Délaminage du verre dans des flacons pharmaceutiques liés aux modifications chimiques de surface

NOTE D'APPLICATION

INTRODUCTION

Plusieurs cas notoires ont été rapportés concernant l’apparition de lamelles de verre dans les voies parentérales. pour la pharmaceutique de Red Lion1 La Food and Drug Administration des États-Unis recense environ une douzaine de rappels de médicaments au cours des dernières années associés à une délamination du verre ou à des particules non identifiées observées en solution. Ce problème a suscité un effort de l'ensemble du secteur pour comprendre ce phénomène et développer des procédures permettant d'évaluer la durabilité des contenants en verre. À la suite de ces problèmes récents, la US Pharmacopeial Convention a publié un chapitre décrivant les méthodes de criblage et d’évaluation de la durabilité des récipients en verre.2 Les méthodes analytiques recommandées comprennent la spectrométrie de masse à ions secondaires (SIMS), la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) et la microscopie optique. EAG Laboratories propose cette suite complète d'essais analytiques pour les conteneurs de produits pharmaceutiques. De plus, nous avons constaté que la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS, également connue sous le nom de spectroscopie électronique pour analyse chimique, ESCA) était un outil précieux pour examiner le nm extérieur 5-10 des surfaces en verre. Chacune de ces techniques fournit des informations complémentaires. Vous trouverez ci-dessous un bref résumé des informations disponibles à partir de ces différents outils.

  • SIMS est une technique d'analyse quantitative d'éléments traces utilisée généralement dans un mode de profilage en profondeur. C'est l'une des seules techniques capables de détecter la diffusion d'hydrogène dans le verre.
  • XPS / ESCA est une technique quantitative qui mesure la composition de la surface extérieure extrême (5-10 nm) d’un échantillon. De la même manière que SIMS, XPS peut également être utilisé pour approfondir des échantillons de profils. XPS peut également être utilisé pour examiner des flocons individuels supérieurs à 30 µm, récupérés par filtration.
  • SEM fournit des images à fort grossissement des surfaces en verre afin de détecter d'éventuels éclatements, piqûres ou autres anomalies associées à la corrosion ou à la dégradation de la surface. L'incorporation de l'EDS (spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie) au MEB permet l'analyse élémentaire semi-quantitative de flocons individuels avec des limites de détection de niveau.
  • La microscopie optique en mode DIC (contraste interférentiel différentiel) améliore le contraste du verre, en particulier pour les caractéristiques de surface subtiles.
  • ICP-MS peut mesurer des traces (ppm-ppb) de constituants du verre élémentaires (Na, B, Si, Al, Ca, etc.) dans des solutions pharmaceutiques.

L’apparition de flocons de verre visibles est la dernière étape d’une corrosion processus qui est enraciné dans le processus de formation de verre à haute température. Notre objectif est de comprendre les changements chimiques qui conduisent à la délamination afin que les verres puissent être évalués avant une défaillance catastrophique. Nous commençons par examiner le surface chimie du verre avant qu’il n’ait été exposé à une solution.

délaminage sur verre de flacons pharmaceutiques

 

CHIMIE DE SURFACE DE RECIPIENTS TELS QUE FORMES

La figure 1 montre la composition de la surface d'un flacon de verre de type I en fonction de la position le long de la longueur du flacon. Pour référence le gros composition pour chaque oxyde est représenté par une ligne en pointillé. Le b2O3 et Na2O sont épuisés aux extrémités du conteneur et enrichis le long de la paroi latérale. La cause de cette variation de composition est probablement due à la volatilisation des espèces de Na et B des zones les plus chaudes pendant la formation (fond et épaulement) et à la condensation dans les zones non exposées à de telles températures extrêmes. Un profil de profondeur acquis 10 mm à partir du talon (Figure 2) montre que la couche enrichie en B et en Na s'étend à ~ 80 nm dans le verre.

Figure 1 Composition de la surface mesurée (5 supérieure) sur la longueur d'un flacon tel que formé. Notez l’appauvrissement en B2O3 et Na2O près du fond et de l’épaule du flacon, où les températures de formation élevées conduisent à la volatilisation. Les lignes pointillées horizontales représentent la composition du verre en vrac.

Figure 1 Composition de surface mesurée (nm 5 supérieure) sur la longueur d'un flacon tel que formé. Notez le B2O3 et Na2O épuisement près du fond et de l’épaule de la fiole où les températures de formation élevées conduisent à la volatilisation. Les lignes pointillées horizontales représentent la composition du verre en vrac.

Figure 2 Profil de profondeur d'un flacon en verre en tant que formé montrant les couches enrichies en B2O3 et Na2O.

Figure 2 Profil de profondeur d’un flacon de verre en forme de B2O3 et Na2O couches enrichies.

CHIMIE DE SURFACE DES FLACONS EXPOSÉS À DES SOLUTIONS

Les mécanismes de corrosion du verre sont différents selon le pH de la solution. Les flacons du même lot de matière ont été exposés à des pH bas (acides) et élevés (alcalins). Les figures 3a et 3b montrent les profils de profondeur de flacons exposés à une solution à pH bas pendant des durées variables. Une couche enrichie en B et Na de 80 nm d'épaisseur, après la formation initiale, (figure 2) devient une couche appauvrie de 50 à 100 nm après exposition à une solution acide pendant 18 jours (figure 3a). Sans surprise, l'augmentation du temps d'exposition conduit à une couche d'appauvrissement plus épaisse (figure 3b). ICP-MS (non représenté) a confirmé des niveaux élevés de Na et B dans la solution stockée, par rapport aux niveaux dans la solution au début.
À pH élevé, le mécanisme de corrosion dans les verres de silicate est fondamentalement différent de celui à pH bas. Plutôt que d'éliminer les espèces de modification, la structure Si-O-Si du verre se dissout. La surface d'un flacon exposé à un pH élevé contient un 75 nm Al2O3–La couche riche. Le al2O3 la concentration (> 10 mole%) s'est avérée significativement plus élevée que dans la masse (figure 4).

Figure 3 L'exposition à une solution à faible pH pendant les jours 18 et 64 entraîne la création d'une couche appauvrie en B et Na et la formation d'une couche superficielle semblable à la silice.

Figure 3 L'exposition à une solution à faible pH pendant les jours 18 et 64 conduit à la création d'une couche appauvrie en B et Na et à la formation d'une couche superficielle semblable à la silice.

Figure 2 Profil de profondeur d'un flacon en verre en tant que formé montrant les couches enrichies en B2O3 et Na2O.

Figure 4 Profil de profondeur d'un flacon exposé à une solution à pH élevé

RÉSUMÉ

En conclusion, il existe un certain nombre de processus dans la formation et l'utilisation de flacons en verre de type I qui peuvent entraîner des gradients chimiques importants. Ces gradients peuvent entraîner des contraintes mécaniques ou autres entraînant éventuellement la production de flocons microscopiques dans certaines circonstances. Une suite d'outils analytiques peut être utilisée pour suivre les changements de la chimie de surface, de la chimie de la solution et des défauts. Ceux-ci incluent: SIMS, XPS, SEM, microscopie optique et ICP-MS, qui peuvent tous fournir des informations précieuses sur l’effet d’une solution stockée sur le support de stockage en verre.


1 RG Iacocca, Pharma Tech (2011) s6-9

2 USP «Évaluation de la durabilité de la surface intérieure des récipients en verre»

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