ETD

• Broadband Dielectric Spectroscopy
• crystallization kinetics
• Differential Scanning Calorimetry
• molecular mobility
• nifedipine
• Simvastatin

In recent years, significant attention has been devoted to the investigation of molecular dynamics in glass-forming pharmaceutical systems because molecular mobility plays a decisive role in determining both physical stability and crystallization behavior. The characterization of relaxation processes over a wide range of temperatures and timescales provides valuable insight into the mechanisms governing structural rearrangements in amorphous materials. Broadband dielectric spectroscopy is particularly useful in this context, as it enables the detection of primary and secondary relaxation modes that are closely associated with molecular motions occurring at different length scales. Combined with calorimetric techniques, it offers a comprehensive description of the thermodynamic and kinetic properties of pharmaceutical glasses.
The present work aims to establish a deeper understanding of the factors controlling the crystallization tendency of selected pharmaceutical compounds and their co-amorphous mixtures. Particular attention is given to the influence of intermolecular interactions, such as hydrogen bonding and van der Waals forces, on molecular mobility and physical stability. The role of composition, preparation method, and storage conditions is also considered in order to evaluate their impact on relaxation dynamics and long-term stability.
Moreover, the thesis seeks to identify correlations between experimentally determined dynamic parameters and the resistance of amorphous systems to recrystallization. Such correlations may provide predictive tools for assessing stability during formulation development. By combining experimental observations with theoretical models of glass transition and crystallization, this work contributes to the broader effort of establishing a molecular-level understanding of amorphous pharmaceuticals. Ultimately, the knowledge gained may support the development of more effective and stable drug delivery systems, facilitating the production of pharmaceutical formulations with enhanced performance, improved shelf life, and greater therapeutic efficacy.

Negli ultimi anni, è stata dedicata notevole attenzione allo studio della dinamica molecolare nei sistemi farmaceutici formatori di vetro, poiché la mobilità molecolare svolge un ruolo determinante sia nella stabilità fisica sia nel comportamento di cristallizzazione. La caratterizzazione dei processi di rilassamento su un ampio intervallo di temperature e scale temporali fornisce preziose informazioni sui meccanismi che governano i riarrangiamenti strutturali nei materiali amorfi. La spettroscopia dielettrica a banda larga è particolarmente utile in questo contesto, poiché consente di rilevare i modi di rilassamento primari e secondari strettamente associati ai moti molecolari che avvengono a diverse scale di lunghezza. In combinazione con le tecniche calorimetriche, essa offre una descrizione completa delle proprietà termodinamiche e cinetiche dei vetri farmaceutici.
Il presente lavoro si propone di sviluppare una comprensione più approfondita dei fattori che controllano la tendenza alla cristallizzazione di selezionati composti farmaceutici e delle loro miscele co-amorfe. Particolare attenzione è rivolta all’influenza delle interazioni intermolecolari, quali i legami a idrogeno e le forze di van der Waals, sulla mobilità molecolare e sulla stabilità fisica. Viene inoltre considerato il ruolo della composizione, del metodo di preparazione e delle condizioni di conservazione, al fine di valutarne l’impatto sulla dinamica dei rilassamenti e sulla stabilità a lungo termine.
Inoltre, la tesi mira a identificare correlazioni tra i parametri dinamici determinati sperimentalmente e la resistenza dei sistemi amorfi alla ricristallizzazione. Tali correlazioni potrebbero fornire strumenti predittivi per la valutazione della stabilità durante lo sviluppo delle formulazioni. Combinando osservazioni sperimentali e modelli teorici della transizione vetrosa e della cristallizzazione, questo lavoro contribuisce al più ampio obiettivo di sviluppare una comprensione a livello molecolare dei farmaci amorfi. In ultima analisi, le conoscenze acquisite potranno supportare lo sviluppo di sistemi di rilascio dei farmaci più efficaci e stabili, favorendo la produzione di formulazioni farmaceutiche con prestazioni migliorate, maggiore durata di conservazione e più elevata efficacia terapeutica.