Solubilization behavior of diclofenac sodium in polyethylene glycol 400/water mixtures: A solubility and thermodynamic study

कई दवाएं बीमारी से लड़ने के लिए बनाई जाती हैं, लेकिन उन्हें काम करने से पहले एक सरल भौतिक बाधा का सामना करना पड़ता है: उन्हें शरीर के तरल पदार्थों में घुलना पड़ता है। यदि कोई दवा आसानी से नहीं घुल पाती है, तो उसे रक्तप्रवाह में अवशोषित नहीं किया जा सकता है, और रोगी को बहुत कम या बिल्कुल भी लाभ नहीं मिल पाता है। यह डिक्लोफेनाक सोडियम नामक एक व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले दर्द निवारक और सूजनरोधी (anti-inflammatory) दवा के लिए एक आम चुनौती है। हालांकि यह दवा दर्द और बुखार को कम करने में प्रभावी है, लेकिन यह पानी के साथ अच्छी तरह से नहीं मिलती है, जो हमारे शरीर में मौजूद प्राथमिक तरल है। इस समस्या से निपटने के लिए, वैज्ञानिक अक्सर पानी को अन्य तरल पदार्थों के साथ मिलाते हैं जो दवा को अधिक आसानी से धारण कर सकते हैं, इस तकनीक को को-सॉल्वेंसी (cosolvency) कहा जाता है। लक्ष्य पानी और दूसरे तरल का एक आदर्श मिश्रण खोजना है जो दवा की अधिकतम मात्रा को घोलने में सक्षम हो, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि दवा प्रभावी ढंग से वितरित की जा सके।

एक हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट तरल मिश्रण की जांच करने के लिए अन्वेषण किया कि वह डिक्लोफेनाक सोडियम को कितनी अच्छी तरह घोल सकता है। उन्होंने पानी को पॉलीइथलीन ग्लाइकॉल 400 (polyethylene glycol 400) के साथ मिलाने पर ध्यान केंद्रित किया, जो एक स्पष्ट, गाढ़ा तरल है जिसका उपयोग अक्सर फार्मास्यूटिकल्स में किया जाता है। तबिज़ मेडिकल साइंसेज, ईरान की टीम यह समझना चाहती थी कि अलग-अलग तापमानों पर इस मिश्रण में कितनी दवा घुल सकती है। उनका लक्ष्य उन ऊर्जा परिवर्तनों का भी मानचित्र तैयार करना था जो दवा के घुलने पर होते हैं, यह देखना कि क्या यह प्रक्रिया ऊष्मा को अवशोषित करती है या छोड़ती है, और क्या अणुओं की अव्यवस्था (disorder) बढ़ती है या घटती है। इन कारकों को मापकर, वे उम्मीद कर रहे थे कि वे विश्वसनीय गणितीय उपकरण बना सकेंगे जो हर बार नए प्रयोग किए बिना इस वातावरण में दवा के व्यवहार की भविष्यवाणी कर सकें।

शोधकर्ताओं ने पानी और पॉलीइथलीन ग्लाइकॉल 400 के विभिन्न अनुपातों वाले छोटे ट्यूब तैयार करके शुरुआत की। उन्होंने दवा की इतनी मात्रा डाली जो संभवतः घुल सकती थी, जिससे एक संतृप्त मिश्रण (saturated mixture) बन गया जहाँ ठोस दवा के कण नीचे बैठ गए। दवा और तरल के बीच एक आदर्श संतुलन सुनिश्चित करने के लिए इन ट्यूबों को एक तापमान-नियंत्रित वातावरण में तीन दिनों तक हिलाया गया। टीम ने इन मिश्रणों का परीक्षण चार विशिष्ट तापमानों पर किया, जो 298.2 केल्विन के ठंडे से लेकर 313.2 केल्विन के गर्म तापमान तक थे। हिलाने की प्रक्रिया रुकने के बाद, उन्होंने स्पष्ट तरल को ठोस कणों से अलग किया और एक प्रकाश-आधारित उपकरण का उपयोग करके मापा कि कितनी दवा घुली हुई थी। उन्होंने अपने आंकड़ों की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए प्रत्येक मिश्रण के लिए इस प्रक्रिया को तीन बार दोहराया।

परिणामों ने एक स्पष्ट पैटर्न दिखाया। शुद्ध पानी में, दवा को घुलने में सबसे अधिक कठिनाई हुई। जैसे-जैसे शोधकर्ताओं ने पॉलीइथलीन ग्लाइकॉल 400 की मात्रा बढ़ाई, घुलने वाली दवा की मात्रा लगातार बढ़ती गई। उच्चतम घुलनशीलता तब पाई गई जब मिश्रण में वजन के अनुसार 60% पॉलीइथलीन ग्लाइकॉल 400 था। इस विशिष्ट अनुपात पर, तरल ने सबसे अधिक दवा को धारण किया, और तापमान बढ़ने के साथ यह क्षमता और भी बढ़ गई। टीम ने देखा कि दवा तब सबसे अच्छी तरह घुलती है जब तरल वातावरण दवा के जल-स्नेही (water-loving) और तेल-स्नेही (oil-loving) दोनों हिस्सों के साथ अंतःक्रिया कर सकता है। पानी और पॉलीइथलीन ग्लाइकॉल 400 का मिश्रण दवा के अणुओं को घेरने और उन्हें घोल में बनाए रखने के लिए बिल्कुल सही संतुलन प्रदान करता हुआ प्रतीत हुआ।

अपने निष्कर्षों को समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने कई गणितीय मॉडलों का परीक्षण किया कि क्या वे एकत्र किए गए घुलनशीलता डेटा की भविष्यवाणी कर सकते हैं। उन्होंने उन समीकरणों का उपयोग किया जो घुलनशीलता को तापमान और तरल मिश्रण की संरचना से जोड़ते हैं। मॉडल अच्छा प्रदर्शन करते रहे, जिनमें सबसे सटीक मॉडलों ने प्रायोगिक परिणामों की बहुत कम त्रुटियों के साथ भविष्यवाणी की। एक मॉडल, जिसने तापमान और तरल संरचना को जोड़ा, पूरे परीक्षण किए गए स्थितियों के दायरे में घुलनशीलता का अनुमान लगाने के लिए विशेष रूप से उपयोगी सिद्ध हुआ। इसका अर्थ यह है कि भविष्य में, वैज्ञानिक हर बार भौतिक रूप से मापे बिना इस मिश्रण में कितनी दवा घुलेगी, इसका अनुमान लगाने के लिए इन समीकरणों का उपयोग कर सकते हैं।

अध्ययन ने घुलने की प्रक्रिया के पीछे के ऊष्मागतिकी (thermodynamics), या ऊर्जा की कहानी, की भी जांच की। शोधकर्ताओं ने शामिल ऊर्जा परिवर्तनों की गणना की और पाया कि इस प्रक्रिया के लिए ऊष्मा की आवश्यकता थी, जिसका अर्थ था कि यह ऊष्माशोषी (endothermic) थी। सरल शब्दों में, दवा को टूटने और तरल के साथ मिलने के लिए अपने परिवेश से ऊर्जा अवशोषित करने की आवश्यकता थी। हालांकि सकारात्मक ΔG° मानों ने सुझाव दिया कि संतृप्ति पर यह प्रक्रिया स्वतःस्फूर्त (non-spontaneous) नहीं है, लेकिन महत्वपूर्ण सकारात्मक एंट्रॉपी (entropy) मानों ने एक महत्वपूर्ण एंट्रॉपी-संचालित योगदान का खुलासा किया। फिर भी, डेटा ने अंततः यह दिखाया कि इन विशिष्ट मिश्रणों में डिक्लोफेनाक सोडियम का घुलना मुख्य रूप से एक एन्थैल्पी-संचालित (enthalpy-driven) प्रक्रिया थी। ऊर्जा और अव्यवस्था के इस संतुलन ने इन विशिष्ट मिश्रणों में घुलनशीलता को अनुकूल बनाया।

अंततः, यह कार्य एक विस्तृत मानचित्र प्रदान करता है कि डिक्लोफेनाक सोडियम, पानी और पॉलीइथलीन ग्लाइकॉल 400 के मिश्रण में कैसे व्यवहार करता है। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि यह मिश्रण दवा को घोलने में अत्यधिक प्रभावी है, विशेष रूप से उच्च तापमान पर और जब पॉलीइथलीन ग्लाइकॉल 400 मिश्रण का लगभग 60% हिस्सा होता है। अपने प्रयोगात्मक डेटा के विरुद्ध गणितीय मॉडलों को मान्य करके, उन्होंने ऐसे उपकरण बनाए हैं जो बेहतर दवाएं बनाने में मदद कर सकते हैं। निष्कर्ष बताते हैं कि यह विशिष्ट तरल संयोजन इस दर्द निवारक को तैयार करने और वितरित करने के तरीके में सुधार करने के लिए एक मूल्यवान विकल्प हो सकता है, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि सक्रिय दवा का अधिक हिस्सा शरीर के उस हिस्से तक पहुंचे जहां इसकी आवश्यकता है।