GBC Scientific Equipment de México

Introducción

El control de calidad (CC) es un aspecto fundamental dentro de la industria farmacéutica. Los medicamentos deben comercializarse asumiéndose como seguros y con formulaciones activas cuyo rendimiento sea consistente y predecible. Sin embargo, el CC no debe centrarse únicamente en el medicamento en sí, sino que debe abarcar también el material de envasado, ya que puede afectar a la estabilidad de la calidad y la identificación del producto farmacéutico. Este material de envasado debe brindar protección, así como minimizar la pérdida de componentes y no debe tener ninguna interacción física o química que pueda alterar la calidad o presentar un riesgo de toxicidad.

Figura 1. El nuevo microscopio XGT-9000.

Con su alto grado de versatilidad, el XGT-9000 (Figura 1), el nuevo microscopio de rayos X de HORIBA, es la herramienta perfecta para la industria farmacéutica, ya que se puede aplicar fácilmente en entornos industriales, así como en I+D.

Por ejemplo, en una sola corrida analítica se pueden realizar múltiples caracterizaciones de un blíster completo. El mapeo del producto completo permite detectar defectos en el envase y verificar que todas las cápsulas estén presentes. Además, las cápsulas se pueden escanear para evaluar la homogeneidad de los elementos colorantes o para buscar cualquier material extraño que pueda haber quedado atrapado. Finalmente, también es posible contar, medir y analizar los granulados contenidos en cada cápsula.

DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO Y METODOLOGÍA

El principio de la técnica de fluorescencia de Rayos X se representa de forma esquemática en la Figura 2. Cuando algún material es expuesto a los Rayos X (Rayos X primarios, según la Figura 2) puede producirse la expulsión de uno o más electrones de la capa interna del átomo. La eliminación de ese electrón provoca que la estructura electrónica se torne inestable y con la finalidad de restablecer la neutralidad, los electrones de las capas externas «caen» a las inferiores para rellenar el hueco que fue generado. Al caer, se libera energía en forma de un fotón de rayos X característico, cuya energía es igual a la diferencia de energía de los dos orbitales implicados (Kα, Kβ, Lα, etc., en la Figura 2). De este modo, el material emite radiación con una energía característica de los átomos presentes.

Figura 2. Representación esquemática del fenómeno de Fluorescencia de Rayos X.

En el XGT-9000, los Rayos X característicos son registrados gracias a un detector de deriva de silicio de energía dispersiva el cual combina una alta tasa de conteo con una buena resolución. Además, no requiere del uso de nitrógeno líquido ya que se utiliza refrigeración termoeléctrica Peltier.
La principal ventaja del micro-XRF es la plataforma de muestra XY, que brinda la posibilidad de adquirir un espectro píxel por píxel a partir del cual se pueden reconstruir imágenes elementales de rayos X. Además, el nuevo software XGT-9000 está equipado con la funcionalidad para localizar y contar partículas individuales. Por ejemplo, los mapeos (fluorescencia de rayos X, rayos X transmitidos o combinados) se pueden procesar a través de esta función para la detección de partículas. Luego, se puede medir el tamaño promedio y obtener una distribución de tamaños.
El instrumento puede operar tanto en vacío total como en vacío parcial. Cuando se trabaja en vacío parcial, es posible analizar líquidos, muestras biológicas o hidratadas sin sufrir daños, ya que las muestras se mantienen a presión atmosférica. Esta característica única permite la caracterización de un blíster completo, así como de una cápsula individual, sin tener que lidiar con la deformación típica inducida por el vacío.

MEDICIONES Y RESULTADOS

Se utilizó un blíster comercial (Figura 3) para demostrar la capacidad del XGT-9000 para proporcionar la máxima información en un solo análisis.

Figura 3. Foto del blíster comercial que fue analizado mostrando (a) Cara A y (b) Cara B.

Gracias al amplia área de mapeo (máximo 10x10 cm) que posee el XGT-9000 y a su capacidad para trabajar en vacío parcial, con la muestra mantenida a presión atmosférica, fue posible obtener imágenes completas en una sola corrida de análisis para la cara B del blíster (Figura 4).

Figura 4. Mapeo de la Cara B del blíster completo. (a) Imagen de transmisión; (b) Imagen del espectro completo; (c) Imagen Fe; (d) Imagen Ti; (e) Imagen Al y (f) Imagen S.

La imagen de transmisión (Figura 4a) representa la absorción de rayos X a través de la muestra, observándose claramente la presencia de cápsulas completamente llenas con granulados. Sin embargo, con el análisis de la imagen de espectro completo de rayos X (Figura 4b) es posible identificar las cápsulas, así como los granulados en su interior e incluso el patrón de la lámina metálica. Las imágenes de hierro y titanio, Figura 4c y 4d respectivamente, son características de los colorantes utilizados en las cápsulas, mientras que el aluminio (figura 4e) y el azufre (figura 4f) provienen del envase, siendo el primero la lámina metálica del blíster y el segundo el utilizado para la banda de advertencia de color. Finalmente, otra capacidad útil es la posibilidad de detectar un desgarro en la película de sellado (área rodeada en el espectro completo de imágenes de hierro y aluminio).
En un segundo paso, se extrajo una cápsula del blíster y se procedió a su apertura para un análisis más detallado: primero las partes de la cápsula, y finalmente los granulados.
En la Figura 5 se muestran los mapas elementales de las cápsulas abiertas, donde los principales elementos detectados fueron azufre, hierro, titanio y potasio. El azufre y el titanio están presentes en ambas partes de la cápsula, pero mientras que el contenido de azufre es homogéneo, la porción de color amarillo de la cápsula muestra manchas localizadas con un mayor contenido de titanio. Además, también se observan algunas zonas heterogéneas en la imagen de potasio (ambos lados de la cápsula). Vale la pena señalar que el mapeo de hierro revela no solo que la porción de color amarillo de las cápsulas contiene algo de hierro, sino también la tinta utilizada para el texto.

Figura 5: (a) Imagen óptica de las 2 porciones de las cápsulas; Mapeos de Rayos X de las 2 porciones de las cápsulas para (b) Ti, (c) Fe, (d) S y (e) K.

En la Figura 6 se muestran los resultados del análisis de los granulados contenidos en el interior de la cápsula. Los granulados fueron fijados al soporte del soporte XY utilizando cinta Kapton y luego se analizaron directamente, fuera de su envoltura. Se determinó que el azufre es el principal elemento hallado y se evidenciándose su homogeneidad a escala de granulado. Sin embargo, también se apreció la presencia otros elementos (es decir, silicio y magnesio) pero con un alto grado de heterogeneidad.

Figura 6: (a) Imagen óptica de los granulados; Mapeo de Rayos X de los granulados para (b) S, (c) Si y (d) Mg.

La función de detección de partículas puede ser utilizada para conteo y para la medición del diámetro equivalente de los granulados individuales, obteniéndose un gráfico de distribución de tamaño (Figura 8). Además, se proporciona un archivo de posición que se puede utilizar para realizar un análisis automático de los puntos de cada partícula.

Figura 7. (a) Partículas detectadas y (b) Distribución de diámetros de circunferencia equivalente

Por último, con el fin de demostrar la capacidad del XGT-9000 para detectar objetos extraños, se insertó un fragmento metálico al interior de una de las cápsulas y se realizó un mapeo de rayos X (Figura 8). La imagen de transmisión muestra la presencia de los granulados, lo que demuestra que el fármaco está correctamente cargado, pero también la mancha oscura del fragmento en cuestión.

Figura 8. Imagen de transmisión de Rayos X de cápsula con material extraño en su interior.

Adicionalmente, la imagen característica de rayos X proporciona información complementaria, la cual se aprecia en la Figura 9.

Figura 9. (a) Imagen óptica de la cápsula; Mapa de Rayos X de (b) Ti, (c) S, (d) Fe, (e) Ni, (f) Cr y (g) Mo.

En primer lugar, el mapeo de titanio (Figura 10b) muestra que la porción de color blanco de la cápsula tiene un mayor contenido de titanio que la porción de color amarillo. Luego, los mapeos de hierro, níquel, cromo y molibdeno muestran que estos son los elementos primarios del objeto extraño metálico, que se puede suponer que es un fragmento de acero inoxidable. Sin embargo, es posible notar que la presencia de este objeto modifica la imagen de azufre, mientras que no tiene influencia en la de titanio. Mientras que la señal debida a la presencia de titanio proviene principalmente de la cápsula, que está sobre el fragmento metálico, los rayos X característicos de azufre son generados no solo por la cápsula, sino también por los granulados (como se muestra en la Figura 6). Sin embargo, la presencia del fragmento metálico altera la contribución a la señal de azufre al absorber los rayos X característicos emitidos por los granulados y crear la falta de homogeneidad observada en la imagen de rayos X (Figura 9c).

Conclusión

En esta nota de aplicación ha sido demostrado que la XRF no sólo es una técnica sencilla y no destructiva, sino que también se caracteriza por su gran versatilidad que podría beneficiar a la industria farmacéutica. Primero, con la amplia área de mapeo del XGT-9000 y la posibilidad de trabajar en vacío parcial, se ha demostrado que se puede obtener una imagen de un blíster completo, proporcionando información de la superficie (imágenes de rayos X) y también del interior de la muestra (imagen de transmisión). A continuación, se ha demostrado que se puede analizar una única cápsula, mostrando faltas de homogeneidad en el contenido de titanio, potasio y hierro, y también que los granulados se pueden analizar fuera de su envoltura. La función de detección de partículas fue empleada para contar y medir el tamaño de partículas individuales. Por último, se insertó un objeto extraño en el interior de la cápsula, y queda demostrado la capacidad del XGT-9000 para detectar y caracterizar cuerpos extraños. El XGT-9000 es una herramienta versátil que permite obtener información sobre diferentes elementos de un blíster. Su complementariedad con otras técnicas como la microscopía Raman puede ayudar a los laboratorios farmacéuticos a resolver problemas de producción, así como a obtener conocimientos sobre investigación fundamental.