Functionalization of inhalable particles by fluidized bed processing

Abstract

This work focused initially on the size reduction of naproxen sodium to less than 5 µm for inhalation applications. The second objective was the adhesion of naproxen sodium particles to micronized lactose particles with an average size below 5 µm. Both processes were executed in a fluid bed processing unit at high vacuum pressure. The desired particles were obtained by precipitation in a fluid bed processing unit at a pressure at the nozzle of 551.43 kPa from a naproxen sodium solution flowing at 1.0 ml/s for 30 seconds through a nozzle. This solution contained 30% (v/v) ethanol, 20% naproxen sodium by weight at a temperature of 313.15 K. The solution entered the fluid bed processing unit operating at high vacuum pressure which maintains the fluidization with a flow rate of air at 5 m/s for 10 minutes. These conditions ensured a crystallization of naproxen sodium smaller than 5 µm. The functionalization of the particles of the micronized lactose particles by naproxen sodium were performed in the same fluid bed processing unit under the same conditions used for the crystallization process of naproxen sodium. The composition of the particles functionalized was determined using Energy Dispersive X-Ray microanalysis, which identified the sodium atoms of the crystallized naproxen sodium. The crystalline structure of micronized lactose, naproxen sodium, naproxen sodium crystallized, and particles functionalized was determined using X-Ray Diffraction with Kα 1.54056 A° with a range angle of 7° to 74° showing a small deviation between micronized lactose and naproxen sodium crystallized. It is shown that a change in the crystal arrangements between naproxen sodium and naproxen sodium crystallized occurred after the crystallization. The average particles size obtained for the micronized lactose was 2.349 µm, for the naproxen sodium crystallized is 2.280 µm, and for the particle functionalized is 4.040 µm. The images of the particles obtained with a Scanning Electron Microscope were analyzed with the Scandium Software for the determination of particle sizes, and morphology. The accumulation distribution of the micronized lactose particles and naproxen sodium crystallized with less than 5 µm was 90%, and 80% for the particles functionalized. The micronized lactose, naproxen sodium, naproxen sodium crystallized, and particles functionalized were characterized using Fourier Transform Infrared Spectroscopy. The wavenumber region studied for the particles functionalized was from 960 – 1160 cm-1. However, the wavenumber range for the micronized lactose, naproxen sodium, and naproxen sodium crystallized was 780 – 1680 cm-1. The particles functionalized resulted by adhesion of naproxen sodium crystallized over micronized lactose were due to Van der Waals, intermolecular, electrostatic, and magnetic forces. These particles functionalized can be used as inhalation products since they complied with the requirement of a particle size less than 10 µm.

El presente trabajo se enfocó inicialmente en la reducción del tamaño de partículas de naproxeno sódico a menos de 5 µm para aplicación en productos de inhalación. El segundo objetivo es adherir las partículas de naproxeno sódico a las partículas de lactosa micronizada con tamaños debajo de los 5 µm. Los dos procesos se ejecutan en lecho fluidizado a presión de vacío. Los tamaños de partícula deseados fueron obtenidos por precipitación en un lecho fluidizado a una presión de 551.43 kPa al fluir a través de un pistilo una solución de naproxeno sódico con un flujo de 1.0 ml/s durante 30 s. Esta solución contiene 30% v/v etanol, 20% w/w naproxeno sódico a una temperatura de 313.15 K en lecho fluidizado a presión de vacío manteniendo la velocidad de fluidización a 5 m/s durante 10 minutos para obtener partículas de naproxeno sódico cristalizado menores de 5 µm. Las partículas funcionalizadas de naproxeno sódico cristalizado sobre lactosa micronizada en lecho fluidizado a presión de vacío se desarrolló con los parámetros y condiciones de operación similar que en el proceso de cristalización de naproxeno sódico. La composición de las partículas funcionalizadas se determina usando microanálisis dispersivo de la radiografía energética, que identifica los átomos de sodio por el uso de naproxeno sódico cristalizado en la funcionalización. La estructura cristalina de naproxeno sódico cristalizado, naproxeno sódico,lactosa micronizada y las partículas funcionalizada se han determinado usando la Difracción de Rayos X con Kα 1.54056 A° y un rango de ángulo de 7 – 47°, mostrando ligeros cambios en la estructura cristalina entre la lactosa micronizada y naproxeno sódico cristalizado. Se puede observar un cambio en los arreglos cristalinos entre naproxeno sódico y naproxeno sódico cristalizado que ocurren como resultado de la cristalización. El promedio del tamaño de partículas de lactosa micronizada es de 2.349 µm, para naproxeno sódico cristalizado es 2.280 µm y para las partículas funcionalizadas es de 4.040 µm. El tamaño de partículas y su morfología fueron determinados a través de imágenes tomadas con el microscopio electrónico de barrido y analizados con la aplicación Scandium. La distribución de la acumulación de tamaño de partículas de lactosa micronizada y naproxeno sódico cristalizado de las partículas que son menores de 5 µm es de 90% y la partículas funcionalizadas es 80%. Los grupos funcionales de lactosa micronizada, naproxeno sódico y naproxeno sódico cristalizado se han determinado usando espectroscopia de Transformada de Fourier Infra Rojo, en el rango 780 – 1680 cm-1 de longitud de onda. El rango obtenido para las partículas funcionalizadas es 960 – 1160 cm-1. Las partículas funcionalizadas resultan de la adhesión de naproxeno sódico cristalizado sobre lactosa micronizada debido a las fuerzas de Van der Waals, fuerzas intermoleculares, fuerzas electrostáticas y fuerzas magnéticas. Las partículas funcionalizadas se pueden utilizar como partículas de inhalación debido a que cumplen con los requisitos de tamaño menores de 10 µm.