Verfahren zur Herstellung entkeimter, haltbarer, in hermetisch verschlossenen Behältern, insbesondere Ampullen, aufzubewahrender Lösungen.
Parentrale Arzneimittellösungen sind gebräuchlicherweise in Glas ampullen eingeschmolzen oder werden sonst in hermetisch verschlossenen Behältern aufbewahrt. Das destillierte oder doppeltdestillierte Wasser, das häufig als Lösungsmittel verwendet wird nimmt, wenn keine besonderen Massnahmen getroffen werden, während seiner Herstellung und Aufbewahrung rasch Bestandteile der athmosphärischen Luft in Lösung auf.
Nach der Gleichgewichtsbildung, die durch das Henrysche Gesetz bedingt wird, enthält ein Liter destilliertes Wasser bei 200 C folgende Mengen Gase der atmosphärischen Luft gelöst:
0,52 cm3 Kohlensäure, 5,26 cm3 Sauerstoff,
10,38 cm3 Stickstoff.
Während der Stickstoff chemisch ein äusserst reaktionsträges Gas ist, so ist dies bei der Kohlensäure und beim Sauerstoff nicht der Fall. Die Kohlensäure drückt den p Wert der Lösungen merklich herab, was einen Nachteil darstellt in bezug auf die Wirksamkeit einiger Arzneikörper, wie von Penicillin und andern Antibiotica. Überdies macht sie die Aufbewahrung dieser Körper in gelöstem Zustande unmöglich. Diese sauren p-Werte eignen sich auch nicht zur Entkeimung vieler wirksamer Stoffe, weil sie hydrolytische Spaltungserscheinungen hervorrufen (Glukoside und Polysaccharide).
Der Sauerstoff, aktiviert durch die Entkeimungstemperatur, ruft bei einer grossen Anzahl Arzneistoffe Oxydationsreaktionen hervor, die sich entweder durch einen Verlust an wirksamer Substanz oder durch Umlagerung derselben in eine giftigere kennzeichnen.
Man hat schon versucht, die Oxydationserscheinungen zu vermeiden entweder durch Herabsetzung der Entkeimungstemperatur unter 100" C oder durch Zugabe reduzierender Körper zu der Lösung. Beide Vorgehen ergeben jedoch nur sehr unvollständige Resultate.
Bisher wurde zwecks Entfernung der genannten reaktionsfähigen Stoffe aus Wasser oder Lösungen nach einem der nachfolgenden Verfahren vorgegangen:
1. Destillation, Kondensation und Aufbewahrung des Wassers unter normalem oder vermindertem Druck in einer Atmosphäre von Stickstoff oder eines andern reaktionsträgen Gases.
2. Entgasen der Flüssigkeit durch Kochen, Sättigen und Aufbewahren in Gegenwart von Stickstoff oder eines andern reaktionsträgen Gases.
3. Entgasen der Flüssigkeit durch Vakuum, Sättigen und Aufbewahren in Gegenwart von Stickstoff oder eines andern reaktionsträgen Gases.
4. Entgasen der Flüssigkeit durch Kochen im Vakuum, Sättigen und Aufbewahren in Gegenwart von Stickstoff oder eines andern reaktionsträgen Gases.
Diese Verfahren ergeben nur teilweise zufriedenstellende Resultate, und es können mit ihnen in den günstigsten Fällen 90% der gelösten Gase aus der Lösung entfernt werden.
Die Kurve nach Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung stellt die Entgasung von destilliertem Wasser durch Kochen und anschliessendes Abkühlen unter Stickstoff dar. Als Ordinate ist der Sauerstoffgehalt des Wassers in Prozenten und als Abszisse die Kochzeit in Minuten aufgetragen. Der Ausgangsgehalt an gelöstem Sauerstoff (10,47 Milligramm/l) wird als 100% angenommen. Es ist aus dieser Kurve ersichtlich, dass nach 60 minütigem Kochen bei 100" C immer noch 11% des am Anfang gelösten Sauerstoffes übrig sind.
Die Kurve nach Fig. 2 stellt die Entgasung des destillierten Wassers durch ein Vakuum von 15 mm Quecksilber in Funktion der Entgasungszeit dar. Die Resultate sind hier noch viel weniger zufriedenstellend, da nach 60 Min. noch 25% des am Anfang gelösten Sauerstoffes übrig sind.
Die Kurve A nach Fig. 3 stellt den Gasaustritt aus destilliertem Wasser nach mehreren aufeinanderfolgenden Vakuumbehandlungen dar. Die Flüssigkeit wurde jedesmal während 5 Min. unter ein Vakuum von 15 mm Quecksilber gesetzt und dann plötzlich Stickstoff in das Gefäss eingelassen.
Die Resultate deuten darauf hin, dass immer ein letzter Teil der gelösten Gase fester gebunden ist, als sich durch gewöhnliche Lösungsvorgänge erklären lässt. Diese Aussicht findet sich im ganzen Schrifttum wieder, das sich mit dem Entgasen von Flüssigkeiten oder dem Eindringen von Gasen in die Flüssigkeiten beschäftigt.
Literatur: Diffusion de l'Oxygène atmo spherique dans l'eau, recouverte d'une couche d'huile minerale. M. Lallemant, Bulletin Ste.
Chimie Biologique 1933, p. 91. - Dissolution de l'oxygène atmospherique dans l'eau, mise au contact de l'air. Comptes rendues Ste. Biologie 1931, tome 206, p. 230, Nicloux. - Dissolution Je l'oxygene atmosphérique dans l'eau mise au contact de lair. Comptes rendues Ste. Biologie 1931, T. 107, p. 993.
Die geschilderten und sich auf den gelösten Sauerstoff beziehenden Vorgänge verlaufen genau parallel für die gelöste Kohlensäure.
Es zeigte sich nun, dass es möglich ist, die oben angegebenen und noch andere Nachteile zu beheben und Arzneilösungen so herzustellen, dass die Lösungen frei sind von Kohlensäure und von Sauerstoff. Diese Lösungen erlauben eine normale Entkeimungstemperatur auch bei gewissen Körpern, die bis heute als temperaturempfindlich galten.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung entkeimter, haltbarer, in hermetisch verschlossenen Gefässen, insbesondere Ampullen. aufzubewahrender Lösungen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zur vollständigen Verdrängung der Bestandteile der atmosphärischen Luft aus den Lösungen dieselben bei Vakuum einer Ultrabeschallung ausgesetzt und die auf diese Weise entgasten Lösungen mit inertem Gas gesättigt und unter einer Atmosphäre desselben inerten Gases durch Hitze entkeimt werden.
Die Kurve B von Fig. 3 gibt das Bild der Entweichung der gelösten Gase unter denselben Vorbedingungen, wie in bezug auf Kurve A von Fig. 3 erläutert, und zwar unter Beschallung durch einen Ultraton von 18,43 kHz und einer strahlenden Energiemenge von 65 Watt.
Die Entgasungsvorgänge sind kaum abhängig von der Frequenz. Es findet sowohl bei den niedersten, den hörbaren Bereich kaum übersteigenden Frequenzen (durch Magnetostriktion hervorgerufen), als auch bei den höchsten, durch Quarzsender erreichbaren Frequenzen Entgasung statt.
Diese Entgasungsvorgänge, die rein physikalischer Natur sind (Negativwerte der Spannungen in den stehenden Knotenpunkten der Wellenfortpflanzung) sind aber unter Umständen von gewissen chemischen Er scheinungen begleitet, die ihre Anwendungsmöglichkeiten stark begrenzen. Diese chemischen Begleiterscheinungen sind die Bildung von Wasserstoffsuperoxyd nicht nur durch den im Wasser gelösten Sauerstoff, sondern darüber hinaus noch durch Sauerstoffmoleküle, abgespaltet aus den Wassermolekülen durch die Energiestrahlung. Desgleichen gibt der gelöste Stickstoff Anlass zur Bildung einer ganzen Anzahl von Stickstoffderivaten, wie NO, NO2, N2O3, N2O5. Diese chemischen Vorgänge - entgegen den rein physikalischen Entgasungsvorgängen - sind eng an die Frequenz gebunden.
Falls man diese chemischen Wirkungen vermeiden will, so bleibt praktisch für den in Frage stehenden Zweck nur noch ein Frequenzband von rund 15-60 kHz übrig, wenn man die Entgasung in annehmbarer Zeit durchführen will.
Zur praktischen Durchführung des Verfahrens kann das oben genannte Frequenzband durch einen magnetostriktiven Ultra schallsender erhalten werden, dessen Stab auswechselbar ist und dessen Grundfrequenz mittels eines Hartley-Generators erregt wird.
Das ganze Frequenzband von 15 bis 60 kHz kann so, wohl nicht lückenlos, aber doch in Stufen von 300 bis 500 Hz, bestrichen werden.
Die ausgesandte Energie kann zwischen 0 und 2 kW ändern. Die Ultraschallenergie wird zur Verlustvermeidung am besten über ein Flüssigkeitsbad (Wasser, Petrol) direkt auf das Gefäss, das die zu behandelnde Lösung enthält, übertragen.
Die Entgasung wird im einzelnen zum Beispiel wie folgt durchgeführt:
Die zu behandelnde Arzneilösung befindet sich in einer Hartglasflasche (zum Bei spiel den unter den Marken zu Pyrex oder Duran im Handel erhältlichen Glasflaschen) mit einem Gummiverschluss, der zwei Bohrungen trägt, durch die eine erste Glasröhre bis auf den Boden geht und eine zweite über dem Flüssigkeitsspiegel endigt.
Die erste Glasröhre ist an einen Vorratsbehälter angeschlossen, der sauerstofffreien Stickstoff enthält. Die zweite Glasröhre ist mit einer Vakuumquelle verlbunden. Durch ein erstes Vorvakuum ohne Ultrabeschallung wird ein erster Teil der Gase aus der Lösung und aus der Glasflasche abgezogen. Die abgezogene Gasmenge wird durch Stickstoff ersetzt. Die Flasche wird ein zweites Mal unter Vakuum gesetzt und, wenn dieses 60 mm erreicht hat, wird der Ultraschallsender eingeschaltet. Frequenz und Dauer der Beschallung sind bedingt durch das gelöste Produkt und das Lösungsmittel sowie die Konzentration. Die so durch das Vakuum ausgezogenen Gase werden wieder durch gereinigten Stickstoff ersetzt. Diese Entgasung kann oder muss je nach den Verhältnissen einmal oder mehrere Male wiederholt werden.
Eine einwandfreie Kontrolle der Entgasung kann durch Interferenzmessungen durchgeführt werden. Die fertig entgaste Lösung wird dann unter leichten Stickstoffüberdruck gesetzt und kann so 48 Stunden und mehr aufbewahrt werden, ohne dass ein neues Eindringen der Bestandteile der atmosphärischen Luft zu befürchten ist. Die Entkeimung durch Hitzebehandlung kann nach einiger Zeit oder auch sofort nach der Entgasung durchgeführt werden.
Es ist wichtig, dass in allen Fällen, sowohl in den fertigen Ampullen als auch in den Vorratsflaschen, Umfüllvorrichtungen, Leitungen usw. die Luft durch Stickstoff oder ein anderes reaktionsträges Gas ersetzt wird.
Um ein Entweichen der reaktionsträgen Gase aus den Lösungen und ein Nachdringen der atmosphärischen Luftbestandteile (Sauerstoff und Kohlensäure) in die Lösungen zu verhindern, muss die über den Lösungen befindliche Luftatmosphäre vollständig durch ein reaktionsträges Gas verdrängt bzw. ersetzt werden.