Etat de la surface – Rugosité

Les particules solides sont rarement lisses. Elles ont des pores et des aspérités à la surface. La mesure de la rugosité a été réalisée par plusieurs techniques. Chaque valeur mesurée a une signification différente en fonction du principe physique mis en oeuvre. La limite de taille de pores mesurée dépend également de chaque méthode. On peut citer les définitions de rugosité suivantes :

48 - Ratio de la surface spécifique mesurée par la méthode de perméabilimétrie avec la surface spécifique théorique calculée à partir du diamètre de sphère équivalente 186_.

- Ratio de la surface spécifique mesurée par la méthode de perméabilimétrie avec la surface spécifique mesurée par la méthode d’adsorption gazeuse selon BET 187

- Ratio de la surface spécifique mesurée par la méthode d’adsorption gazeuse selon BET avec la surface spécifique calculée à partir de la distribution granulométrique 188

- Paramètre non dimensionnel par le calcul sur l’image de microscopie électronique à balayage 187

- Facteur de surface par le calcul sur l’image de microscopie optique 189

- Paramètre de rugosité calculé à partir des échelles de gris sur l’image de microscopie optique 190

- Paramètres de rugosité par la méthode de profilométrie laser 191_.

- Paramètres de rugosité par la méthode de la microscopie à sonde locale (Scanning probe microscopy) 192

- Paramètres de rugosité par la méthode de la microscopie à force atomique (Atomic force microscopy) 193

L’interaction entre deux surfaces solides se produit lorsque les aspérités nanoscopiques et microscopiques se mettent en contact. L’influence de la taille des pores de surface devient importante sur la force d’interaction de type Van der Waals lorsque leur taille dépasse 20 nm 58_{. Les pores de surface diminuent l’aire de surface de contact réelle. Ils}

réduisent ainsi l’amplitude de l’interaction particulaire d’où une réduction de l’adhésion

188_{. La présence d’aspérités ayant la taille micrométrique à la surface du transporteur}

joue également le rôle de piège des particules de principe actif de plus petite taille et empêche ces dernières de se détacher du transporteur lors de l’inhalation 172_{. Les}

scénarios d’interaction particulaire sont résumés dans la figure A.19 (selon 193_).

A partir des modèles de calcul d’interaction particulaire, la cohésion entre les particules fines ondulées est trouvée plus faible que celle entre les particules lisses. Des particules ondulées de principe actif sont produites par la méthode de nébulisation. La fraction de particules fines augmente avec le degré d’ondulation 194_{. La forme de pollen des}

49 l’interaction inter-particulaire, d’où une augmentation de l’écoulement et de la dispersion aérodynamique 181_.

Figure A.19. Interaction particulaire en fonction de la rugosité de la surface (selon P. Young, 2008, avec la permission de Elsevier Ltd)

Dans un mélange interactif avec un principe actif micronisé cohésif, des agglomérats et des particules fines sont trouvés au niveau des aspérités et cavités de surface des grandes particules 66_{. Un certain niveau de rugosité empêche la ségrégation du mélange,}

d’où une bonne homogénéité et stabilité du mélange 190_{. Cependant, la fraction}

respirable des mélanges avec des particules rugueuses micrométriques diminue avec la rugosité, dû à l’emprisonnement des particules de principe actif dans les cavités et les aspérités 171,186,187,190_{. L’addition d’une quantité raisonnable d’un agent ternaire}

(stéarate de magnésium ou fines particules de lactose) va saturer les sites de haute énergie et les cavités de surface. Cela laisse le principe actif occuper les sites de plus faible énergie ce qui réduit l’adhésion entre celui-ci et le transporteur., la performance aérodynamique des mélanges est ainsi améliorée 25,195-197_{. Une autre hypothèse suggère}

que ces fines particules d’agent ternaire forment avec les particules de principe actif des agglomérats qui se dispersent plus facilement lors de l’aérosolisation 69,198_.

Surface très lisse : aire de contact importante Avantage : très bonne homogénéité

Surface rugueuse microscopique : aire de contact importante Avantage : bonne homogénéité

Inconvénients : inclusion des particules fines, adhésion Surface rugueuse idéale : aire de contact réduite

Avantages : homogénéité acceptable

Surface rugueuse nanométrique : aire de contact faible Avantages : adhésion réduite, libération améliorée

50 Des modifications de surface du transporteur sont réalisées afin d’obtenir une rugosité souhaitée. Une procédure de « lissage » du lactose a été développée à partir de la méthode de granulation humide. Dans cette procédure, une solution hydro-alcoolique, avec ou sans adjuvant, est utilisée comme liquide mouillant. Après le traitement, une surface plus lisse des particules améliore l’écoulement des lactoses traités 199_.

Concernant l’adjuvant, l’isoleucine permet d’améliorer la fraction respirable du mélange du lactose traité avec le sulfate de salbutamol tout en conservant la même dose émise. Le stéarate de magnésium double la fraction respirable du mélange du lactose traité avec le sulfate de salbutamol, et la triple dans le cas du dipropionate de béclométasone 200_{. Une}

rugosité contrôlée des particules de transporteur permet de réduire l’adhésion du principe actif à sa surface 201_.

5.2.4 Densité

Le comportement des particules dans le fluide d’air est défini par le diamètre aérodynamique. Ce dernier peut être défini par l’équation ci-dessous qui tient compte de la forme et de la densité des particules 17

avec Daerodynamique = diamètre aérodynamique de la particule

Dequivalent = diamètre équivalent de la sphère

ρp = densité particulaire ρo = densité unitaire

χ = facteur de forme aérodynamique

A partir de cette observation, Edward et al (1997) ont produit des particules poreuses de très faible densité. Bien que le diamètre géométrique de ces particules soit plus grand (> 7µm), le diamètre aérodynamique est suffisamment faible pour que les particules arrivent aux poumons 202-204_.

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5.2.5 Caractérisation des propriétés particulaires et Étude de l’interaction