04 Dic
Sistemas Dispersos Sólidos y Materias Primas Pulverulentas
La mayoría de las materias primas utilizadas en la elaboración de medicamentos son sustancias pulverulentas, tanto excipientes como principios activos. Por ello, es crucial conocer cómo deben manipularse y cuáles son las características fundamentales a considerar en las mezclas de polvos, ya que la homogeneidad de las mezclas obtenidas es esencial para la correcta dosificación de los principios activos en las formas farmacéuticas.
Definición de Sistemas Dispersos Sólidos
Los sistemas dispersos sólidos son mezclas donde partículas sólidas (fase dispersa) se distribuyen en un medio continuo (fase dispersante), que puede ser sólido, líquido o gas, formando dispersiones, coloides o suspensiones.
Un caso específico es cuando la fase dispersa y la fase dispersante son ambas sólidas (por ejemplo, una perla).
Características de las Materias Primas Pulverulentas
- Las partículas individuales de los polvos no son siempre del mismo tamaño.
- El tamaño de la unidad elemental de un polvo no debería sobrepasar 1 mm cuando se destina a la vía interna, y 100 µm cuando se utiliza tópicamente, ya que se considera que tamaños superiores aplicados sobre la piel pueden producir irritaciones.
- En los polvos denominados micronizados, las partículas elementales son menores de 50 µm y el 90% de ellas tiene menos de 9 µm.
La micronización aumenta el área superficial del polvo y mejora propiedades clave como la solubilidad, la biodisponibilidad o la uniformidad de la formulación. Este proceso se logra mediante técnicas como la molienda a alta velocidad.
Mezcla de Sólidos en la Industria Farmacéutica
La mezcla de sólidos es una operación básica que consiste en combinar dos o más componentes en estado sólido para obtener una distribución u homogeneización uniforme. Este proceso es esencial en la fabricación de formas farmacéuticas sólidas.
- Sirve para asegurar la uniformidad de la dosificación.
- Mejora propiedades como la compactación, la humedad y la solubilidad.
- Las mezclas de polvos están formadas por partículas de dos o más sustancias diferentes, lo cual puede implicar diferencias significativas en su forma, tamaño y densidad.
Factores que Intervienen en el Proceso de Mezcla de Sólidos
- Tamaño de las partículas
- Forma y rugosidad de las partículas
- Densidad de las partículas
- Proporción de los componentes de la mezcla
- Formación de cargas eléctricas
Tamaño de las Partículas
El tamaño de las partículas condiciona la relación entre las fuerzas de cohesión (fuerzas de atracción intermolecular que actúan entre partículas de una misma sustancia, manteniéndolas unidas), las fuerzas de superficie y las fuerzas inerciales y gravitacionales (que dependen de la masa de las mismas).
- A menor tamaño de las partículas, las fuerzas de cohesión aumentan.
- Para obtener un grado óptimo de mezcla, las sustancias deben mostrar grados de movilidad similares. De lo contrario, se favorece la segregación de los componentes de la mezcla.
Forma y Rugosidad de las Partículas
La observación del aspecto de las partículas al microscopio permite describir de manera cualitativa su forma.
La principal influencia de la forma y rugosidad de las partículas en el proceso de mezclado se refiere a su capacidad para transmitir la energía cinética (energía que un objeto posee debido a su movimiento) recibida de los órganos del mezclador o de otras partículas.
Parámetros de Caracterización:
- Esfericidad
- Dimensión fractal (medida de la irregularidad y complejidad de un objeto)
Se emplea tecnología adecuada para obtener una idea aproximada de sus características morfológicas. Así, pueden distinguirse:
- Partículas redondeadas (forma esférica, ovoide o elipsoide)
- Partículas poliédricas regulares (forma cúbica, granular)
- Partículas escamosas (regulares o irregulares)
- Partículas prismáticas
- Partículas fibrosas
- Partículas aciculares
- Partículas dendríticas (formas ramificadas)
Densidad de las Partículas
La densidad de las partículas se calcula como:
$$ \text{Densidad de las partículas} = \frac{\text{Masa de las partículas}}{\text{Volumen de los sólidos}} $$
Si los componentes de la mezcla poseen densidades diferentes (más densas o menos densas), la acción de la gravedad producirá una movilidad diferencial de las partículas, lo que puede provocar la segregación de los componentes.
La diferencia de densidad disminuye la estabilidad de las mezclas, ya que las partículas no permanecen uniformemente distribuidas. Sin embargo, la influencia de este factor es notablemente menor que la del tamaño de las partículas.
Proporción de los Componentes de la Mezcla
La homogeneidad en el mezclado es más difícil de conseguir cuanto más diferentes son las cantidades de cada componente.
Mezcla por Diluciones Seriadas
Esta técnica se utiliza cuando la proporción de principio activo es muy baja. Otra posibilidad consiste en mezclar el fármaco en primer lugar con el excipiente con el que guarde mayor afinidad y, a continuación, añadirlo al resto de los componentes.
Formación de Cargas Eléctricas
La aparición de cargas eléctricas dificulta la obtención de una mezcla homogénea debido a la tendencia de las partículas a agruparse.
Este fenómeno puede paliarse:
- Usando tensioactivos que hacen que las superficies de las partículas se vuelvan más conductoras, facilitando la anulación de las cargas formadas.
Equipos y Mecanismos de Mezcla
Características de una Mezcladora Ideal
Una mezcladora ideal debe cumplir con las siguientes características:
- Mezcla completa, rápida y suave que no dañe al principio activo.
- Fácil limpieza.
- Bajo costo de mantenimiento.
- Hermética.
- Bajo costo operacional.
Mecanismos de Mezclado
Mezclado Difusional (o por Difusión)
Es un proceso de mezclado de sólidos en polvo donde las partículas se mueven aleatoriamente, migrando de una zona a otra por efecto de la gravedad o la vibración. Resulta en una homogeneización microscópica de la mezcla, generalmente impulsada por rotación y gravedad.
Mezclado por Convección (o Movimiento Convectivo)
Consiste en el movimiento de grandes volúmenes de partículas de una región a otra dentro del mezclador, logrando una distribución uniforme a través de un flujo circulatorio. Este flujo puede ser impulsado por paletas giratorias, un girador o un flujo de gas, contribuyendo significativamente a la mezcla macroscópica.
Este mecanismo, también conocido como macromezcla, es esencial para mezclar materiales a granel y hace uso de fuerzas externas (agitadores). Se emplea en diversos equipos, como los mezcladores de canal con cinta o tornillos sin fin.
Mezclado por Cizallamiento (Corte)
La mezcla por cizallamiento se basa en la creación de fuerzas mecánicas intensas dentro del lecho de polvo o de la mezcla.
Tipos de Mezcladores
- Mezcladores de Cinta: Dispositivos con cintas helicoidales que mueven las partículas en direcciones opuestas para lograr una mezcla homogénea.
- Mezcladoras de Paletas de Doble Eje: La mezcla es bastante suave, esperando una baja degradación del polvo en 1 a 2 minutos.
- Mezcladores de Alta Velocidad: Equipos que utilizan paletas giratorias a alta velocidad para mezclar los sólidos mediante cizallamiento y convección.
Aplicaciones del Mezclado
- Homogeneización: Logra una distribución uniforme de los componentes en la mezcla.
- Dispersión: Separa las partículas de polvo que se han aglomerado.
- Reducción del Tamaño de Partícula: Las fuerzas de cizallamiento pueden romper partículas para reducirlas a un tamaño más pequeño.
- Emulsificación: Esencial para mezclar sustancias inmiscibles (como líquidos y sólidos).
Reducción del Tamaño de las Partículas (Pulverización)
Importancia de la Reducción de Tamaño
La reducción del tamaño de las partículas es el proceso de descomponer partículas sólidas grandes en partículas más pequeñas para mejorar la eficacia y las propiedades del producto final.
Se logra mediante diversas técnicas mecánicas como la molienda, trituración y cizallamiento, que aplican fuerzas de impacto, compresión o corte para fracturar las partículas.
Este proceso es fundamental en la industria farmacéutica, ya que altera favorablemente características fisicoquímicas clave como la textura y la estabilidad. La reducción del tamaño es crucial para mejorar la solubilidad, la biodisponibilidad y la uniformidad de los medicamentos.
Las partículas más pequeñas tienen una mayor superficie específica, lo que facilita la disolución y la absorción del principio activo.
- Absorción: Las partículas penetran en el interior o volumen del polvo (fenómeno de masa).
- Adsorción: Las partículas se adhieren a la superficie del polvo (fenómeno superficial).
Técnicas de Pulverización
La reducción del tamaño de los polvos se lleva a cabo con el mortero o con ayuda del pistilo.
- Para reducir la medida de los polvos secos, es mejor el mortero de porcelana.
- Para triturar material poco duro, se utiliza el mortero de cristal.
- Existen morteros cubiertos para evitar la inhalación de polvos peligrosos o irritantes.
Pulverización por Intermedio
Algunas sustancias son difícilmente pulverizables cuando se presentan aisladamente. En estos casos, se mezclan con otras sustancias que impiden la aglomeración del polvo inicial.
El intermedio puede ser:
- Sólido: Por ejemplo, NaCl para pulverizar vainilla.
- Líquido: Por ejemplo, pulverizar el alcanfor ligeramente mojado con alcohol.
La denominada levigación es una variedad de trituración con intermedio líquido que puede proporcionar polvos muy finos de forma manual.
Equipos de Reducción de Tamaño
- Molinos de Bolas: Dispositivos cilíndricos que giran alrededor de un eje horizontal, llenos de bolas de acero o cerámica que trituran el material por impacto y fricción.
- Molinos de Martillos: Equipos que utilizan martillos rotatorios para golpear y triturar las partículas.
- Molinos Coloidales: Dispositivos que utilizan fuerzas de cizallamiento y fricción para reducir el tamaño de las partículas en suspensiones o emulsiones.
Clasificación y Caracterización de Partículas por Tamaño
La clasificación de partículas es el proceso de separarlas en diferentes rangos de tamaño, lo cual es importante para asegurar la uniformidad de la formulación y del producto final.
Tamizado y Terminología
El tamizado sirve para separar los polvos en función de su tamaño. Para ello se utilizan tamices, formados por un tejido de hilos metálicos (normalmente de acero inoxidable o de nailon), dispuestos regularmente y sujetos en el fondo de un cilindro rígido (bastidor). Es aconsejable que el cilindro también sea de acero inoxidable.
Para caracterizar un tamiz, se establece la siguiente terminología:
- Luz de malla o abertura (L): Es la distancia entre los cantos de dos hilos paralelos y consecutivos.
- Diámetro de malla (M): Es la distancia entre los centros geométricos de dos hilos paralelos y consecutivos.
- Diámetro del hilo (d): Es la distancia mayor de la sección del hilo.
La relación es: $$ M = L + d $$
La farmacopea clasifica los tamices de manera que el número de tamiz corresponde a la anchura de su malla (luz) en micrómetros.
Análisis Granulométrico
Para realizar un análisis granulométrico por tamizado, se superpone un número determinado de tamices, con la luz de malla decreciente del tamiz superior al inferior. En el tamiz superior (que se tapa convenientemente) se dispone la muestra de polvo a estudiar.
La cascada de tamices se dispone sobre una base que vibra durante un tiempo determinado. Al finalizar la operación, se pesa la fracción de polvo que se encuentra sobre cada tamiz (que corresponde al tamaño comprendido entre la luz de la malla de este y la del tamiz inmediatamente superior).
Con los datos obtenidos, puede establecerse una curva de distribución de tamaño de partículas, que será tanto más estrecha cuanto más homogéneo sea el polvo de partida.
Fracciones de Cernido y de Rechazo
Después de tamizar, se obtienen dos fracciones:
- La fracción de partículas que pasa recibe el nombre de Fracción de Cernido (C).
- La fracción de aquellas que quedan retenidas recibe el nombre de Fracción de Rechazo (R).
Donde:
- T = Gramos del producto total
- C = Gramos de cernido
- R = Gramos de rechazo
$$ T = C + R $$
Se conoce como Índice de Cernido (IC) al porcentaje de polvo tamizado referido al producto total, y como Índice de Rechazo (IR) al porcentaje de polvo no tamizado referido al producto total.
Aglomeración de Partículas
La aglomeración es el proceso de unir pequeñas partículas en aglomerados más grandes y cohesivos. Este proceso mejora las propiedades de flujo, la compactación y la manejabilidad de los polvos, además de permitir ajustar el tamaño de partícula.
Propósitos de la Aglomeración
- Mejora la fluidez: Las partículas finas a menudo son difíciles de manejar. La aglomeración las transforma en gránulos más grandes y con mejor flujo.
- Reduce la formación de polvo: Disminuye la cantidad de polvo fino, lo que mejora la seguridad y la eficiencia del proceso.
- Controla el tamaño de partícula: Permite obtener partículas de un tamaño específico para aplicaciones particulares, como la fabricación de comprimidos farmacéuticos o la producción de materiales cerámicos.
- Facilita el mezclado: La aglomeración puede hacer que el mezclado de diferentes materiales sea más eficiente.
Aplicaciones de la Aglomeración de Partículas
- Farmacéutica: Fabricación de comprimidos y otras formas farmacéuticas.
- Alimentaria: Producción de café instantáneo, bebidas en polvo y otros productos.
- Química: Fabricación de detergentes, pesticidas, pigmentos y otros productos químicos.
- Minería y Metalurgia: Producción de pellets de mineral y materiales sinterizados.
- Construcción: Fabricación de materiales aislantes y otros materiales de construcción.
Aglomeración Deseable vs. Indeseable
Si bien la aglomeración puede ser beneficiosa, también puede ser un problema. La aglomeración no deseada puede causar problemas de fluidez, bloqueo de equipos y dificultad en el transporte y dosificación de materiales en polvo.
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