Cocrystals of Hydrochlorothiazide: Solubility and Diffusion/Permeability Enhancements through Drug-Coformer Interactions

Hydrochlorothiazide (HCT) is a diuretic and a BCS class IV drug with low solubility and low permeability, exhibiting poor oral absorption. The present study attempts to improve the physicochemical properties of the drug using a crystal engineering approach with cocrystals. Such multicomponent crystals of HCT with nicotinic acid (NIC), nicotinamide (NCT), 4-aminobenzoic acid (PABA), succinamide (SAM), and resorcinol (RES) were prepared using liquid-assisted grinding, and their solubilities in pH 7.4 buffer were evaluated. Diffusion and membrane permeability were studied using a Franz diffusion cell. Except for the SAM and NIC cocrystals, all other binary systems exhibited improved solubility. All of the cocrystals showed improved diffusion/membrane permeability compared to that of HCT with the exception of the SAM cocrystal. When the solubility was high, as in the case of PABA, NCT, and RES cocrystals, the flux/permeability dropped slightly. This is in agreement with the expected interplay between solubility and permeability. Improved solubility/permeability is attributed to new drug-coformer interactions. Cocrystals of SAM, however, showed poor solubility and flux This cocrystal contains a primary sulfonamide dimer synthon similar to that of HCT polymorphs, which may be a reason for its unusual behavior. Hirshfeld surface analysis was carried out in all cases to determine whether a correlation exists between cocrystal permeability and drug-coformer interactions.

Smaller is Plastic: Polymorphic Structures and Mechanism of Deformation in Nanoscale hcp Metals

Using first-principles calculations, we establish the existence of highly-stable polymorphs of hcp metals (Ti, Mg, Be, La and Y) with nanoscale structural periodicity. They arise from heterogeneous deformation of the hcp structure occurring in response to large shear stresses localized at the basal planes separated by a few nanometers. Through Landau theoretical analysis, we show that their stability derives from nonlinear coupling between strains at different length scales. Such multiscale hyperelasticity and long-period structures constitute a new mechanism of size-dependent plasticity and its enhancement in nanoscale hcp metals.

BIMODAL NANOINDENTATION RESPONSE OF THE (001) FACE IN CRYSTALLINE SODIUM SACCHARIN DIHYDRATE

The nanoindentation response of the (001) face of sodium saccharin dihydrate is examined. The structure can be demarcated into regular and irregular regions or domains. The regular domains have solid-like and the irregular ones have liquid-like characteristics. Therefore, these domains impart a microstructure to the crystal. The indent face (001) is prominently developed in this crystal and unambiguously presents the regular and irregular regions to nanoindention. Average values of elastic modulus and hardness show a distinct bimodal mechanical response. Such a response has been observed in the case of intergrown polymorphs of aspirin and felodipine. We examine two possible reasons as to why the responses could be for bimodal in this crystal. The first possibility could be that the two domains correspond to regions of the original dihydrate and a lower hydrate that is obtained by the loss of some water. The second possibility could be that these responses correspond to regular and irregular regions in the structure. Nanoindentation is a very useful technique in the characterization of molecular solids, as a complementary technique to X-ray crystallography, because it samples different length scales.

Crystal landscape in the orcinol:4,4 `-bipyridine system: synthon modularity, polymorphism and transferability of multipole charge density parameters

Polymorphism in the orcinol: 4,4'-bipyridine cocrystal system is analyzed in terms of a robust convergent modular phenol...pyridine supramolecular synthon. Employing the Synthon Based Fragments Approach (SBFA) to transfer the multipole charge density parameters, it is demonstrated that the crystal landscape can be quantified in terms of intermolecular interaction energies in the five crystal forms so far isolated in this complex system. There are five crystal forms. The first has an open, divergent O-H...N based structure with alternating orcinol and bipyridine molecules. The other four polymorphs have different three-dimensional packing but all of them are similar at an interaction level, and are based on a modular O-H...N mediated supramolecular synthon that consists of two orcinol and two bipyridine molecules in a closed, convergent structure. The SBFA method, which depends on the modularity of synthons, provides good agreement between experiment and theory because it takes into account the supramolecular contribution to charge density. The existence of five crystal forms in this system shows that polymorphism in cocrystals need not be considered to be an unusual phenomenon. Studies of the crystal landscape could lead to an understanding of the kinetic pathways that control the crystallization processes, in other words the valleys in the landscape. These pathways are traditionally not considered in exercises pertaining to computational crystal structure prediction, which rather monitors the thermodynamics of the various stable forms in the system, in other words the peaks in the landscape.

Crystal chemistry and photomechanical behavior of 3,4-dimethoxycinnamic acid: correlation between maximum yield in the solid-state topochemical reaction and cooperative molecular motion

A new monoclinic polymorph, form II (P2(1)/c, Z = 4), has been isolated for 3,4-dimethoxycinnamic acid (DMCA). Its solid-state 2 + 2 photoreaction to the corresponding alpha-truxillic acid is different from that of the first polymorph, the triclinic form I (P (1) over bar, Z = 4) that was reported in 1984. The crystal structures of the two forms are rather different. The two polymorphs also exhibit different photomechanical properties. Form I exhibits photosalient behavior but this effect is absent in form II. These properties can be explained on the basis of the crystal packing in the two forms. The nanoindentation technique is used to shed further insights into these structure-property relationships. A faster photoreaction in form I and a higher yield in form II are rationalized on the basis of the mechanical properties of the individual crystal forms. It is suggested that both Schmidt-type and Kaupp-type topochemistry are applicable for the solid-state trans-cinnamic acid photodimerization reaction. Form I of DMCA is more plastic and seems to react under Kaupp-type conditions with maximum molecular movements. Form II is more brittle, and its interlocked structure seems to favor Schmidt-type topochemistry with minimum molecular movement.

Effect of W addition on the electrical switching of VO2 thin films

Vanadium Oxide has been a frontrunner in the field of oxide electronics because of its metal-insulator transition (MIT). The interplay of different structures of VO2 has played a crucial role in deciding the magnitude of the first order MIT. Substitution doping has been found to introduce different polymorphs of VO2. Hence the role of substitution doping in stabilizing the competing phases of VO2 in the thin film form remains underexplored. Consequently there have been reports both discounting and approving such a stabilization of competing phases in VO2. It is reported in the literature that the bandwidth of the hysteresis and transition temperature of VO2 can be tuned by substitutional doping of VO2 with W. In this work, we have adopted a novel technique called, Ultrasonic Nebulized Spray Pyrolysis of Aqueous Combustion Mixture (UNSPACM) to deposit VO2 and W- doped VO2 as thin films. XRD and Raman spectroscopy were used to investigate the role of tungsten on the structure of VO2 thin films. Morphology of the thin films was found to be consisting of globular and porous nanoparticles of size similar to 20nm. Transition temperature decreased with the addition of W. We found that for 2.0 at % W doping in VO2, the transition temperature has reduced from 68 degrees C to 25 degrees C. It is noted that W-doping in the process of reducing the transition temperature, alters the local structure and also increases room temperature carrier concentration. (c) 2016 Author(s).

Development of a classical force field for the oxidized Si surface: application to hydrophilic wafer bonding.

We have developed a classical two- and three-body interaction potential to simulate the hydroxylated, natively oxidized Si surface in contact with water solutions, based on the combination and extension of the Stillinger-Weber potential and of a potential originally developed to simulate SiO(2) polymorphs. The potential parameters are chosen to reproduce the structure, charge distribution, tensile surface stress, and interactions with single water molecules of a natively oxidized Si surface model previously obtained by means of accurate density functional theory simulations. We have applied the potential to the case of hydrophilic silicon wafer bonding at room temperature, revealing maximum room temperature work of adhesion values for natively oxidized and amorphous silica surfaces of 97 and 90 mJm(2), respectively, at a water adsorption coverage of approximately 1 ML. The difference arises from the stronger interaction of the natively oxidized surface with liquid water, resulting in a higher heat of immersion (203 vs 166 mJm(2)), and may be explained in terms of the more pronounced water structuring close to the surface in alternating layers of larger and smaller densities with respect to the liquid bulk. The computed force-displacement bonding curves may be a useful input for cohesive zone models where both the topographic details of the surfaces and the dependence of the attractive force on the initial surface separation and wetting can be taken into account.

Fabrication and properties of TBCCO films via air-atomising spray deposition of thallium-free precursors

The high-field properties of polycrystalline superconducting TlBaCaCuO films fabricated by the incorporation of thallium vapour into air-atomised BaCaCuO precursors are described. Thick films with Tc values in the range 106-111 K have been prepared on polycrystalline yttria-stabilised zirconia substrates. The surface morphology, crystal structure and composition of the films are related to their high-field transport and magnetisation properties. Typical 10 mm × 9 mm films show Jc values > 1×104 A/cm2 at 77 K (0 T). The best film has a Jc=1.3×104 A/cm2 (Ic=3.6 A) at 77 K (0 T). Films prepared on 26 mm×9 mm substrates show typical large-area Jc values > 0.5×104 A/cm2 (77 K, 0 T). A square planar specimen of dimensions 4.3 mm ×4.3 mm exhibited magnetisation Jc values=1.2×105 A/cm2 at 4.2 K (0.1 T), 9.3×104 A/cm2 at 10 K (0.1 T), 3.3×104 A/ cm2 at 4 K (8 T), and 1.6×104 A/cm2 at 10 K (8 T). © 1994.

Correlation of transport and magnetic critical currents in melt-processed YBa2Cu3O7-δ thick films

Transport critical current measurements have been carried out on melt-processed thick films of YBa2Cu3O7-δ on yttria-stabilized zirconia in fields of up to 8 T both within grains and across grain boundaries. These measurements yield Jc values of ∼3000 A cm-2 at 4.2 K and zero magnetic field and 400 A cm -2 at 77 K and zero magnetic field, taking the entire sample width as the definitive dimension. Optical and scanning electron microscopy reveals that the thick-film grains consist typically of a central "hub" region ∼50 μm in diameter, which is well connected to radial subgrains or "spokes" which extend ∼1 mm to define the complete grain structure. Attempts have been made to correlate the transport measurements of inter- and intra-hub-and-spoke (H-S) critical current with values of this parameter derived previously from magnetization measurements. Analysis of the transport measurements indicates that current flow through H-S grains is constrained to paths along the spokes via the grain hub. Taking the size of the hub as the definitive dimension yields an intra-H-S grain Jc of ∼60 000 A cm-2 at 4.2 K and 0 T, which is in reasonable agreement with the magnetization data. Experiments in which the hub is removed from individual grains confirm that this feature determines critically the J c of the film.

Asymptotic analysis of plane-strain mode I steady-state crack growth in transformation toughening ceramics (II)

Based on a constitutive law which includes the shear components of transformation plasticity, the asymptotic solutions to near-tip fields of plane-strain mode I steadity propagating cracks in transformed ceramics are obtained for the case of linear isotropic hardening. The stress singularity, the distributions of stresses and velocities at the crack tip are determined for various material parameters. The factors influencing the near-tip fields are discussed in detail.

Fracture of materials undergoing solid-solid phase transformation

A large number of technologically important materials undergo solid-solid phase transformations. Examples range from ferroelectrics (transducers and memory devices), zirconia (Thermal Barrier Coatings) to nickel superalloys and (lithium) iron phosphate (Li-ion batteries). These transformations involve a change in the crystal structure either through diffusion of species or local rearrangement of atoms. This change of crystal structure leads to a macroscopic change of shape or volume or both and results in internal stresses during the transformation. In certain situations this stress field gives rise to cracks (tin, iron phosphate etc.) which continue to propagate as the transformation front traverses the material. In other materials the transformation modifies the stress field around cracks and effects crack growth behavior (zirconia, ferroelectrics). These observations serve as our motivation to study cracks in solids undergoing phase transformations. Understanding these effects will help in improving the mechanical reliability of the devices employing these materials.

In this thesis we present work on two problems concerning the interplay between cracks and phase transformations. First, we consider the directional growth of a set of parallel edge cracks due to a solid-solid transformation. We conclude from our analysis that phase transformations can lead to formation of parallel edge cracks when the transformation strain satisfies certain conditions and the resulting cracks grow all the way till their tips cross over the phase boundary. Moreover the cracks continue to grow as the phase boundary traverses into the interior of the body at a uniform spacing without any instabilities. There exists an optimal value for the spacing between the cracks. We ascertain these conclusion by performing numerical simulations using finite elements.

Second, we model the effect of the semiconducting nature and dopants on cracks in ferroelectric perovskite materials, particularly barium titanate. Traditional approaches to model fracture in these materials have treated them as insulators. In reality, they are wide bandgap semiconductors with oxygen vacancies and trace impurities acting as dopants. We incorporate the space charge arising due the semiconducting effect and dopant ionization in a phase field model for the ferroelectric. We derive the governing equations by invoking the dissipation inequality over a ferroelectric domain containing a crack. This approach also yields the driving force acting on the crack. Our phase field simulations of polarization domain evolution around a crack show the accumulation of electronic charge on the crack surface making it more permeable than was previously believed so, as seen in recent experiments. We also discuss the effect the space charge has on domain formation and the crack driving force.

Resistência à flexão e microestrutura de vidro-cerâmicas feldspáticas processadas por injeção em moldes à alta temperatura

Enquanto os métodos tradicionais de processamento de restaurações cerâmicas tornaram-se notórios por sua complexidade, as técnicas mais modernas vêm privilegiando a simplicidade de execução e a automação. Dentre estas, destaca-se a injeção em moldes, que recentemente, foi associada a métodos CAD-CAM. Estudos anteriores demonstraram a viabilidade de utilização de um vidro feldspático de baixa expansão térmica, Alpha (Vita Zahnfabrik), para injeção, porém, faltam informações quanto às propriedades mecânicas e a microestrutura deste material quando submetido à injeção. Os objetivos deste estudo são: produzir pastilhas vidrocerâmicas para injeção a quente a partir de Alpha e da mistura deste vidro com partículas de alumina e zircônia; avaliar a resistência à flexão dos materiais processados, e compará-la a um material compatível existente no mercado (PM9 - Vita Zahnfabrik); estudar a estrutura microscópica dos materiais e correlacioná-la com suas propriedades mecânicas; identificar por meio de difração de raios X a formação de fases cristalinas durante as diferentes etapas de processamento. A injeção aumentou a resistência do vidro Alpha devido à redução na quantidade e tamanho dos defeitos internos, principalmente porosidades. Apesar de ter sido observada nucleação de cristais nos dois materiais, durante o processamento, não foi possível determinar de que forma este fenômeno afetou as propriedades mecânicas dos materiais. Não foi detectada alteração no padrão de distribuição das fases cristalinas observadas em microscópio eletrônico de varredura antes e depois da injeção. Não foi verificada diferença estatística significante entre a resistência à flexão de Alpha injetado e PM9. A adição de partículas de alumina e zirconia ao vidro Alpha provocou redução da resistência, devido à formação de aglomerados durante a confecção das pastilhas e a incapacidade da injeção em dispersá-los. Tais aglomerados funcionaram como concentradores de tensões, enfraquecendo o material.

Direitos de propriedade intelectual e saúde pública: das normas de regulação às práticas de exame de patentes na área farmacêutica no Brasil.

Este trabalho discute o patenteamento farmacêutico no Brasil por meio de análises dos exames de patentes propriamente ditos, com a entrada em vigor da atual lei da propriedade industrial (Lei 9.279/1996). Para a compreensão de como funciona o exame de patentes, parte-se da apresentação de conceitos basilares da propriedade industrial. É dado destaque à importância das patentes como fonte de informação tecnológica (pesquisa bibliográfica em bancos de patentes e para a recuperação das informações contidas nestes documentos). Neste ponto, apresenta-se um estudo sobre as patentes relacionadas ao efavirenz, por tratar-se de um caso excepcional na discussão sobre propriedade industrial e saúde pública; já que ele foi o primeiro medicamento licenciado compulsoriamente pelo Governo brasileiro (dentro da política de controle da epidemia da Aids). Em seguida, o problema da associação entre os direitos de propriedade industrial e o acesso a medicamentos é abordado em dois capítulos relevantes: i) as questões sobre a atenteabilidade de polimorfos de fármacos; e ii) os procedimentos técnicos adotados no exame de patentes farmacêuticas no âmbito da Coordenação de Propriedade Intelectual da ANVISA (COOPI-ANVISA) e do Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI). De fato, o primeiro tratado internacional relativo à propriedade industrial, a Convenção da União de Paris (CUP, de 1883), já propugnava o princípio da independência das patentes, ou seja, que cada país tem liberdade para decidir sobre a patenteabilidade ou não dos diferentes produtos e processos de invenção. Mais tarde, o Acordo TRIPS (de 1995) não vedará aos países a adoção de escopos de proteção distintos, visando o equilíbrio entre os interesses públicos e privados em diferentes domínios tecnológicos, nos diferentes países. Finalmente, a Declaração de Doha, de 2001, prevê dispositivos flexibilizadores de modo a favorecer precisamente políticas de saúde e acesso a medicamentos pela utilização de salvaguardas dos direitos de propriedade intelectual no exame de pedidos de patentes. Conclui-se, neste trabalho, que aspectos técnicos e jurídicos inerentes ao patenteamento aliados à capacidade política de decisão em favor da implementação de flexibilidades no exame de pedidos patentes de fármacos e medicamentos podem ser mais ou menos favoráveis à saúde pública.

Distribuição de tensões em próteses parciais fixas posteriores livres de metal com retentores intracoronários: análise em elementos finitos

Para reabilitar a ausência de um elemento dentário posterior, as próteses parciais fixas (PPF) com retentores intracoronários são uma alternativa aos implantes osseointegrados. O objetivo deste estudo foi avaliar a distribuição de tensões nessas próteses com três combinações de materiais: cerâmica de zircônia parcialmente estabilizada por ítria (ZPEI) revestida por cerâmica de fluorapatita (α), cerâmica de dissilicato de lítio (β) ou compósito fibrorreforçado (γ). Na composição α, foram analisadas a presença ou ausência da cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais e três variações na área total da seção transversal dos conectores (4 mm de largura x 3,2, 4,2 ou 5,2 mm de altura). Em 8 modelos bidimensionais de elementos finitos, uma carga vertical de 500 N foi aplicada na fossa central do pôntico e as tensões principais máximas (tração) e mínimas (compressão) foram apontadas em MPa. Inicialmente foram avaliados os 6 modelos com PPF de ZPEI e suas variações. Os maiores valores das tensões de tração foram encontrados no terço cervical dos conectores. Quando presente nestas regiões, a cerâmica de revestimento recebeu tensões acima do limite de sua resistência à flexão. Na comparação entre os modelos sem cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais, mesmo aquele com conectores de 3,2 x 4 mm, cuja infraestrutura apresentava 2,5 x 3 mm, poderia ser recomendado para uso clínico. Altos valores de tensões de compressão foram registrados entre o terço oclusal e médio dos conectores, correspondente à união entre as cerâmicas, o que poderia ocasionar, devido à flexão, falhas adesivas. Posteriormente, o modelo de ZPEI com a cerâmica de fluorapatita ausente da parede cervical das caixas proximais e área total dos conectores de 4,2 x 4 mm foi comparado aos dois outros materiais com conectores de mesma área. Na PPF de dissilicato de lítio, os valores representaram uma provável violação do limite de sua resistência à flexão. A PPF de compósito fibrorreforçado apresentou tensões bem abaixo do limite de resistência à flexão de sua infraestrutura, mas, como no modelo de ZPEI, tensões compressivas se concentraram com alto valor entre o terço oclusal e médio dos conectores, local de união entre a resina composta e a infraestrutura de fibras. Os resultados mostraram que a cerâmica de dissilicato de lítio e a presença da cerâmica de fluorapatita na parede cervical das caixas proximais deveriam ser contraindicadas para a condição proposta. Parece viável uma área de conectores na infraestrutura de ZPEI com no mínimo 2,5 x 3 mm. A PPF de compósito fibrorreforçado apresenta resistência estrutural para a situação estudada, mas, como também aquelas compostas de ZPEI, aparenta ter como pontos fracos a adesão entre a infraestrutura e o material de cobertura e a própria resistência deste último.

A regulação das patentes farmacêuticas no Brasil: entre saúde pública, política e direito

O objetivo geral da tese é aprofundar a reflexão sobre a regulação e o exame de qualidade de patentes farmacêuticas no Brasil, em um contexto de implantação de dispositivos legais conhecidos como TRIPS-Plus ao redor do mundo. Para isso, são discutidos os mecanismos jurídicos e políticos de proteção à saúde relacionados à propriedade intelectual. Analisam-se especificamente do ponto de vista sociológico as experiências de anuência prévia para pedidos de patentes envolvendo produtos e processos farmacêuticos da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) e o uso do subsídio ao exame técnico. Em termos metodológicos, consideram-se as ações do Governo brasileiro entre 1996 a 2012, propostas de mudança da Lei de Propriedade Industrial brasileira e controvérsias ligadas a algumas modalidades de reivindicação, como polimorfos, patentes de seleção e segundo uso médico. As técnicas de pesquisa utilizadas também incluem o levantamento de material de imprensa, textos de leis, documentos e decretos relativos a medicamentos e propriedade intelectual, assim como de pedidos de patentes e de decisões judiciais concernindo à temática. Optou-se ainda por realizar entrevistas com gestores, examinadores de patentes, juristas e membros de ONGs. As conclusões indicam que as práticas regulatórias ligadas ao setor saúde não podem ser reduzidas ao simples corpo de regras formais presentes neste domínio, mas sim entendidas como agenciamentos entre atores, tipos distintos de saberes e de ferramentas de intervenção. A regulação dos direitos de propriedade intelectual relativos a produtos e processos farmacêuticos no Brasil está ligada a um processo, onde se verifica a disputa em torno de diferentes projetos e visões de mundo de grupos com maior ou menor poder para direcionar este processo. Os dispositivos da anuência prévia e do subsídio ao exame técnico apresentam-se como elementos reguladores da propriedade intelectual de medicamentos e de impacto sobre exame de qualidade de patentes farmacêuticas, contribuindo para a consideração de questões de saúde pública ao longo da concessão destas patentes.