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Einbrennsilikonisierung bei pharmazeutischen Glaspackmitteln - Analytische Studien eines Produktionsprozesses

by Mundry, Tobias

Abstract (Summary)
Die Einbrennsilikonisierung wird schon lange verwendet, um spezielle Eigenschaften bei pharmazeutischen Glasbehältnissen zu erzielen. Üblicherweise werden Silikonöle verwendet um Gleitfilme auf den Oberflächen vorgefüllter Glasspritzen zu erzeugen oder die Glaswand zu hydrophobieren damit wäßrige Inhalte sauber ablaufen können. Weiterhin kann durch die hydrophobe Deaktivierung der Glaswände eine Reduktion der Adsorption von Wirk- und Hilfsstoffen sowie eine Erhöhung der hydrolytischen Resistenz erreicht werden. Wegen des parenteralen Verwendungszweckes werden meistens Gläser der Glasart 1 entsprechend dem europäischen Arzneibuch eingesetzt. Die Silikonölfilme (Trimethylsiloxy-endgeblockte Polydimethylsiloxane, PDMS) werden aus verdünnter wäßriger Emulsion auf der inneren Behältnisoberfläche gespreitet und anschließend bei Temperaturen oberhalb von 300°C für ca. 10-30 min hitzebehandelt. Neben der Sterilisation und Entpyrogenisierung wird der Silikonfilm durch das Einbrennen verändert. In der Literatur wurde dieser Prozeß bisher als Hitzefixierung oder -härtung bezeichnet in der Annahme, daß das Silikonöl durch Glasbindung oder Quervernetzung immobilisiert wird. Es wurden weitere Effekte wie Verdampfung oder Zersetzungsreaktionen als Folge der Hitzebehandlung angenommen. Die Dissertation hatte daher zum Ziel diese Vorstellungen analytisch zu belegen. Die Eigenschaften einbrennsilikonisierter Gläser lassen sich durch einfache Experimente beschreiben. Durch organische Extraktion der Gläser (z.B. Toluol, Dichlormethan) läßt sich der überwiegende Silikonanteil (ca. 80%) wiederfinden. Nach erschöpfender Extraktion zeigt sich eine beständige Hydrophobie z.B. durch die Ausbildung hoher Randwinkel von Wasser oder das veränderte Ablaufverhalten von Flüssigkeiten in diesen Behältnissen festgestellt werden. Basierend auf diesen Beobachtungen wurde die Anwesenheit einer gebundenen neben einer löslichen Silikonölfraktion nach dem Einbrennen angenommen. Alle analytischen Studien wurden an dieser zwei Lagen Theorie orientiert und durchgeführt. Dazu wurden einige oberflächensensitive Techniken wie z.B. die kombinierte Röntgenphotoelektronen- und Augerelektronenspektroskopie (XPS/AES) und die Flugzeit-Sekundärionenmassenspektroskopie (TOF-SIMS) eingesetzt. Durch chemische Zustandsdiagramme und massenspektroskopische Strukturanalyse konnte die Ausbildung von Bindungen zwischen Glas und Silikon detektiert werden. Kontaktwinkelmessungen zeigten, daß das gebundene Silikon bis ca. 400°C thermostabil ist und oberhalb von 450°C pyrolysiert wird. Die extrahierbare Silikonfraktion wurde ebenfalls mit einigen analytischen Techniken im Vergleich mit den jeweiligen unbehandelten Ausgangsmaterialien untersucht. Chromatographische Studien mittels Größenausschluß- und Hochtemperatur-Gaschromatographie (SEC,GC) zeigten signifikante Unterschiede in der polymeren Zusammensetzung des PDMS. Die Molekulargewichtsmittel stiegen als Folge von Verlusten von niedermolekularen Siloxanen einer Größe zwischen 0-100 Siloxaneinheiten (SU) an. Diese Defizite können auf Verdampfungs- (0-50 SU) und Zersetzungsreaktionen (50-100 SU) zurückgeführt werden. Die Untersuchung des extrahierbaren eingebrannten Silikonöls mit der Fourier Transform Infrarot Spektroskopie (FTIR) zeigte keine strukturelle Veränderung der PDMS Moleküle, z.B. durch Hydrolyse, Oxidation oder Verzweigung an. Die Emulgatoren werden durch das Einbrennen zerstört. Dies wurde durch die 1H-Kernresonanz Spektroskopie (1H-NMR) nachgewiesen. Die Thermostabilität des PDMS wird durch katalytische Effekte der Emulsionshilfsstoffe und durch die Anwesenheit von Sauerstoff erniedrigt, wie aus thermogravimetrische Analysen (TGA) mit kommerziellen Silikonölen und Ölemulsionen modellhaft abgeleitet wurde. Um die Migration von Silikonölspuren in Arzneimittel in silikonisierten Glasbehältnissen zu bewerten wurde eine Atom Absorptions spektroskopische (AAS) Methode entwickelt und entsprechend den ICH-Richtlinien validiert (Bestimmungsgrenze in Liquida 10 mg/L). Die Schlußfolgerung aus den Analysen ist, daß nach der Einbrennsilikonisierung zwei differenzierbare Silikonfraktionen an der Glasoberfläche anwesend sind. Die kovalent gebundene Dünnschicht ist unlöslich und verliert ihren Ölcharakter, ist aber für die Hydrophobisierung ausreichend. In der löslichen Fraktion, werden die mittleren Molekulargewichte durch den Verlust von niedermolekularen Anteilen erhöht. Der Anteil dieser Schicht hängt von der eingesetzten Ausgangsmenge an Silikonöl ab. Durch die Entfernung der niedermolekularen Anteile und die Zerstörung der Emulgatoren können toxikologische Bedenken zurückgestellt werden.
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Bibliographical Information:

Advisor:

School:Humboldt-Universität zu Berlin

School Location:Germany

Source Type:Master's Thesis

Keywords:Chemie pharmazeutische Glaspackmittel Silikon-Analyse

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Date of Publication:11/12/1999

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