztopini, hitrosti dodajanja raztopine in vrste netopila na lastnosti delcev. Vrednotili smo izkoristek, velikost delcev (D10, D50, D90), porazdelitev velikosti delcev in Hausnerjevo razmerje. Z dobljenimi rezultati smo z dokončnim presejalnim načrtom identificirali aktivne učinke in postavili model za vsako lastnost posebej. Najpomembnejši aktivni učinek je bila koncentracija laktoze, ki je imela vpliv pri vseh lastnostih, razen pri vrednosti D10 (velikost delcev). Prav tako je bilo pomembno volumsko razmerje med netopilom in celotnim kristalizacijskim sistemom, ki ni imelo vpliva le na D90, na D10 in D50 pa je imelo negativen vpliv. Izbira netopila je vplivala na izkoristek, D90, porazdelitev velikosti delcev in Hausnerjevo razmerje. Najbolj kompleksne učinke smo dobili pri D50, saj smo poleg učinkov prvega reda imeli prisoten negativen kvadratni učinek koncentracije laktoze, eno pozitivno dvofaktorsko interackcijo (koncentracija laktoze x hitrost dodajanja raztopine) in eno negativno dvofaktorsko interakcijo (koncentracija laktoze x volumsko razmerje). Poleg tega je bil pri D50 prisoten še negativen učinek hitrosti dodajanja raztopine, ki je vplival tudi na izkoristek in D90. Temperatura kristalizacijskega sistema in hitrost mešanja nista vplivala na lastnosti delcev pri danih eksperimentalnih pogojih. Na koncu smo z eksperimentom optimizacije izdelali še delce, za katere se je izkazalo, da so odlični za direktno tabletiranje, saj imajo kompresibilnost primerljivo s komercialno dostopnimi tipi laktoze, med tem ko je kompaktibilnost še veliko boljša od delcev na tržišču. Prav tako imajo tablete ob visoki trdnosti zelo dobro poroznost, zato bi bili delci primerni za uporabo v formulacijah s takojšnim sproščanjem učinkovin.

• Language: Slovenian
• Keywords: laktoza, sferična kristalizacija, dokončni presejalni načrt, inženiring delcev, načrtovanje eksperimentov
• Work type: Master's thesis/paper
• Organization: FFA - Faculty of Pharmacy
• Year: 2019
• PID: 20.500.12556/RUL-106126
• Publication date in RUL: 30.01.2019

Secondary language

• Language: English
• Title: Optimization of lactose spherical crystallization with a definitive screening design

Abstract

In this research we tried to optimize the process of spherical crystallization of lactose, more precisely diffusion of solvent from quasi-emulsion. Definitive screening design (thereinafter DSD) was used for optimization which gives optimum product demanding smaller number of experiments. Our goal was to obtain good yield of particles with good flow properties which can be used further. Temperature of crystallization system, volume ratio of non-solvent versus crystallization system, mixing speed, lactose concentration in solution, solution adding speed and type of non-solvent were studied to recognize the effect on particle properties. Yield, particle size (D10, D50, D90), particle size distribution and Hausner ratio were evaluated. We were able to identify active effects and construct a model for each property from obtained results using DSD. Most relevant active effect was lactose concentration, which affected most properties, except D10 (particle size). Volume ratio of non-solvent versus crystallization system was also relevant and had a negative effect on D10 and D50 and had no effect on D90. Type of non-solvent affected yield, D90, particle size distribution and Hausner ratio. Most complex effects were obtained at D50 because of first order effects and negative square effect of lactose concentration, one positive two factor interaction (lactose concentration x solution adding speed) and one negative two factor interaction (lactose concentration x volume ratio). Besides, negative effect of solution adding speed at D50 was present, which also affected yield and D90. Temperature of crystallization system and mixing speed did not affect particle properties under given experimental conditions. Using optimization experiment at the end, we prepared particles that were excellent for direct tableting because of compressibility comparable to commercial types of lactose and even better compactibility that commercial particles possess. Tablets also have a very good porosity at high tablet hardness, which allows usage of particles in immediate release formulations.

• Keywords: lactose, spherical crystallization, definitive screening design, particle engineering, experiment planning