Application of oscillatory shear rheology for the development of pharmaceutical systems by hot-melt extrusion and FDM 3D printing

Abstract

Os avanços tecnológicos recentes apontam que o futuro do segmento farmacêutico deverá envolver o uso inovador dos processos de hot-melt extrusion e impressão 3D por modelagem de deposição fundida. Com a finalidade de contribuir no desenvolvimento de medicamentos elaborados através dessas técnicas emergentes de processamento, o objetivo desse trabalho foi avaliar o potencial de aplicação da reologia oscilatória como uma ferramenta analítica capaz de auxiliar a elaboração de medicamentos 3D que cumpram com os requisitos de qualidade preconizados. Para isso, conceitos gerais de reologia, reometria, viscoelasticidade e metodologias rotacionais e oscilatórias foram resumidos e esquematizados. A aplicação teórica desses conceitos para técnicas de extrusão e impressão 3D também foi apresentada, incluindo as vantagens e limitações da reologia para a caracterização de materiais sólidos. A segunda etapa do trabalho consistiu em um estudo experimental, no qual a reologia de cisalhamento oscilatório foi avaliada como ferramenta de controle em processo na elaboração de comprimidos por impressão 3D. Para esse fim, filamentos de álcool polivinílico foram produzidos com diferentes concentrações de plastificante (glicerina) e posteriormente impressos em duas impressoras 3D FDM diferentes. O aumento na proporção de plastificante ( 30%) elevou a deformação viscosa, resultando em materiais muito flexíveis que são inadequados para impressão. Por outro lado, os filamentos com 10 – 20% de plastificante apresentaram viscosidade adequada (perto de 0,8 kPa.s), diâmetro homogêneo e resistência suficiente à força extensional, produzindo filamentos que permitem serem tracionados, e que são capazes de fluir através do bico e construir estruturas 3D camada por camada. Portanto, a avaliação da viscoelasticidade através de reologia oscilatória pode antecipar problemas na capacidade de impressão dos filamentos, identificando possíveis erros de impressão e instabilidades nos medicamentos 3D.