TSC II Analyse par Courants Thermostimulés L excellence en analyse thermique et en calorimétrie
2 TSC1I applications... Introduction Cette méthode particulière d Analyse Thermique utilise la MOBILITE MOLECULAIRE comme sonde de mesure afin d accéder aux informations structurelles ne pouvant être fournies par aucune autre technique, et permet également l accès aux paramètres dynamiques ( H, S et temps de relaxation τ). Pharmacie Exemples d applications : - Polymorphisme - Evaluation du rapport phase cristalline / phase amorphe - Détection de faibles taux de phase amorphe (< 1%) - Influence de l eau (effet plastifiant) - Interactions entre principe actif et excipient Pureté d un composé cristallin : détection d une phase amorphe (< 1%). L agrandissement de la courbe dans la zone des 75 C montre la présence d une faible quantité de phase amorphe. Spectre TSC complexe d échantillon de lactose 100% cristallin. Différentiation de 2 phases cristallines Irbesartan est un produit phamaceutique élaboré par la société Sanofi-Aventis présentant 2 formes cristallines A et B. Pic entre 100 et 150 C : mobilité moléculaire associée (α A, α B ) aux mouvements précurseurs impliqués dans la fusion des polymorphes A et B. La fusion peut être également observée en DSC (Differential Scanning Calorimetry). En TSC, comme en DSC, la phase B apparait comme la plus stable. Pic entre -150 et -50 C uniquement présent pour la forme A. Ce pic est attribué à la mobilité moléculaire typique de la structure en canaux de la forme A (système cristallin HEXAGONAL). Spectre TSC complexe de l Irbesartan
3 Détermination du taux de phase cristalline/amorphe Grâce à la détermination d un pic caractéristique de la forme cristalline A (entre 150 et 50 C), il est possible d établir une courbe d étalonnage permettant de déterminer la quantité de phase cristalline A présente dans un mélange phase cristalline / phase amorphe inconnu (Aire sous le pic associée au pourcentage cristallin). A partir des pics entre 150 et 50 C de différents mélanges à des taux connus de phase A et amorphe, la courbe d étalonnage a pu être tracée, permettant de déterminer des taux de cristallinité très faible (<2,5%). Spectres TSC complexes des différents mélanges phase A/phase amorphe Courbe d étalonnage
Biologie 4 Exemples d applications : - Suivi du vieillissement du tissu - Test de fonctionnalité et d intégrité du tissu - Efficacité des traitements pharmaceutiques Collagène Etude du collagène : Laboratoire de Physique des Polymères - Toulouse, France V. SAMOUILLAN Le collagène dénaturé présente un phénomène caractéristique : l augmentation de l intensité du courant entre 0 et 50 C. Ce mode de relaxation a été associé aux mouvements moléculaires de Tropocollagen (unités constitutives du collagène) et plus précisément à la rupture des liaisons hydrogène entre les groupes CO et NH de deux chaînes voisines. Ce phénomène peut donc être attribué à la perte de l organisation en triple Hélice (α) qui induit une augmentation de la mobilité moléculaire. Cette dénaturation spécifique est observée dans le cadre du vieillissement et de maladies. En conséquence, ce pic peut être utilisé comme sonde pour évaluer le vieillissement de tissu ou pour contrôler l efficacité de traitements pharmaceutiques sur la dénaturation du collagène. Spectres TSC complexes d un collagène sain et d un collagène dénaturé Protéines Les transitions vitreuses (Tg) de protéines sont habituellement étudiées par DSC (Differential Scanning Calorimetry). Dans la gamme de température où est attendue la Tg d une protéine globulaire amorphe, il est particulièrement délicat de parfaitement déterminer le saut de capacité calorifique caractéristique de cet événement. Le spectre TSC complexe a été obtenu en suivant un mode opératoire spécifique : trempe de l échantillon jusqu à -150 C, remontée linéaire de la température tout en maintenant le champ électrique statique E lors de l enregistrement du signal jusqu à la température de 200 C. Un pic négatif, correspondant à la manifestation diélectrique de la transition vitreuse Tg, est observé. Thermogramme DSC d une protéine globulaire amorphe Polymeres Spectre TSC complexe d une protéine globulaire amorphe : Détection de la température Tg α relaxation Exemples d applications : - Meilleure résolution de transition par rapport à la technique DSC - Possibilité d étudier les traitements de surface sur un produit fini - Etude des phénomènes de plastification et d oxydation La courbe présente les modes de relaxation des phénomènes β et α du Poly(ethyleneterephtalate). Il est impossible d observer le mode β par DSC. β relaxation Spectre TSC complexe de Poly(ethyleneterephtalate) : β et α relaxations.
... principe TSCII 5 Cette technique, qui utilise la mobilité moléculaire comme sonde de mesure, s applique tout particulièrement à des matériaux à caractère polaire : poly(méthylmétacrylate), lactose, cellulose, protéine... A une température donnée T P, un champ électrique statique E P est appliqué durant un temps t P suffisamment long pour permettre aux diverses entités mobiles du matériau de s orienter suivant le champ. Cette configuration est ensuite figée par une descente rapide à une température T o suffisamment basse pour que la mobilité moléculaire soit considérée comme nulle. A T 0, le champ est supprimé et l échantillon est courtcircuité pendant un temps t o pour éliminer les charges d espace à relaxation rapide et stabiliser l échantillon à cette température. Lors d une remontée linéaire en température, le retour à l équilibre des entités précédemment orientées donne lieu à un courant de dépolarisation (I d ) qui est enregistré, en fonction de la température, à l aide d un électromètre à haute sensibilité (10-15 A= femto A). Temperature Température Chaque pic de courant de dépolarisation est caractérisé par sa position en température T max, son intensité I max et sa largeur à mi-hauteur. Son analyse permet de l associer à une séquence d entités mobiles de longueur spécifique. T p 0 T 0 I D (A) Imax t p t < > < 0 > Mouvements locaux SPECTRE COMPLEXE E (Champ) E p Changements d'organisation - Tg - fusion - Cristallisation T ( C) Temps 0 Des matériaux de nature diverse peuvent ainsi être étudiés avec un TSC : films, poudres, liquides, gels, pastilles sans aucune préparation préalable puisque des électrodes adaptées aux différentes morphologies sont disponibles. La faible fréquence équivalente (10-4 - 10-2 Hz) du TSC lui confère une bonne résolution et une bonne sensibilité lui permettant ainsi de compléter les informations obtenues par DSC et Spectroscopie Dynamique Diélectrique (DDS). Electrode de calibration Electrode pour films Electrode pour liquides
6 Spécifications Données techniques Température (sonde platine) : Gamme: -170 C /+350 C, précision ±0,12% Rampe en température à chaud: 0 à 40 C/mn Rampe en température à froid: 0 à 40 C/mn Electromètre : Gamme:10-15 à 2.10-2 A Précision: ± 0,1% pour la gamme 20mA ± 1% pour la gamme 20pA Tension appliquée : 0 à 500V/mm, précision ± 0,15% Capteurs de pression : Hélium: 1100 mbar Vide: 10-4 mbar à 10 mbar Echantillon : Pastille, film: de 0,25 à 4 mm Liquide, poudre : 20mg Quelques utilisateurs : NASA - USA (VA) ABBOTT - USA (IL) SANOFI-AVENTIS - France VERTEX-Pharmaceuticals - USA, (MA) Laboratoire de Physique des Polymères (L2P) - France Boerhinger-Inghelheim - USA (NJ) SETARAM INSTRUMENTATION 7, rue de l Oratoire 69300 Caluire - France Tél. +33(0)4 72 10 25 25 Fax +33(0)4 78 28 63 55 SETARAM Inc. 7905 Browning Rd, Suite 206 Pennsauken N J 08109-4323 - USA Tél. +1 856 910 9990 Fax +1 856 910 1150 sales@setaram.com / www.setaram.com Les spécifications techniques sont données à titre d indication et ne sont pas contractuelles. 06/05 Groupe KEP Technologies TECHNOLOGIES