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• Claudia Contreras Alvarez

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Reología Tecnología Farmacéutica II. Dra. Verónica Romero

La reología estudia como se deforma y fluye la materia cuando se le somete a una presión. Esta puede ser una tensión, una compresión o una fuerza de cizalla (o corte). Es el estudio del flujo e involucra la caracterización de la viscosidad de SOLIDOS, LIQUIDOS y SEMISOLIDOS. La viscosidad de un fluido puede ser descripta como la resistencia al flujo o movimiento

El comportamiento reológico de un sistema disperso depende de: • La viscosidad del medio de dispersión. • Concentración. • Forma y tamaño de las partículas. • Interacciones entre partículas/partículas y partículas/medio de dispersión. El estudio de la reología de un sistema disperso brinda información sobre su estructura interna

Materiales

Newtonianos

No newtonianos

Viscosidad constante, indepte. de la velocidad de agitación

Viscosidad varía con la agitación aplicada

Plásticos

Dilatantes

Pseudoplásticos

Ley de Newton Relaciona capas paralelas de liquido, las cuales están unidas por la parte inferior, con la aplicación de una fuerza en la capa superior de las mismas , las capas superiores se mueven a una velocidad constante y las inferiores con una que es directamente proporcional a su distancia con la capa estacionaria de la parte inferior.

El gradiente de velocidad, o la velocidad de agitacion (dv/dR), es la diferencia de velocidad dV entre dos planos de liquidos separados por la distancia dr(velocidad cizallamiento) La fuerza(F/A) aplicada en la capa superior que se requiere para generar un flujo, (velocidad de agitamiento, G) es llamado estres de agitacion.

F/A = η dv/ dr

η = F/G

A mayor viscosidad de un liquido, mayor estrés de agitación es necesario para generar para generar cierto grado de movimiento

η = F/G

FLUIDO NEWTONIANO: La viscosidad no se modifica con la vel. de agitación

VISCOSIDAD: POISE (o CENTIPOISE): 0,01P Fuerza de agitación requerida para producir una velocidad de 1cm/seg entre dos planos paralelos de liquido de 1 cm2 de área y separados por una distancia de 1 cm. Reograma

Grafico de F/G

FLUIDOS NO NEWTONIANOS

No obedecen a la ley de Newton

La mayoría de los fluidos farmacéuticos no siguen esta ley, debido a que la viscosidad de los fluidos cambia con la velocidad de agitación. Fluidos no newtonianos

Plástico

Pseudoplástico

Dilatante

Fluidos plásticos El reograma no pasa por el origen pero se intersecta en el eje F un punto llamado: FUERZA DE CORTE (YIELD VALUE). El material no comenzara a fluir hasta que se alcance ese valor, a valores menores de G la sustancia se comporta como un sólido (material elástico).

Suspensiones concentradas, particularmente si la fase continua es de alta viscosidad o si es floculada, pomadas

Fluidos pseudoplásticos El material comenzara a fluir tan pronto como comience el stress de agitamiento, la pendiente de la curva disminuye gradualmente con el aumento de la velocidad de agitamiento.

Dispersiones acuosas de coloides, (tragacanto, metilcelulosa, carmelosa, pvp, carbomer).

Fluidos dilatantes La viscosidad aumenta con el incremento en la velocidad o stress de agitacion (G).

Dispersiones que contengan altas concentraciones de partículas pequeñas defloculadas, pastas.

Tixotropía Cuando un sistema en equilibrio se somete a un cambio repentino de las condiciones externas, tarda cierto tiempo en adaptarse a ellas o sea que tarda cierto tiempo en recomponer la estructura interna una vez que esta ha sido rota por la fuerza aplicada

Para el caso de PLASTICOS Y PSEUDOPLASTICOS: LA CURVA SE CORRE HACIA LA DERECHA, LO CONTRARIO OCURRE CON FLUJOS DILATANTES. La presencia de la curva de histéresis indica un rompimiento en la estructura y el área de la diferencia se puede utilizar como índice de ese rompimiento.

Propiedades de los productos farmacéuticos que son dependientes del flujo 1. Los productos pueden ser administrados fácilmente 2.Se previene o retarda la sedimentación, y si ocurre, es de fácil redispersión. 3. Apariencia elegante del producto

Geles Tecnología Farmacéutica II. Dra. Verónica Romero

¿Que son? Los geles son formas farmacéuticas de consistencia semirrígida generalmente no tienen aceites grasos, destinados a aplicarse sobre las membranas mucosas, no tienen poder de penetración, por eso se utilizan para ejercer acción tópica (de superficie).

Geles: Formas farmacéuticas de consistencia semirrígida destinados a aplicarse sobre las membranas mucosas y piel. No tienen poder de penetración, por eso se utilizan para ejercer acción tópica (de superficie). Jaleas: Son una clase de geles cuya matriz coherente estructural mantiene una gran proporción de líquido, por lo general agua. Las jaleas son geles pero más fluidos.

Ventajas • Bien tolerados. • Fácilmente lavables. • Producen sensación de frescura.

Desventajas • Incompatibilidad con numerosos principios activos. • Tendencia a la desecación. • Bajo poder de penetración (indicados para tratamientos superficiales) • Fácil de contaminar.

Clasificación de geles

Tipos de Geles

Formados por sólidos dispersos Dióxido de silicio coloidal Bentonita y Veegum

Basados en polímeros hidrofílicos

Tipo I

Lipófilos (oleogeles)

Tipo II

Carbomer

Polímeros de fuentes naturales

Policarbofil

Derivados de celulosa

Polímeros vinílicos y derivados de guar

Geles formados por sólidos dispersos En sistemas altamente floculados se establece una red de partículas sólidas continua, con el vehículo líquido dispersado en el volumen vacío entre las partículas. La interacción en gral. es de tipo van der Waals ( a veces electrostática). Ejemplos incluyen caolín, bentonita y silicato de aluminio y magnesio. La unión entre las partículas es débil: enlaces entre partículas se rompen debido a agitación TIXOTROPÍA

Geles basados en polímeros hidrofílicos Se generan por dispersión de polímeros hidrófilos en un vehículo acuoso. Al dispersarse en agua, los polímeros hidrófilos se comportan como coloides liófilos y sus propiedades físicas únicas resultan de la auto-asociación del polímero disuelto y de su interacción con el medio acuoso. Hay dos tipos de auto-asociación (denominado irreversible y reversible) que se clasifican como geles tipo 1 o tipo 2.

Geles tipo 1 En geles tipo 1 las cadenas poliméricas poseen uniones covalentes entre sí. Propiedades • Capacidad de absorber alta cantidad de agua (a menudo 100 veces su masa original) manteniendo su estructura tridimensional. • Exhiben propiedades mecánicas robustas, siendo resistente a la fractura después de la exposición a altas tensiones y excelente flexibilidad (no se rompen los enlaces covalentes).

Ácido poliacrílico (Carbomer) En agua se dispersa en agregados coloidales (en espiral) de viscosidad mínima (alrededor de pH 3). Si se neutraliza la dispersión, por ejemplo con TEA, trietilamina o NaOH, se expanden las cadenas poliméricas. De este modo la viscosidad de la formulación se incrementa dramáticamente. Incompatiblidades: fármacos ácidos, sales de Ca y Mg. ALTERNATIVA!

Existen diferentes tipos de Carbopol®, que vienen designados por un número, pero los que más se utilizan actualmente en farmacia son el Carbopol® Carbopol® 934 y el Carbopol® Carbopol® 940. 940 Los que llevan la letra P después del número son de elevada pureza, con un contenido residual de benceno muy bajo, que los hace aptos vía oral (p. ej. como aglutinante en comprimidos)

Policarbofil Polímero acrílico de alto peso molecular • Excelentes propiedades bioadhesivas (liberación p.a membranas mucosas) • Agente de liberación controlada en aplicaciones farmacéuticas sólidas orales.

Noveon® AA-1 Polycarbophil Aplicaciones: orales y tópicas Solvente residual: acetato de etilo

Geles tipo 2 Las interacciones son reversibles y de tipo puente de hidrógeno, iónicas o de van der Waals. La aplicación de fuerza romperá temporalmente estas interacciones, permitiendo de este modo el flujo. Después de la eliminación de la fuerza, las interacciones se restablecen y la viscosidad de la formulación vuelve a su valor de reposo.

Polímeros de fuentes naturales Carragenanos: se obtienen de algas rojas y se utilizan en concentraciones del 0,3 al 1 % p/p Ácido algínico y derivados: Polisacárido derivado de la familia de algas marina. La adición de iones calcio a una dispersión de ácido algínico resulta en una interacción electrostática que produce un gel viscoso. Exudados vegetales: goma arábiga y tragacanto. Extractos de semillas: pectinas y almidón. Extractos de hojas y flores: mucílagos de malva, altea, caléndula y plántago. Origen animal: caseína y gelatina.

Derivados de Celulosa

Otros Polímeros • Polímeros o Co Co-polímeros vinílicos Alcohol polivinílico y polivinilpirrolidona.

• Derivados de goma guar • Hidroxipropil goma guar (Jaguar HP8®) • Acidificación del líquido gelificante pH 4-6

Factores que afectan el proceso de gelación de los geles tipo II La gelación ocurre cuando una cantidad suficiente de interacciones polímero-polímero se llevan a cabo.

Concentración del polímero: ↓[polímero] flujo newtoniano, ↓ interacciones polímero-polímero. ↑ [polímero] Punto de gelación, a medida que ↑[], ↑ el número de interacciones polímeropolímero, en una dada [] flujo no newtoniano.

Factores que afectan el proceso de gelación de los geles tipo II Peso molecular del polímero: A medida que aumenta el peso molecular el polímero aumenta la viscosidad. Naturaleza del solvente: En el solvente adecuado las cadenas poliméricas se encuentran expandidas, en solventes de baja afinidad las cadenas se encuentran colapsadas. (viscosidad) pH del solvente: Afecta directamente a la ionización de los polímeros ácidos o básicos que, a su vez, afecta a la expansión de las cadenas poliméricas (reología óptima a pH máxima expansión).

Factores que afectan el proceso de gelación de los geles tipo II Temperatura: Cierto tipo de polímeros hidrofílicos pueden sufrir transiciones térmicas que producen un aumento de la viscosidad. Fuerza iónica del solvente: Afecta propiedades reológicas de polímeros tanto no iónicos como iónicos. A ↑ [electrolitos], los polímeros no iónicos pueden sufrir desolvatación de sus cadenas (salting out). Para polímeros iónicos a ↓[electrolito], se enmascaran las cargas de los grupos ionizables del polímero, reduciéndose su capacidad de interactuar con el solvente reología!!!. Si la [electrolito] es ↑ ↑ precipitación salina.

Formulación de geles Componentes Principio activo Agente gelificante Vehículo Co-solventes Humectantes Conservantes Reguladores de pH Secuestrantes

Formulación de geles p.a insolubles en agua: 1.Disolver en un medio hidroalcohólico y posteriormente gelificar. 2.Elaborar el gel en agua y añadir el principio activo.

p.a solubles sólo en aceite: Se solubiliza el p.a en aceite y se añade al gel. Los geles acuosos, de elevada viscosidad, admiten a concentraciones moderadas de aceite, dispersándose y formando emulsiones libres o privadas de emulgente, donde el polímero gelificante actúa como protector.

Elaboración • En cuanto a los equipos, son similares a los de elaboración de soluciones, suspensiones y emulsiones. • En la industria se trabaja en recipientes al vacío o mediante desaireación posterior. • En su preparación requiere tiempo para que el gelificante absorba el solvente (inbibición). • Si se trabaja con un turbo agitador este tiempo es breve y la incorporación de aire mínima. • Mezcladores en línea de alto cizallamiento (mezclar, emulsificar, homogeneizar, solubilizar, suspender, dispersar y desintegrar sólidos)

Control de calidad Características organolépticas. Viscosidad. pH Controles químicos de principios activos: identificación, valoración Identificación y valoración preservantes. Control microbiológico.

Envases Son fabricados con estaño, con aluminio o con una creciente variedad de materiales de plástico (polietileno, polipropileno u otro plástico flexible y sellables por calor)

Ejemplo: Gel ácido salicílico Componentes

Cantidades

Jaguar HP8®

2,0 %

Nipagin sódico Acido salicílico Agua c.s.p

0,2 % 1,5 % 50 g

Preparación 1. Disolver el conservante en el agua de la fórmula. 2. Dispersar el jaguar HP8® sobre la mezcla anterior y homogeneizar. 3. Añadir el ácido salicílico. 4. Envasado en tubo de pomada.