Polveri - Salvataggio automatico

Polvere: definizione

Insieme di particelle solide, secche, libere, generalmente irregolari, aventi dimensioni (taglia) tra 0,5 e 1000 micrometri (=1 mm=1 milione di nm). Per dimensione si indica tutte le caratteristiche fisiche delle particelle (volume, area superficiale e forma). Da queste caratteristiche fisiche dipendono:

• La biodisponibilità: più la polvere è fine, più rapidamente si solubilizza, più rapido è l'assorbimento e più veloce la risposta terapeutica, perché per poter attraversare le membrane e quindi essere assorbito deve trovarsi sotto forma di soluto.
• Le caratteristiche tecnologiche: miscelazione, scorrevolezza, velocità di sedimentazione.

Classificazione

La farmacopea classifica le polveri:

• In funzione della taglia (dimensione, grado di finezza), ma è comunque una classificazione indicativa, perché le polveri non saranno mai tutte della stessa taglia, cioè monodisperse, ma avranno un certo grado di polidispersione, rappresentabile graficamente da una gaussiana (asse x dimensioni delle particelle in micrometri, asse y frequenza), che indica la distribuzione delle dimensioni delle particelle e la cui base, quanto più stretta, indica un più basso e quindi migliore grado di polidispersione, quindi particelle dalle dimensioni simili:
• Micronizzate tra 0,5 e 10 micrometri
• Molto fini, fini e moderatamente fini tra 10 e 150 micrometri
• Grossolane tra 150 e 1000 micrometri (1 mm)
• Aggregati > 1000 micrometri
• In funzione dell'impiego:
• Polveri per uso orale (0,5-400 micrometri, se sono più piccole le particelle non si percepiscono in bocca):
• Preparazioni multidose per uso interno: la dose viene prelevata con un dosatore e somministrata in cialde o disciolta/sospesa in un liquido (acqua o tisana).
• Preparazioni monodose per uso interno: polvere suddivisa in singole dosi racchiuse in capsule di gelatina o HPMC, cialde, cartine.
• Polveri per uso cutaneo (0,5-150 micrometri): polveri aspersorie, più piccole se no percepisco il graffio. Preparazioni multidose destinate all’uso topico.
• Granulati: (600-4000 micrometri): possono essere effervescenti, gastroresistenti, rivestiti, a rilascio modificato.

Metodi per ottenere le polveri

• Tramite processi chimico-fisici
• Tramite processi di polverizzazione (o macinazione) manuale o meccanica

La polverizzazione di particelle grossolane (ordine di mm, ottenute tramite frantumazione) consente di ridurre la taglia particellare (restando al di sopra dei 10 micrometri). Non esistono processi meccanici che consentano di passare direttamente con una sola operazione da un prodotto grossolano a una polvere finissima. Lo scopo della polverizzazione è la riduzione delle dimensioni con conseguente aumento dell’area superficiale, della solubilità, uniformità, e facilità di essiccamento.

Polverizzazione manuale

Metodo più antico e tuttora uno dei più usati in farmacia. Tramite mortaio (contenitore a fondo arrotondato, fatto di agata, acciaio, ceramica…) e pestello (con il suo movimento circolare continuo, interrotto da azioni di schiacciamento (contusione), determina uno sfregamento e compressione del materiale sulle pareti del contenitore. Problematiche: è il meccanismo più semplice ma non è efficace, perché è difficile ottenere un’elevata riduzione dimensionale con mortaio e pestello. Le particelle più piccole, originate facilmente nelle prime fasi della macinazione, vanno a riempire gli spazi fra le particelle più grandi originando uno strato abbastanza compatto da rendere inefficace la forza che un operatore può applicare manualmente. È opportuno effettuare a brevi intervalli di tempo una setacciatura del materiale con un setaccio per raccogliere ogni volta il materiale già sufficientemente macinato.

Polverizzazione meccanica

Tramite mortai meccanici, molini meccanici o micronizzazione. La macinazione avviene in molini, composti da un contenitore in cui sono inseriti degli elementi macinanti in movimento, che applicano un carico alle particelle (i molini consentono di applicare una maggiore potenza di carico rispetto a metodi manuali) sfruttando il meccanismo di taglio, attrito, compressione o impatto, che vengono usati per materiali diversi perché i materiali non rispondono tutti allo stesso modo, quindi la scelta dello strumento dipende dalle caratteristiche intrinseche del materiale che può essere più o meno elastico, plastico o frammentare.

Molino a coltelli

Le particelle vengono rotte in modo netto da una o più lame rotanti sfruttando il meccanismo di taglio (sforzo esercitato in modo molto concentrato), idoneo per materiali fibrosi (radici, foglie, cortecce). Si posiziona la polvere nella parte alta, e pian piano che viene tagliata e ridotta di dimensioni viene fatta passare attraverso una griglia calibrata che lascia passare tramite i pori solo la polvere più piccola in un cassetto di raccolta nella parte bassa dell’imbuto.

Molino a cilindri

Rottura delle particelle per compressione, i due rulli (elementi macinanti) quando si avvicinano applicano una pressione crescente sulla superficie delle particelle e tra le particelle, che passano dall’alto. La dimensione delle particelle è regolata dalla spaziatura dei due cilindri. È utilizzato per materiali cristallini.

Molino a martelli

Sfrutta il meccanismo di impatto che provoca una deformazione intensa e improvvisa, tra un materiale stazionario che viene colpito dagli elementi macinanti che si muovono ad alta velocità, o viceversa. È costituito da un contenitore in metallo che racchiude 4 o più martelli uniti all’asse centrale. Idoneo per materiali friabili. Questo metodo garantisce rapidità, capacità di macinare diversi tipi di materiale, continuità di operazione, assenza di superfici metalliche di frizione che inquinerebbero il materiale. Lo svantaggio è lo sviluppo di calore, perché aumentando la forza, gli impatti, aumentano contestualmente anche la temperatura, quindi se ho un materiale che fonde a una certa temperatura potrebbe impastare tutto il sistema.

Molino a sfere

Sistema classico che si può trovare anche in un laboratorio di una farmacia. In questo metodo oltre all’impatto si sfrutta anche l’attrito. È un sistema chiuso, un cilindro rotante al cui interno ci sono delle sfere tendenzialmente di acciaio, anche di diversa grandezza. È importante la velocità di rotazione, se troppo bassa si ottiene una scarsa polverizzazione per rotazione delle sfere l’una sopra l’altra, si muovono solo sulla parte bassa, se troppo alta le sfere sono spinte contro le pareti dalla forza centrifuga. Alla velocità ottimale che è 2/3 di quella a cui avviene la centrifugazione delle sfere di porcellana, queste si arrampicano per circa 4/5 della parete del contenitore, macinando per attrito, per poi ricadere al centro del cilindro, macinando per impatto.

Micronizzazione

Per ridurre le particelle al di sotto dei 10 micrometri o micronizzo o atomizzo. Per ottenere polveri micronizzate (<10 micron) è necessaria l’applicazione di notevole energia, tramite il molino ad energia fluida (chiamato anche micronizzatore a getto d’aria), che agisce tramite meccanismi di impatto e attrito (attrito: sfregamento del materiale tra un elemento macinante in movimento e un elemento fisso). Le particelle da polverizzare vengono trascinate da una violenta corrente d’aria in una camera progettata in modo che subiscano un gran numero di urti e sfregamenti reciproci e contro le pareti. Via via che le dimensioni delle particelle si riducono, quelle di minore dimensione ruotano più vicine alla parete interna della camera dove è presente il foro di uscita delle particelle. Problematiche: la forza (energia) applicata durante il processo di polverizzazione è usata con efficacia molto bassa, in genere non superiore al 2%.

Gli elementi macinanti applicano un carico alle particelle del materiale da macinare. Come conseguenza le particelle subiscono una deformazione che può essere elastica o reversibile (quando cessata l’applicazione della forza le particelle tornano alla loro forma originaria, o plastica (irreversibile). Al limite della deformazione plastica, quando il carico supera un valore caratteristico di ogni materiale, si ha rottura delle particelle e la loro frammentazione.

Legge di Hooke

Un sistema completamente elastico risponde alla legge di Hooke. Questa pone in relazione lo sforzo applicato (forza, carico) con la deformazione da esso provocata. Diagramma forza/deformazione ci dice che esiste una correlazione tra forza applicata e deformazione elastica. In generale si osservano tutti e 3 i meccanismi: a basse forze prevale la deformazione elastica, all’aumentare della forza le particelle iniziano a deformarsi irreversibilmente (plastica) (yeld point) per poi rompersi. Ogni materiale ha la sua specificità, può comportarsi in modo plastico, elastico o frammentarsi. Quindi seguendo il modulo di Young, quindi la legge di Hooke, abbiamo inizialmente un aumento della deformazione elastica all’aumentare dello sforzo (nella zona lineare, dove la curva sale in modo costante) poi abbiamo una zona non lineare al centro che corrisponde alla deformazione plastica, e poi a un certo punto, aumentando ancora il carico avrò frammentazione, punto di rottura. Light scattering per sistemi colloidali (nanometrici) per determinare la taglia di particelle nanometriche.

Proprietà dei materiali

Le proprietà dei materiali che influenzano direttamente il processo di polverizzazione e dalle quali dipende la scelta del metodo da adottare sono:

• Durezza e resistenza: più i materiali sono duri, più difficilmente sono polverizzabili (es. caolino, ossido di Mg, calcio lattato).
• Adesività: il materiale che possiede adesività può aderire alla superficie di frantumazione ed è difficilmente polverizzabile e ha la tendenza a formare aggregati. La problematica può essere risolta con la co-macinazione con altro materiale inerte. Questi sono materiali gommosi e resinosi come gomma arabica, adragante, che sono adesivi appunto, hanno una certa adesività, aderiscono.