Lima cara teratas Anda dapat menggunakan Zetasizer untuk membantu meningkatkan stabilitas formulasi Anda.
Pengembangan formulasi merupakan aktivitas penting bagi banyak industri, mulai dari farmasi, hingga cat dan pelapis. Memang, diperkirakan bahwa di Inggris saja, penjualan produk formula mencapai sekitar £ 180 miliar per tahun1. Ini berarti bahwa mendapatkan rumusan yang 'benar' adalah tujuan penting, dengan nilai yang cukup besar yang melekat padanya. Stabilitas adalah sifat penting untuk banyak produk dengan dampak langsung pada performa, masa simpan, daya tarik mengekang, dan pada akhirnya, nilai. Oleh karena itu, pendekatan sistematis untuk memahami dan mengembangkan stabilitas dapat sangat membantu dalam meningkatkan kemungkinan keberhasilan dalam uji stabilitas jangka panjang dan mempercepat formulasi.
Rangkaian Zetasizer dari Malvern adalah sistem yang paling banyak digunakan di dunia untuk ukuran partikel nano, koloid dan protein, serta pengukuran zeta potensial. Dalam whitepaper ini, kami memeriksa bagaimana kemampuan ini dapat dimanfaatkan untuk mengembangkan dispersi yang stabil.
Dalam hal suspensi dan emulsi, stabilitas mengacu pada kecenderungan fasa terdispersi untuk tetap tidak berubah dan terdistribusi secara seragam melalui fasa cair terus menerus dari waktu ke waktu. Mekanisme utama dari ketidakstabilan meliputi agregasi atau koagulasi, penggabungan satu dari lebih banyak partikel, dan sedimentasi atau pengendapan. Mekanisme ini dapat terjadi secara independen, atau dengan kombinasi, seperti dalam kasus agregasi yang diikuti dengan sedimentasi terkait dari partikel yang lebih besar yang dihasilkan – merupakan masalah umum.
Tujuan utama dari formulasi adalah untuk mengoptimalkan sifatnya untuk memenuhi aplikasi yang spesifik. Jika formulasi yang dihasilkan tidak stabil, karakteristik yang dioptimalkan ini mudah terkikis atau hilang. Misalnya, dalam obat suspensi, ukuran partikel obat yang terdispersi dikaitkan dengan kelarutan in vivo dan bioavailabilitas, sementara distribusi partikel yang homogen memastikan dosis yang seragam. Jika partikel obat berkumpul dan / atau mengendap, keefektifan klinis dan keamanan dapat berkurang. Di sisi lain, dalam cat atau tinta, ukuran partikel terdispersi mempengaruhi cara cahaya berinteraksi dengan lapisan akhirnya - corak atau warna yang diamati, transparansi dan / atau tingkat kilapnya (gloss) - dan kemampuan bermanfaat lainnya seperti tahan cuaca dan kemudahan diaplikasikan . Di sini, agregasi berdampak langsung pada konsistensi, performa, dan nilainya.
Pengujian stabilitas merupakan aspek kunci dari formulasi. Ini menentukan periode waktu di mana pelanggan dapat mengharapkan produk memberikan performa yang konsisten, dapat dioptimalkan dan / atau aman, sehingga bisa menetapkan spesifikasi untuk umur simpannya.
Memahami dan mengontrol stabilitas adalah kunci untuk memperpanjang umur simpan selama mungkin untuk memaksimalkan kegunaan, keamanan, dan daya tarik komersial produk. Bagian berikut merinci lima strategi yang dapat diterapkan dengan berguna memakai Zetasizer Nano untuk mencapai tujuan itu.
Zetasizer Nano mengukur ukuran partikel di kisaran 0,3 nm hingga 10 µm menggunakan teknik hamburan cahaya dinamis (dynamic light scattering DLS). Partikel kecil dalam dispersi / suspensi mengalami gerak Brown. Kecepatan gerak Brown dapat diukur langsung dari pola hamburan cahaya (light scattering) yang dihasilkan oleh partikel yang bergerak. Sistem DLS menentukan laju difusi partikel dari pengukuran fluktuasi intensitas hamburan cahayanya dan mengubah hasilnya menjadi data distribusi ukuran partikel / ukuran partikel melalui persamaan Stokes Einstein. Karena intensitas hamburan cahaya setara dengan ukuran partikel pangkat enam, DLS sangat sensitif terhadap keberadaan partikel besar atau agregat walaupun dalam jumlah sedikit.
Gambar 1. Skema yang menunjukkan komponen kunci sistem DLS - laser, detektor, lensa pemfokusan, dan kuvet (yang menampung sampel) - dalam konfigurasi NIBS.
Pengukuran ukuran droplet dari emulsi di bidang farmasi dilakukan di berbagai konsentrasi sampel, dari 0,0001 hingga> 5% b/v, untuk menilai pengaruh konsentrasi apa pun pada nilai yang tercatat (lihat gambar 2). Hasilnya menunjukkan bahwa data ukuran droplet terukur sebagian besar tidak bergantung pada konsentrasi sampel yang mengkonfirmasi kemampuan instrumen untuk mengirimkan data yang dapat diandalkan sesuai konsentrasi sampelnya, dan potensi hamburan balik, meningkat.
Gambar 2. Data untuk emulsi di bidang farmasi menunjukkan kemampuan Zetasizer Nano untuk mengukur ukuran partikel secara andal dan berulang pada berbagai konsentrasi sampel, menggunakan teknologi NIBS.
Contoh data: Menggunakan pengukuran zeta potensial untuk mengoptimalkan stabilitas emulsi silikon
Silikon menunjukkan tingkat stabilitas termal yang tinggi, dan karenanya terintegrasi dalam berbagai produk rumah tangga dan medis dalam bentuk emulsi. Pengukuran zeta potensial dari tiga emulsi silikon yang berbeda sampel dibandingkan dengan peringkat stabilitas yang diamati untuk menentukan apakah potensi zeta dapat digunakan untuk memprediksi stabilitas sampel keempat.
Gambar 3. Data untuk sampel emulsi silikon menunjukkan korelasi yang erat antara stabilitas yang diamati dan nilai zeta potensial.
Hasilnya menunjukkan bahwa ada korelasi erat antara zeta potensial yang diukur dan stabilitas yang diamati dengan hanya satu sampel (# 3) yang menunjukkan zeta potensial yang menunjukkan stabilitas elektrostatis yang kuat (lihat gambar 3). Dari hasil kestabilan sampel keempat, yang memiliki zeta potensial terukur sebesar 13,2 mV, dapat diprediksi memiliki kestabilan yang buruk, hampir serupa dengan sampel A.
Parameter interaksi DLS (kD) dipengaruhi oleh interaksi termodinamika dan hidrodinamika antara partikel dalam suspensi dan merupakan ukuran kecenderungan molekul yang lebih besar untuk memisahkan secara reversibel menjadi komponen yang lebih kecil - kebalikan dari agregasi. KD yang lebih positif menunjukkan interaksi repulsif yang kuat dan, dengan demikian, stabilitas yang lebih besar. Oleh karena itu, pengukuran kD dalam kondisi yang relevan menambah wawasan tentang stabilitas formulasi yang diberikan oleh zeta potensial.
kD dihitung dari ketergantungan konsentrasi koefisien perbedaan sampel, sebagaimana ditentukan dari data DLS menggunakan ekspresi berikut:
di mana Dm adalah koefisien perbedaan timbal balik (terukur), D0 adalah koefisien perbedaan diri (koefisien perbedaan pada konsentrasi nol), dan C adalah konsentrasi sampel. Oleh karena itu dapat dengan mudah ditentukan melalui serangkaian pengukuran DLS.
Perangkat lunak tingkat lanjut - Zetasizer Nano memiliki perangkat lunak yang menghitung KD dari pengukuran uji, memudahkan akses ke data yang diperlukan.
Contoh data: Menilai stabilitas dispersi HSA sebagai fungsi pH
Dispersi Human Serum Albumin (HSA) digunakan dalam berbagai aplikasi medis, misalnya untuk memulihkan volume darah, dan digunakan secara rutin sebagai standar referensi biologis. Dampak pH pada stabilitas dispersi HSA ditentukan dengan menghasilkan nilai kD pada pH 7 dan 4, melalui plot Debye dinamis dari koefisien perbedaan sebagai fungsi konsentrasi (lihat gambar 4). Data yang dihasilkan menunjukkan bahwa stabilitas ditingkatkan dengan meningkatkan keasaman dispersi.
Gambar 4. Plot Dinamis Debye untuk HSA pada pH 7 (kiri) dan pH 4 (kanan) dengan garis yang paling sesuai untuk menentukan kD. Hasilnya menunjukkan bahwa dispersi lebih stabil pada kondisi yang lebih asam.
Intralipid adalah emulsi minyak dalam air trigliserida yang digunakan untuk nutrisi parenteral baik sendiri atau dicampur dengan komponen lain, seperti vitamin dan mineral, untuk membentuk larutan nutrisi parenteral total (TPN). Gambar 5 menunjukkan plot zeta potensial dari emulsi Intralipid sebagai fungsi kalsium klorida, yang digunakan untuk mensimulasikan efek penambahan mineral. Hasilnya menunjukkan bahwa Intralipid menunjukkan stabilitas tinggi tanpa adanya kalsium klorida - nilai zeta potensial sekitar -50 mV. Namun, stabilitas ini dengan cepat terkikis melalui penambahan kalsium klorida dalam jumlah kecil, dengan IEP yang diamati pada konsentrasi sekitar 4 mM. Penambahan lebih lanjut dari kalsium klorida menyebabkan pembalikan muatan dalam zeta potensial, menunjukkan bahwa ion Ca2+ terikat pada permukaan tetesan emulsi.
Gambar 5. Plot zeta potensial sebagai fungsi konsentrasi kalsium klorida menunjukkan bagaimana penambahan garam mengganggu stabilitas.
Kontrol suhu berkinerja tinggi, sudah bawaan - alternatif yang efisien untuk penangas air (water bath) eksternal dan sistem sirkulasi yang akan memberikan hasil lebih baik. Kontrol suhu yang baik merupakan persyaratan penting untuk semua pengukuran DLS, karena gerakan Brown dari suatu partikel dan viskositas pendispersi keduanya secara langsung bergantung pada suhu. Zetasizer Nano memberikan kontrol suhu Peltier integral pada kisaran 0 hingga 90°C hingga +/- 0,1°C, serta pemanasan sistem yang cepat dan kemampuan untuk mengubah suhu dengan cepat - kedua fitur yang dapat berguna untuk studi suhu tinggi.
Contoh data: Menilai pengaruh suhu terhadap stabilitas cat
Zeta potensial dari dua sampel cat (# 305 dan # 803) diukur untuk mengukur stabilitas. Sampel disintesis menggunakan metode polimerisasi kimia yang berbeda dan, dalam penggunaan, # 803 ditemukan stabil, sedangkan # 305 tidak, dengan deposit terbentuk di cat setelah beberapa bulan. Nilai zeta potensial untuk kedua sampel tersebut 55,0 dan 51,1 mV masing-masing dan baik hasil ini, maupun data ukuran yang diukur pada suhu kamar, memberikan indikasi apa pun tentang mengapa cat dapat bekerja berbeda. Pengukuran ulang ukuran dilakukan pada 80°C untuk melihat apakah pengujian suhu yang lebih tinggi akan membedakannya (lihat gambar 6).
Gambar 6. Data ukuran untuk sampel # 305 (atas), diukur pada 80°C, menunjukkan bahwa itu mengumpulkan seiring waktu, sementara # 803 (kanan) memiliki stabilitas yang lebih baik.
Pengukuran zeta potensial biasanya digunakan untuk menilai stabilitas berbagai macam sistem koloid. Zeta potensial adalah ukuran besarnya tolakan elektrostatis atau muatan pada lapisan batas yang mengelilingi partikel dan merupakan salah satu parameter fundamental yang diketahui mempengaruhi stabilitas sistem. Dua lapisan ion yang mengelilingi partikel dalam suatu larutan, lapisan Stern pada bagian dalam yang terikat erat dan lapisan difusi pada bagian luarnya, di mana ion-ion kurang berasosiasi dengan kuat.
Di dalam lapisan difusi ada batas nosional/khayal yang disebut slipping plane di mana partikel memberikan pengaruh yang kecil. Muatan pada slipping plane disebut zeta potensial.
Oleh karena itu, zeta potensial mengukur keseimbangan gaya tolak dan gaya tarik yang dialami partikel saat mereka mendekati satu sama lain. Pada zeta potensial yang mendekati nol, gaya-gaya ini rendah dan sistem tidak stabil, sangat rentan terhadap agregasi. Zeta potensial negatif atau positif yang disampaikan (+/- 30 mV), di sisi lain, menunjukkan sistem yang stabil secara elektrostatis yang akan menahan agregasi partikel.
Artikel diadaptasi dari publikasi Malvern Panalytical (WP161006ZetaFormulationStability-EN)
