OPERACIONES UNITARIAS FARMACÉUTICAS

Nelda Hernández Q.Mayo 2024

UNIVERSIDAD DE PANAMÁFACULTAD DE FARMACIADEPTO. DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA FARMACÉUTICA

Operaciones Unitarias Farmacéuticas: Mezclado de sólidos

Mezcla: asociación de diferentes componentes que pueden encontrarse en diversos estados. La más utilizada es la mezcla de sólido-líquido.

La industria Farmacéutica lleva a cabo distintos procesos los cuales culminan en la fabricación de medicamentos, estos procesos se pueden dividir en distintas etapas, las cuales se definen como operaciones unitarias. Las operaciones unitarias tienen como propósito realizar un cambio físico de la materia sin que afecte las propiedades químicas de ésta. Todas las operaciones unitarias tienen su importancia pero una de las cuales tiene mayor impacto en la uniformidad de contenido del producto es el mezclado.

Introducción

El mezclado es una de las pocas operaciones unitarias que aplica a todas las formas farmacéuticas, ya que por definición siempre se tendrán más de dos componentes, por lo cual se busca una buena distribución de los mismos. Entre las formas farmacéuticas fabricadas con mayor demanda en el mercado se encuentran las tabletas y las cápsulas, las cuales son sólidas. Por este motivo, se ha buscado durante los últimos años mejorar, facilitar y comprender el impacto del mezclado de sólidos sobre el producto final.En otras palabras el mezclado se emplea de forma tal que cada unidad (partícula, molécula, etc.) de uno de los componentes establezca el contacto más próximo posible con una unidad de los demás componentes. Si ello se consigue se dice que se realizó una mezcla perfecta.

Definición

Técnica

El mezclado requiere el movimiento de los componentes con el fin de alcanzar la homogeneidad deseada o una distribución uniforme de un producto farmacéutico. Dicho movimiento es producido por medios mecánicos generalmente cuando se mezclanííquidos miscibles o sólidos en líquidos se puede lograr un mezclado íntimo, pero con líquidos inmiscibles y materiales muy viscosos o pastosos el grado de mezclado logrado es menor.

Cuando dos componentes que no interactúan (por ejemplo, gránulos de flujo libre) con propiedades similares (tamaño, forma, densidad, entre otras) se mezclan en un mezclador ideal, la calidad de la mezcla alcanza un máximo de azar de mezcla.La calidad de las mezclas aleatorias no va a mejorar incrementando el tiempo de mezclado.. También hay que tomar en cuenta que para partículas con diferentes propiedades físicas (tamaño, densidad, formación de cargas electrostáticas, entre otras), no siempre es posible lograr una mezcla aleatoria.

Una mezcla perfecta de dos tipos de partículas es aquella en la que cualquier muestra aleatoria tomada de la mezcla, contendrá la misma proporción de cada partícula como las proporciones presentes en la mezcla en su conjunto.

Mezcla Aleatoria estocástica

Mezcla Prefecta

Tipos de mezclas

Existen tres mecanismos principales por los que se produce la mezcla de polvos:

• convección
• deslizamiento
• difusión

Mecanismos de mezclado de polvos

Representa el movimiento de masas relativamente grandes de polvo, que pueden ser debido a la inversióncompleta del lecho de polvo.

Convección:Los mecanismos por convección surgen por el movimiento de grupos de partículas o agregados que se desplazan uno con respecto al otro por acción del mezclador .Los agregados son seleccionados para cada desplazamiento y luego trasladados a otro lugar en el mezclador. De este modo la homogeneidad espacial se mejora y el área superficial emtre los componentes aumenta.

Representa el mecanismo de deslizamiento, donde el material se mueve encima de otro hasta ir conformando una mezcla con mayor uniformidad.

Deslizamiento El mecanismo por deslizamiento se produce cuando una capa de material se mueve o fluye sobre otro. Esto puede deberse a la eliminación de una masa por que la mezcla por convección crea un plano de cizallamiento/deslizamiento inestable, que condiciona a que el lecho de polvo colapse. También puede ocurrir en mezcladores de alto deslizamiento o de caída.

Se muestra como las partículas verdes al moverse forman pequeños huecos donde las naranjas se introducen.

Difusión El mecanismo de difusión es un proceso el cual se toma de acuerdo a la escala de longitud de las partículas en el mezclador. No es un proceso físico con una ecuación gobernante tal como ocurre con la difusión molecular en un fluido. Más bien se explica de la siguiente forma: los componentes pasan periodos de tiempo en un estado comprimido denso, después, por acción del mezclador; los componentes son distribuidos sobre una superficie y, como resultado, un nuevo conjunto de contactos partícula-partícula es desarrollado

Mezclador de listón

Mezclador planetario

Mezclador Bin

Mezclador en V

Equipos para deslizamiento

Equipos para convección

Muchos factores pueden afectar la calidad de la mezcla, es crucial para su estudio durante el desarrollo y la producción de un nuevo producto las características físicas de los polvos, tales como la densidad de la partícula, la forma, el tamaño / proporción, las propiedades superficiales y la intensidad de cohesión, son muy importantes, principalmente para determinar la tendencia de los componentes de la mezcla a separarse. Aspectos relacionados con el equipo, la operación y la formulación, tales como el diseño y operación del mezclador, una combinación de condiciones de funcionamiento, y la formulación de mezcla son también importantes y requieren una gran atención.

Factores que intervienen en el proceso de mezclado

Tamaño de la partícula

El término tamaño de un polvo o material particular es relativo. Desde que el tamaño es usado para clasificar, categorizar o caracterizar un polvo, el término no está claramente definido. Un intento para clasificar el tamaño de la partícula viene dado por la Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos (10a edición) refiriéndose a aperturas estándar de mallas o tamices

La forma, en su sentido más amplio, es importante en el comportamiento de la partícula, y sólo con mirar la forma de la partícula, sin tratar de cuantificarla, puede ser benéfico para el desarrollo de la formulación farmacéutica.

Forma de la partícula

Las partículas esféricas son las que poseen la mayor capacidad de flujo, por lo que son las más fáciles de mezclar, pero también se segregan con mayor facilidad que las partículas no esféricas. Las partículas irregulares o en forma de aguja pueden entrelazarse, lo que reduce la tendencia a la segregación una vez lograda la mezcla. Las partículas no esféricas tienen un área de superficie mayor con respecto a su peso,

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La relación de masa a volumen es conocida como densidad. Existen tres tipos diferentes de densidades para polvos, densidad verdadera, densidad granular y densidad compactada.La densidad aparente es determinada colocando el polvo dentro de un cilindro graduado mediante un embudo y midiendo peso y volumen que ocupa. En el caso de la densidad compactada, esta se determina siguiendo el mismo procedimiento anterior, pero esta vez las mediciones se realizaran después de someter el cilindro polvo, a un golpeteo mecánico, en un aparato el cual provee de un número fijo de golpes controlados, hasta el punto donde la cama de polvo, tiene modificaciones mínimas en su volumen. Usando el peso inicial del polvo en el cilindro y el volumen final ocupado, se puede calcular la densidad compactada.

Densidad del polvo

En ocasiones es deseable conocer la densidad verdadera de nuestros polvos, calculando los espacios o porosidad que queda en la cama compactada del polvo.Experimentalmente la densidad verdadera es determinada por la suspensión de las partículas en solventes de varias densidades en la cual el compuesto es insoluble. En algunos casos para lograr que el polvo se sumerja en los solventes, la humectación se puede mejorar mediante la adición de una pequeña cantidad de tensoactivo.; posteriormente se agita y centrifuga, la muestra que aun presente flotación de partículas después de alcanzar el equilibrio, transcurrido un tiempo, es aquella que corresponde a la densidad aparente de nuestro polvo, por lo que es necesario medir mediante un picnómetro, la densidad de dicho disolvente.

Otro gran problema al tratar con los polvos, es la segregación que se produce cuando partículas de propiedades diferentes se distribuyen en distintas partes de la cama del mezclado. La segregación es el efecto opuesto a la mezcla, y es de vital importancia debido a que una muestra puede pasar de aleatoria a no aleatoria o incluso la mezcla aleatoria podría no ocurrir. La segregación sucede porque las muestras de polvo que se encuentran en la práctica no se están formando partículas esféricas de un solo tamaño. Las variaciones presentadas en las partículas significan que las partículas tienden a comportarse de modo distinto cuando son forzadas a moverse y en consecuencia, tienden a separarse.

Segregación

Los procesos de segregación son complejos y por lo tanto no se pueden predecir cuantitativamente. Estos procesos son debido principalmente a las diferencias en los tamaños de partículas, densidad de partícula, forma de la partícula, y / o la rugosidad de la superficie de la partícula. Sin embargo, es importante la interpretación de los procesos de segregación y conocer los principios de sus mecanismos.

Segregación...

• La selección de fracciones de tamaño de partículas a fin de conseguir fármacos y excipientes con un intervalo estrecho de tamaño de partícula.
• La trituración de los componentes, para reducir el intervalo de tamaño de las partículas o para garantizar que todas las partículas tengan un tamaño inferior a unos 30 um, tamaño en que la segregación no causa tantos problemas.
• La cristalización controlada durante la producción de los fármacos y excipientes para obtener componentes de forma cristalina o un intervalo de tamaños determinado.
• Selección de excipientes con una densidad similar a la del componente activo.
•  La granulación de la mezcla de polvos, de forma que exista un gran número de partículas distintas distribuidas de manera homogénea en cada unidad/gramo de segregación.

Acciones preventivas para la segregación

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