De analyse van de kleinste hoeveelheden farmaceutische monsters is van cruciaal belang voor het onderzoek en de synthese van nieuwe medicijnen. Op dit moment vormt het een technische uitdaging, maar een nieuwe infrarood-meetmethode ontwikkeld door de TU Wien in samenwerking met twee onderzoeksgroepen uit Kopenhagen kan dit verhelpen.

Materialen voor farmaceutische producten zijn een kostbaar goed, wat betekent dat gepaste voorzichtigheid geboden is als het gaat om het synthetiseren van nieuwe medicijnen, bijvoorbeeld. Om de gewenste samenstelling te testen of aan te passen is een nauwkeurig meetinstrument nodig. Een veelgebruikte meetmethode tot nu toe is infraroodspectroscopie. Echter, het monster moet eerst worden voorbereid voordat het kan worden geanalyseerd. Het farmaceutische materiaal kan, bijvoorbeeld, worden opgelost in een waterige oplossing. Echter, de hoge mate van lichtabsorptie van water maakt nauwkeurige metingen moeilijk. Alternatieven zijn om het materiaal te vriesdrogen, of om het in poedervorm te bereiden, maar voor beide opties is ca. 1 mg van het materiaal dat, afhankelijk van waarvoor het wordt gebruikt, is een relatief grote hoeveelheid. Professor Silvan Schmid van het TU Wien Institute of Sensor and Actuator Systems, samen met twee onderzoeksgroepen van de Technische Universiteit van Denemarken en de Universiteit van Kopenhagen, heeft een nieuwe meetmethode ontwikkeld die al nauwkeurige metingen levert vanaf de kleinste monsterhoeveelheden.

Trilling van moleculen

"Een grote bron van fouten in het meetproces kan worden toegeschreven aan de monstervoorbereiding, waar de directe hantering van het sondemateriaal besmetting bevordert, " legt professor Schmid uit. In de ontwikkelde meetmethode, monstermateriaal wordt direct vanuit een oplossing toegevoegd en vervolgens omgezet in een aerosol. Het sondemateriaal wordt dan samen met de lucht in de aerosol getransporteerd en direct in het meetinstrument geblazen - zonder risico op besmetting door hantering. Binnenin het instrument, de aerosol wordt door een trillend luchtfilter geblazen, gemaakt van siliciumnitride, en wordt daar gevangen genomen. "Onze methode is gebaseerd op nanomechanische resonatoren. Deze zijn te vergelijken met kleine geperforeerde trommels, die ook kunnen trillen bij specifieke resonantiefrequenties, " legt professor Schmid uit. Deze vibrerende filters zijn ongeveer 1, 000 keer dunner dan een haarlok en ongeveer 500-1000 µm breed. In aanvulling, de filters zijn voorzien van elektroden om de vibratie van de filtertrommel te meten. Een infrarood laser wordt vervolgens uitgelijnd met het filter. Het licht van de laser stimuleert moleculaire trillingen in het op het filter geadsorbeerde monstermateriaal, die de trommel verwarmt, waardoor een meetbare ontstemming van de mechanische trilling ontstaat. De moleculaire trillingen van het sondemateriaal kunnen worden verkregen door de golflengte van de infraroodbron af te stemmen en gelijktijdig de filterfrequentie te bewaken. "We hebben de moleculaire trillingspieken van farmaceutische verbindingen gemeten, zoals indomethacine, die overeenkomen met hun verwachte absorptiespectra. Verder, onze methode vereist minder dan een miljoenste van het monstermateriaal dat nodig is voor een standaard infraroodspectroscopie, " legt professor Schmid opgewonden uit.

Volgende stap:verhoogde gevoeligheid en industriële toepassing

Silvan Schmid zet met zijn onderzoek verdere stappen in de richting van realistische toepasbaarheid in de industrie. Onder andere, zijn groep werkt momenteel aan het optimaliseren van het trilfilter, om de gevoeligheid verder te verhogen. Dit zou een verdere vermindering van de benodigde hoeveelheid monstermateriaal mogelijk maken.