Paper Spotlight: Specto Photonics
Die Charakterisierung pharmazeutischer Wirkstoffe erfordert die gleichzeitige Erfassung chemischer, struktureller und mechanischer Eigenschaften. Wir möchten Ihnen heute ein neues spektroskopisches Verfahren vorstellen, mit dem diese drei Eigenschaften parallel bestimmt werden können.
In dem neuen Paper von specto Photonics wird eine Methode zur Messung des Schwingungsspektrums von 0.1 bis 3.500 cm⁻¹ vorgestellt.
Dieser Bereich umfasst die Brillouin-, Terahertz-(THz-, auch ULFR [Ultra Low Frequency Raman]) und die konventionelle Raman Spektroskopie.
Die drei Spektralbereiche liefern unterschiedliche Informationen:
- Brillouin-Spektroskopie: Informationen über die mechanischen Eigenschaften; akustische Phononenschwingungen.
- THz Raman (hier: 10 -200 cm^-1): Informationen über die strukturelle Anordnung und Phase der untersuchten Stoffe; intermolekulare Schwingungen.
- Konventionelle Raman Spektroskopie (hier: 200 – 3‘500 cm^-1): Informationen über die chemische Zusammensetzung und Molekülstruktur; intramolekulare Schwingungen
Im Mittelpunkt des Papers steht der BIPD-Filter. Er unterdrückt elastische Streuungen wie Rayleigh- und Mie-Streuung sowie unerwünschte Reflexionen bereits vor der parallelen Messung von Brillouin- und Raman-Spektren. Dies geschieht mithilfe einer durch Doppelbrechung induzierten Phasenverzögerung mit hohem Extinktionsverhältnis und schmaler Bandbreite.
Warum ist eine solche parallele Messung notwendig?
Insbesondere bei der Untersuchung pharmazeutischer Wirkstoffe, den sogenannten APIs, spielt die Identifizierung amorpher Phasen eine wichtige Rolle. Mit klassischen spektroskopischen Methoden lassen sich diese jedoch nur schwer charakterisieren, da sie keine eindeutige Struktur aufweisen. Gleichzeitig beeinflussen amorphe Strukturen entscheidende Eigenschaften wie Stabilität, Herstellbarkeit, Löslichkeit und Bioverfügbarkeit beziehungsweise die therapeutische Wirksamkeit von Arzneimitteln, beispielsweise von Ibuprofen oder Paracetamol.
Der entscheidende Vorteil der kombinierten Messung besteht darin, dass chemische, strukturelle und mechanische Informationen gleichzeitig am selben Messpunkt erfasst werden können. Dadurch lassen sich verschiedene Materialzustände deutlich umfassender charakterisieren und insbesondere amorphe und kristalline Phasen zuverlässiger unterscheiden als mit einzelnen spektroskopischen Verfahren.
Durch die Kombination von THz und konventioneller Raman- und Brillouin-Spektroskopie entsteht eine Plattform zur Festkörpercharakterisierung und Klassifizierung pharmazeutischer Wirkstoffe. Während die Raman-Spektroskopie chemische und strukturelle Informationen liefert, ermöglicht die Brillouin-Spektroskopie zusätzlich die Unterscheidung verschiedener Strukturformen anhand ihrer viskoelastischen Eigenschaften. Die Kombination aller drei Spektralbereiche erhöht die Sensitivität und Selektivität der Wirkstoffcharakterisierung und bietet Potenzial für Anwendungen in der pharmazeutischen Entwicklung, der Prozessüberwachung und der Qualitätskontrolle. Darüber hinaus eröffnet das Verfahren neue Möglichkeiten in den Lebens- und Materialwissenschaften. In Verbindung mit konfokaler Mikroskopie bildet der Ansatz die Grundlage für eine vollständig optische, markierungsfreie und multimodale Bildgebung, die dreidimensionale mechanische, strukturelle und chemische Karten mit Submikrometer-Auflösung liefert.