Zerkleinern (Pharmazie)

1 Definition

Das Zerkleinern ist eine pharmazeutische Grundoperation, die das Zerteilen fester Stoffe in kleinere Partikel bezeichnet. Es ist ein essentieller Schritt in der Herstellung von Arzneimitteln.

2 Physikalische Grundlagen

Ein Partikel bricht, wenn es über den Bruchpunkt hinaus beansprucht wird. Die erforderliche Bruchenergie hängt von den Materialeigenschaften (linear-elastisch, elastisch-plastisch oder viskoelastisch) ab. Linear-elastische Materialien sind spröde und weisen einen definierten Bruchpunkt auf ("Sprödbruch"), während es bei elastisch-plastischen Stoffen eine Fließgrenze gibt, ab welcher eine irreversible Verformung stattfindet. Letztere benötigen mehr Energie, um zerkleinert zu werden ("Zähbruch"). Bei viskoelastischen Materialien ist das Verhalten abhängig von der Art der Belastung sowie der Umgebungstemperatur. Die genannten Materialarten unterscheiden sich auch in der Bruchausbreitung.

Um einen Bruch zu erzeugen, müssen die Kohäsionskräfte des Festkörpers überwunden werden. Er findet bevorzugt an Kristallgitterfehlstellen statt. Auch an bereits vorhandenen Kerben und Rissen treten bevorzugt Brüche auf ("Kerbspanntheorie nach Neubauer"). Je kleiner das Partikel ist, umso mehr Energie muss für die weitere Zerkleinerung aufgewandt werden, da kleinere Partikel weniger Kristallgitterfehlstellen aufweisen als größere. Aus diesem Grund ergibt sich eine stoffindividuelle Größe, die mit herkömmlichen Methoden nicht unterschritten werden kann.

Energie kann auf folgende Weisen auf Partikel übertragen werden:

• Druck
• [Reibung]
• Scherung
• Schneiden
• Prall
• Schlag

3 Ziele und Anwendungen

Mit dem Zerkleinern werden folgende Ziele verfolgt:

• einfachere Applikation
• Erhöhung der Dosierungsgenauigkeit und Gleichförmigkeit
• Ermöglichung einer bessere Weiterverarbeitung (z.B. schnellere Trocknung oder besseres Fließverhalten)
• eine kleinere Partikelgröße geht mit einer größeren spezifischen Oberfläche einher, was die Auflösungsgeschwindigkeit positiv beeinflusst.

4 Zerkleinerungsgeräte

• Reibschale, Mörser: Der Mörser wird vor allem in der Rezeptur verwendet.
• Kugelmühle: Eine Kugelmühle besteht aus einem sich drehenden Zylinder, in welchem sich Mahlkugeln befinden. Bei Bewegung des Zylinders werden die Kugeln an die Wand gedrückt, bis sie in einer Kataraktbewegung nach unten fallen und das Mahlgut zerkleinern. Es gibt eine kritische Drehgeschwindigkeit, die nicht überschritten werden darf.
• Hammermühle: Die Zerkleinerung erfolgt aufgrund der schnellen Bewegung der Schlagwerkzeuge ("Hämmer"). Ähnlich funktioniert die Stiftmühle.
• Luftstrahlmühle: Bei einem doppelwandigem Gehäuse wird Druckluft in die Wand gegeben, die nach innen hin schräg perforiert ist. Es bildet sich eine Luftströmung, in welcher die Partikel des Mahlguts aufeinanderprallen.

Möchte man das Mahlgut in den Nanometerbereich hinein zerkleinern, benötigt man die Nasszerkleinerung. Bei dieser wird der Feststoff in einer Flüssigkeit dispergiert, welche die Reibungskräfte auf die Partikel überträgt.

5 Literatur

Bauer, Frömmig, Führer: Pharmazeutische Technologie. Mit Einführung in die Biopharmazie. 10. Auflage, Stuttgart 2017