Suspension

Definition

Als Suspension bezeichnet man - im Gegensatz zur Lösung - ein zweiphasiges System aus einem feinverteilten, nicht-löslichen Feststoff in einer Flüssigkeit. In der Regel handelt es sich um makroskopisch grobdisperse Systeme. Die Teilchengröße beträgt also mehr als 100 µm.

Verwendung

Suspensionen haben zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Sie können auf verschiedene Arten verabreicht werden (z.B. peroral, nasal, topisch, intramuskulär). Beispiele sind:

Vorteile

leichte Dosierungsanpassung an Körpergewicht und Alter
hohe Dosierungen schwerlöslicher Arzneistoffe möglich
gut geeignet für Patienten mit Problemen bei der Einnahme fester Arzneiformen (z.B. Kinder)

Nachteile

Geschmacksprobleme
Dosiergenauigkeit nur bei homogener Verteilung gegeben
physikalisch instabil

Stabilität und Stabilisierung

Physikalisch gesehen neigen Suspensionen zur Instabilität und müssen deshalb stabilisiert werden.

Sedimentation

Sedimentation bezeichnet das Absinken der festen, inneren Phase aufgrund der Schwerkraft. Es wird unterschieden zwischen

aufsteigender (aufstockender, unbehinderter) Sedimentation: Der Überstand bleibt trüb und der Bodensatz nimmt mit der Zeit zu. Die größeren Partikel sedimentieren und die kleineren setzen sich in die Zwischenräume, sodass es zum Caking kommen kann. Dies bezeichnet ein Sediment, das nicht wieder aufschüttelbar ist. Deshalb ist diese Art der Sedimentation unerwünscht.
absteigender (absetzender, behinderter) Sedimentation: Der Überstand wird klar und der Bodensatz nimmt mit der Zeit ab. Sie findet bei flockenden Partikeln statt und ist wieder leicht aufschüttelbar, da sie ein lockeres Sediment bilden. Diese Art der Sedimentation kann unter Umständen erwünscht sein.

Als Aufrahmung bezeichnet man eine negative Sedimentation, bei welcher die feste Phase eine niedrigere Dichte als das Dispersionsmedium aufweist und somit an die Oberfläche aufsteigt.

Stabilisierung nach Stokes

Die Sedimentationsgeschwindigkeit wird mathematisch durch die Stokes'sche Gleichung beschrieben:

Formel
*v = 2/9 (r² * g * (ρ_fest - ρ_flüssig)) / η**
v = Sedimentationsgeschwindigkeit r = Teilchenradius g = Erdbeschleunigung ρ = Dichte der festen bzw. flüssigen Phase η = Viskosität der flüssigen Phase

Somit ergeben sich folgende Möglichkeiten der Stabilisierung:

Verringerung der Teilchengröße (0,5 - 100 µm sollte eingehalten werden)
Dichteanpassung der äußeren, flüssigen Phase an die Dichte der Partikel (z.B. mit Zuckersirup oder Glycerol)
Viskositätserhöhung der äußeren Phase (z.B. mit Methylcellulose, Pektin, Tragant, Gummi arabicum)

Zeta-Potential

Die Partikel in der Suspension adsorbieren an ihre Oberfläche Ladungsträger, durch welche sich die Partikel abstoßen. Diese direkte Abstoßung wird durch das Stern-Potential charakterisiert.

Entscheidend für die Stabilität einer Suspension ist jedoch das Zeta-Potential, welche das Grenzflächenpotential an der Scherebene darstellt. Als Scherebene wird die Entfernung bezeichnet, ab welcher die Ladungsträger nicht mehr direkt an den Partikel adsorbieren, sondern durch die Bewegung der Partikel mitgerissen werden (die sogenannte "diffuse Schicht"). Günstig für die Stabilität ist ein hohes Zeta-Potential, da dies bedeutet, dass die Partikel eine große Ladungshülle haben, sich somit abstoßen und ein "Caking" (siehe oben) verhindert wird.

Das Zeta-Potential kann beeinflusst werden durch:

Peptisatoren: starke Elektrolyte mit Tensidcharakter, die an die Partikeloberfläche adsorbieren und zu Überkompensation und ggf. Ladungsumkehr der Partikel führen. Infolgedessen können mehr Ladungsträger adsorbieren, sodass die Adsorptionsschicht und damit das Zeta-Potential ansteigt. Verwendet werden z.B. Citrate, Pyrophosphate, SDS.
Elektrolytzusatz: Elektrolyte verringern das Zeta-Potential. Im Allgemeinen wirken Elektrolyte also destabilisierend auf Suspensionen.

Unter Umständen kann ein erniedrigtes Zeta-Potential jedoch auch erwünscht sein. Wenn die Partikel leichte Flocken bilden, kommt es zu einer absteigenden Sedimentation und ein Caking wird verhindert.

Benetzung

Der Benetzungswinkel ist der Winkel, unter welchem das Dispersionsmittel die dispergierten Feststoffe benetzt. Je kleiner er ist, umso stabiler ist die Suspension. Ist der Benetzungswinkel zu groß (> 90°), kann es zur Flotation kommen: Wegen der schlechten Benetzbarkeit werden Luftblasen eingeschlossen und die Partikel schwimmen auf der Oberfläche. Abhilfe schafft der Zusatz von Netzmitteln (Tensiden mit hohem HLB-Wert).

Teilchengröße

Eine gleichmäßige Teilchengrößenverteilung ist wichtig, da es sonst zu einer Ostwaldreifung kommen kann. Bei dieser wachsen größere Partikel auf Kosten der kleineren - die Teilchengröße wird also ingesamt größer. Dies hat negative Auswirkungen auf die Sedimentation.

Prüfungen

Aufschüttelbarkeit: Sedimente dürfen vorkommen, müssen aber leicht aufschüttelbar sein
Sedimentbildung
Fließverhalten

Literatur

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