Zastosowanie spektroskopii dielektrycznej i kalorymetrii różnicowej w badaniach leków Field of study: Biophysics
Programme code: 03-S2BF13.2017

Na wykładzie student zdobędzie wiedzę z zakresu szerokopasmowej spektroskopii dielektrycznej (BDS) oraz skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC), będących nowoczesnymi metodami badawczymi fizykochemicznych własności leków. Student pozna m.in.: 1. Podstawy fizyczne szerokopasmowej spektroskopii dielektrycznej: • Dielektryki w stałym polu elektrycznym (wektory pola elektrycznego, mechanizmy polaryzacji, modele pola lokalnego- Lorentza, Debye’a, Onsagera, Frohlicha) • Dielektryki w zmiennym polu elektrycznym (relaksacja/retardacja dielektryczna, dyspersja i absorbcja dielektryczna, równanie Debye’a polaryzacji orientacyjnej, transformacje Kramersa-Kroniga, mechanizm molekularny relaksacji dipolowej- równania Debye’a-Stokesa, rozkłady czasów relaksacji - modele relaksacji niedebajowskiej, wpływ przewodnictwa na widmo dielektryczne) 2. Techniki pomiarowe szerokopasmowej spektroskopii dielektrycznej (metoda transmisji przez linię koncentryczną/falowód, metoda odbiciowa na linii koncentrycznej, metoda mostków zmiennoprądowych, analizator impedancji w dziedzinie częstotliwościowej, spektroskopia w domenie czasowej) 3. Zastosowania szerokopasmowej spektroskopii dielektrycznej w badaniach leków amorficznych: • Badania dynamiki molekularnej lekarstw amorficznych w szerokim zakresie temperatur i ciśnień odpowiedzialnej za stabilność tych układów (wyznaczanie czasów relaksacji strukturalnej oraz procesów drugorzędowych, wprowadzenie modeli opisujących temperaturowe i ciśnieniowe zależności czasów relaksacji, wyznaczanie temperatury przejścia szklistego, parametru kruchości, energii i objętości aktywacji procesów relaksacyjnych) • Badania stabilności fizycznej leków amorficznych (określanie kinetyki krystalizacji izotermicznej, przewidywanie stabilności lekarstw amorficznych na podstawie modeli entropowych oraz pomiarów starzeniowych szkieł, badanie wpływu wilgotności na tendencję lekarstw amorficznych do rekrystalizacji, określanie optymalnych warunków przechowywania lekarstw amorficznych) • Badania stabilności chemicznej leków amorficznych - kinetyka tautomeryzacji 4. Rodzaje technik pomiarowych skaningowej kalorymetrii różnicowej (system pomiaru przepływu ciepła, system kompensacji mocy) 5. Teoretyczne podstawy standardowej skaningowej kalorymetrii różnicowej (pomiary izotermiczne, pomiary z liniową zmianą temperatury) 6. Teoretyczne podstawy skaningowej kalorymetrii różnicowej z modulacją temperatury (metoda schodkowej, sinusoidalnej i stochastycznej modulacji temperatury) 7. Zastosowania szerokopasmowej skaningowej kalorymetrii różnicowej w badaniach leków amorficznych: • Badania w szerokim zakresie temperatur przemian chemicznych i fizycznych substancji leczniczych (przejście szkliste, topnienie, krystalizacja, parowanie, dehydratacja, procesy utleniania, degradacja termiczna, polimorfizm i pseudopolimorfizm, poliamorfizm) • Badania czystości substancji leczniczych (model van’t Hoffa) • Wyznaczanie stopnia krystalizacji oraz zawartości wody w próbce • Badania stabilności fizycznej leków amorficznych (określanie kinetyki krystalizacji izotermicznej i nieizotermicznej, wprowadzenie podstawowych modeli teoretycznych do wyznaczania energii aktywacji procesu rekrystalizacji) • Metody wyznaczania ciepła właściwego przy użyciu standardowego DSC oraz DSC z modulacją temperatury, obliczanie temperaturowych zależności entalpii i entropii. • Wyznaczanie czasów relaksacji strukturalnej ze starzeniowych pomiarów entalpii ralaksacyjnej oraz z pomiarów DSC z modulacją temperatury 8. Metody amorfizacji lekarstw (witryfikacja, kriomielenie, liofilizacja, suszenie rozpyłowe) i ich wpływ na dynamikę molekularną i własności termodynamiczne substancji leczniczych. Na zajęciach laboratoryjnych student nabywa umiejętności przeprowadzania eksperymentów i analizy danych pomiarowych wykonując samodzielnie następujące zadania: • Obsługuje aparaturę badawczą stosowaną w metodach BDS i DSC. • Przygotowuje próbki lekarstw amorficznych do badań i przeprowadza pomiary BDS i DSC. • Wykonuje analizy widm dielektrycznych, wyznacza temperaturowe zależności czasów relaksacji, a następnie temperaturę przejścia szklistego, wartości parametru kruchości oraz energii aktywacji relaksacji dielektrycznych, stosując odpowiednie modele teoretyczne. • Planuje i przeprowadza eksperyment wyznaczania izotermicznej kinetyki krystalizacji lekarstwa amorficznego metodą spektroskopii dielektrycznej, a następnie wykorzystując odpowiednie modele wyznacza stałą szybkości oraz energię procesu krystalizacji. • Analizuje termogramy otrzymane z pomiarów DSC lekarstw krystalicznych i amorficznych (przejście szkliste, topnienie, krystalizacja, parowanie, dehydratacja, degradacja termiczna, polimorfizm, poliamorfizm) i potrafi wyznaczyć wielkości termodynamiczne charakteryzujące te przemiany. • Określa wpływ wilgotności na wartości temperatury przejścia szklistego i na stabilność lekarstw amorficznych. • Wyznacza ciepło właściwe lekarstw przy użyciu standardowego DSC oraz DSC z modulacją temperatury. • Analizuje termogramy otrzymane z pomiarów DSC ze stochastyczną modulacją temperatury, na podstawie których wyznacza temperaturowe zależności czasów relaksacji strukturalnej lekarstw amorficznych. • Planuje i przeprowadza eksperyment wyznaczania nieizotermicznej kinetyki krystalizacji lekarstwa amorficznego metodą DSC, a następnie wykorzystując odpowiednie modele wyznacza stałą szybkości oraz energię procesu krystalizacji.

Znajomość podstaw fizyki w zakresie elektryczności i termodynamiki, umiejętność opracowywania danych pomiarowych.

(no information given)