Contenu

Pharmaceutique Industrie
The Practical Guide to Surface Science (2026)

?s=100&d=m
Écrit par
No biography added yet.
Lire la suite
?s=100&d=m
Reviewed by
N/A
No biography added yet.
Lire la suite
?s=100&d=m
Written By

No biography added yet.

?s=100&d=m
Évalué par

N/A N/A

No biography added yet.

Il s’agit d’un guide pratique de la science des surfaces pour les chercheurs travaillant dans l’industrie pharmaceutique.

Dans ce tout nouveau guide, vous apprendrez tout sur :

  • Crucial surface science principles
  • L’importance des mesures scientifiques de surface pour l’industrie pharmaceutique
  • Normes et directives ASTM applicables

Plongeons dans le vif du sujet.

Produits pharmaceutiques

Contenu

mesure

Mesure de l’angle de contact

tension

Mesure de la tension superficielle

énergie

Mesure de l’énergie de surface

angle de glissement

Mesure de l’angle de glissement

Monde réel

Applications dans le monde réel

Norme et guide

Normes et lignes directrices

Executive Summary

What it covers: A practical, pharma-focused guide to applying surface science—contact angle (static and dynamic), surface/interfacial tension (including dynamic), surface energy, and sliding angle—to understand and control powders, liquids, coatings, and interfaces. It also includes benchmark reference data, real-world pharma case studies, and a reporting framework for repeatable measurements.
Key insights: Real pharmaceutical surfaces rarely have a single “true” contact angle; advancing/receding angles and hysteresis often tell you more than a one-off static value, especially on rough, heterogeneous, or porous substrates. Young–Laplace fitting tends to be more consistent for axisymmetric drops, while polynomial fitting is more flexible for non-axisymmetric drops; dynamic surface tension is the right tool when interfaces evolve quickly (e.g., during droplet/bubble formation, foams, and drying).
Business value: Turns wetting and interfacial behavior into measurable, trendable attributes that support faster formulation down-selection, smoother tech transfer, and more defensible investigations when dissolution, coating quality, or process performance drifts. In practice, these measurements can link physicochemical metrics to outcomes like vesicle yield, oral dissolution/bioavailability, cleanability/cross-contamination risk, patch bonding consistency, and inhalable aerosol performance.
Standards to follow: Align wetting characterization with USP ⟨1243⟩, Wetting Properties of Pharmaceutical Systems (Proposed General Chapter; PF 49(5)), emphasizing fixed-timestamp contact angle reporting, controlled temperature (and RH where relevant), and clear traceability (instrument/software/SOP/operator). Follow the chapter’s guardrails: use product-family-calibrated targets (not universal limits), report replicates + stats and explicit reject/re-run rules, and treat data as GMP/audit-ready only when captured under your site’s validated systems and procedures.
Bottom line: This is a standards-minded playbook for choosing the right surface measurement, running it in a controlled way, and interpreting it with the right guardrails, so wetting and interfacial effects stop being “mystery variables” and become actionable controls for formulation, manufacturing, and QC trending. It helps pharma teams move from subjective observations to comparable numbers that support better decisions and more robust products.

Chapitre 1 : Introduction

L’industrie pharmaceutique se divise en grands segments, notamment les médicaments génériques, les médicaments en vente libre, les médicaments en vrac, les vaccins, la recherche et la fabrication sous contrat (CRO et CMO), les biosimilaires et les produits biologiques. La caractérisation des poudres pharmaceutiques implique de comprendre les propriétés de surface, qui jouent un rôle important dans des processus tels que la pénétration des liquides dans les comprimés et les granulés, l’étalement des poudres dans les liquides, la séparation des phases et la formation et la stabilité des émulsions. De plus, la compréhension des processus tels que l’adsorption, la tension superficielle et le frottement aux interfaces de phase est essentielle pour obtenir des conditions optimales en pharmacie.

 

Pharmaceutique

We use the following surface properties to understand the behavior of Pharmaceutical products and improve their quality.

Chapitre 2 : Mesure de l’angle de contact

L’angle de contact quantifie la mouillabilité d’une surface en représentant l’angle entre la surface d’un liquide et une surface solide.
Recherche Dropletlab

Sample Image taken from Droplet Lab Tensiometer.

Young – Méthode Laplace

  • 1. Cette méthode utilise l’ensemble du profil de chute pour calculer la valeur de l’angle de contact.
  • 2. This method is only compatible with an axisymmetric drop, which is not always seen in practice because a needle is typically inserted into the drop to increase or decrease the drop volume.
  • 3. This method yields more consistent results than the polynomial fitting method.

Méthode polynomiale

  • 1. This method uses only a portion of the drop profile to calculate the contact angle value.
  • 2. Cette méthode est compatible avec les gouttes axisymétriques et non axisymétriques.
  • 3. The measurement results of this method are less consistent, as they can be influenced by local surface imperfections.
Angle de contact dynamique

Ideally, when we place a drop on a solid surface, a unique angle exists between the liquid and the solid surface. We can calculate the value of this ideal contact angle (the so-called Young’s contact angle) using Young’s equation. In practice, due to surface geometry, roughness, heterogeneity, contamination, and deformation, the contact angle value on a surface is not necessarily a single consistent value but rather falls within a range. The upper and lower limits of this range are known as the advancing and receding contact angles, respectively. The values of advancing and receding contact angles for a solid surface are highly sensitive to many parameters, such as temperature, humidity, homogeneity, and minor contamination of the surface and liquid. For example, the advancing and receding contact angles of a surface can differ at different locations.

Angle de contact dynamique par rapport à l’angle de contact statique

Les surfaces et les revêtements pratiques présentent naturellement une hystérésis d’angle de contact, indiquant une gamme de valeurs d’équilibre. Lorsque nous mesurons les angles de contact statiques, nous obtenons une seule valeur dans cette plage. S’appuyer uniquement sur des mesures statiques pose des problèmes, tels qu’une mauvaise répétabilité et une évaluation incomplète de la surface en ce qui concerne l’adhérence, la propreté, la rugosité et l’homogénéité.

In practical applications, we need to understand how easily a liquid spreads (advancing angle) and how easily it is removed (receding angle), such as in painting and cleaning. Measuring advancing and receding angles offers a holistic view of liquid-solid interaction, unlike static measurements, which yield an arbitrary value within the range.

Ces informations sont cruciales pour les surfaces du monde réel avec des variations, une rugosité et une dynamique, aidant des industries telles que les cosmétiques, la science des matériaux et la biotechnologie à concevoir des surfaces efficaces et à optimiser les processus.

Découvrez comment la mesure de l’angle de contact est effectuée sur notre tensiomètre

Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’angle de contact, lisez notre mesure de l’angle de contact : le guide définitif

Mesure de l’angle de contact : le guide définitif

Open Benchmark Data: Contact Angle & Surface Energy

These reference measurements show how deionized water wets four standard substrates measured with the Droplet Lab Dropometer. Use them as visual and numerical benchmarks when you're checking your own sample preparation, treatments, and chemistry.

Full contact angle and surface energy datasets (including additional liquids and statistics) are available on our dataset hub.

Glass - DI Water
Glass - DI Water
Nylon - DI Water
Nylon - DI Water
PMMA - DI Water
PMMA - DI Water
Teflon - DI Water
Teflon - DI Water

The droplet images above are taken from the same benchmark series as our open dataset. For each substrate and probe liquid we report:

● Advancing and receding contact angles (and hysteresis)
● Derived surface energy (SFE) values based on multi-liquid measurements
● Measurement conditions, uncertainties, and sample preparation details

Comparing your own droplet shapes and angles against these references is a fast way to spot contamination, treatment drift, or unexpected changes in wettability.

Explore the full benchmark datasets (contact angle + surface energy)

Measurements were performed with the Droplet Lab Dropometer under controlled laboratory conditions. Treat these values as sanity checks and starting points for your own process targets, not as product specifications.

Chapitre 3 : Mesure de la tension superficielle

Cette propriété mesure la force qui agit à la surface d’un liquide, dans le but de minimiser sa surface.

Mesure de la tension superficielle

Sample Image taken from Droplet Lab Tensiometer

Tension superficielle dynamique

La tension superficielle dynamique diffère de la tension superficielle statique, qui fait référence à l’énergie de surface par unité de surface (ou à la force agissant par unité de longueur le long du bord d’une surface liquide).

La tension superficielle statique caractérise l’état d’équilibre de l’interface liquide, tandis que la tension superficielle dynamique tient compte de la cinétique des changements à l’interface. Ces changements peuvent impliquer la présence de tensioactifs, d’additifs ou de variations de température, de pression et de composition à l’interface.

Quand utiliser la mesure dynamique de la tension superficielle

Dynamic surface tension is essential for processes that involve rapid changes at the liquid-gas or liquid-liquid interface, such as droplet and bubble formation, coalescence (change in surface area), the behavior of foams, and the drying of paints (change in composition, e.g., evaporation of solvent). It is measured by analyzing the shape of a hanging droplet over time.

La tension superficielle dynamique s’applique à diverses industries, notamment les cosmétiques, les revêtements, les produits pharmaceutiques, la peinture, l’alimentation et les boissons, ainsi que les processus industriels, où la compréhension et le contrôle du comportement des interfaces liquides sont essentiels pour la qualité du produit et l’efficacité des processus.

Apprenez comment la mesure de la tension superficielle est effectuée sur notre tensiomètre

Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’énergie de surface, lisez notre mesure de la tension superficielle : le guide définitif

Mesure de la tension superficielle : le guide définitif

Chapitre 4 : Mesure de l’énergie de surface

L’énergie de surface fait référence à l’énergie nécessaire pour créer une unité de surface d’une nouvelle surface.
231

Sample Image taken from Droplet Lab Tensiometer

Découvrez comment la mesure de l’énergie de surface est effectuée sur notre tensiomètre

Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’énergie de surface, lisez notre mesure de l’énergie de surface : le guide définitif

Mesure de l’énergie de surface : le guide définitif

For benchmark contact angle and surface energy values on glass, nylon, PMMA, and Teflon, see the Open Benchmark Data panel above or visit our Dataset Hub for full CSV downloads.

Dataset Hub

Chapitre 5 : Mesure de l’angle de glissement

L’angle de glissement mesure l’angle auquel un film liquide glisse sur une surface solide. Il est couramment utilisé pour évaluer la résistance au glissement d’une surface.

Angle de glissement 1

Sample Image taken from Droplet Lab Tensiometer

Apprenez comment la mesure de l’angle de glissement est effectuée sur notre tensiomètre

Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’angle de glissement, lisez notre Mesure de l’angle de glissement : le guide définitif

Mesure de l’angle de glissement : le guide définitif

Chapitre 6 : Applications dans le monde réel

Au sein de l’industrie pharmaceutique, plusieurs études de cas illustrent les avantages de la réalisation de mesures de propriétés de surface.

Pendant-Drop Interfacial Tension as a Formulation Screen for Scalable Lipid Vesicle Drug-Delivery Systems

The paper addresses a common pharmaceutical delivery challenge: therapeutic cargos vary widely, and delivery systems often require tuning to achieve robust performance. The authors present nanoscale lipid vesicles engineered with asymmetric leaflet composition and demonstrate that these vesicles can support delivery of nucleic-acid and protein payload classes in cellular models. A key formulation insight is established by linking interfacial properties of lipid-in-oil systems to vesicle formation outcomes, positioning interfacial tension as a measurable handle relevant to formulation selection and manufacturing robustness.

Role of the Droplet Lab Goniometer

Droplet Lab is used for pendant-drop tensiometry to quantify mineral oil / aqueous PBS interfacial tension for different lipid-containing oil formulations. These values are then interpreted against vesicle formation yield trends, making the Droplet Lab measurement a formulation-screening metric rather than a purely descriptive material property.

What this enables for pharma teams:

  • Objective comparison of lipid formulation “interfacial activity” (how strongly a lipid reduces oil/water interfacial tension)

A quantitative bridge from physicochemical measurement → process outcome (yield), supporting earlier-stage down-selection and comparability thinking.

Key Findings

  • Interfacial tension differs strongly across lipid chemistries in the oil/buffer system (Fig. 3c), demonstrating meaningful separation between candidates by a single quantitative metric.
  • The study reports a correlation between lower interfacial tension and higher vesicle yield, implying interfacial tension can act as an early indicator of formation efficiency.
  • Reported interfacial-tension values span a broad range (e.g., ~61.5 ± 3.5 mN/m for one lipid condition vs markedly lower values for others), providing a practical “screening window” for formulation differentiation.
  • Yield is assessed via fluorescence-linked quantification and is shown to vary substantially by lipid selection, reinforcing the need for formulation screening metrics beyond composition alone.

Why It Matters

In pharmaceutical development, delivery platforms succeed or fail not only on biological performance but on manufacturability, reproducibility, and change control. This paper highlights interfacial tension (measured by pendant drop) as a pragmatic, fast, and quantitative formulation attribute that correlates with formation yield—making it useful for formulation down-selection, comparability assessments, and QC-oriented specifications tied to interface-driven process behavior rather than trial-and-error alone.

Method Snapshot

Measurement mode: pendant-drop tensiometry (Droplet Lab) at an oil–aqueous buffer interface, with interfacial tension obtained by Young–Laplace shape fitting. Temperature is not explicitly stated in the pendant-drop description.

Data Note

Figure 3c: shows the interfacial tension results for water/mineral-oil systems with different lipids (caption notes Mean ± SD, n=3), providing the paper’s core Droplet Lab measurement dataset used to support the yield correlation.

Figure

Citation (APA Format)

Yang, C., Menge, J., Zhvania, N., Yu, M., Yang, H., Chen, D., Zheng, Z., Weitz, D. A., & Jahnke, K. (2025). Engineering asymmetric nanoscale vesicles for mRNA and protein delivery to cells. Advanced Functional Materials, 35, 2505738. https://doi.org/10.1002/adfm.202505738

View Publication →

Mise au point d’une nouvelle formulation de médicament oral

Consider a scenario where a pharmaceutical company develops a new oral drug formulation. The drug's success depends on its ability to dissolve quickly and be absorbed by the body. By measuring the wetting angle of the drug solution on various excipient surfaces, such as the tablet matrix and coating materials, the company can identify which materials promote optimal wetting and dissolution. A lower contact angle indicates better wetting and faster dissolution, leading to improved bioavailability and therapeutic efficacy.

Mise au point d’une nouvelle formulation de médicament oral

Prévention de la contamination dans le secteur manufacturier

Dans la fabrication pharmaceutique, il est essentiel d’assurer la propreté des surfaces des équipements pour prévenir la contamination et maintenir la qualité des produits. En mesurant l’angle de glissement des liquides utilisés dans la fabrication, l’entreprise peut identifier les surfaces qui sont moins susceptibles de permettre aux liquides d’adhérer. Cela permet de concevoir des surfaces d’équipement faciles à nettoyer et résistantes à l’adhérence des liquides, ce qui réduit le risque de contamination croisée et garantit la production de produits pharmaceutiques sûrs et cohérents.

Prévention de la contamination dans le secteur manufacturier

Compatibilité dans les systèmes d’administration de médicaments

Prenons l’exemple d’une société pharmaceutique qui développe un patch transdermique pour une administration efficace des médicaments. Le patch se compose d’un réservoir de médicament et d’une couche adhésive, tous deux essentiels pour une libération optimale du médicament et une adhérence cutanée sûre. Cependant, l’entreprise a découvert une divergence dans les énergies de surface de ces deux matériaux. Cette information a conduit à une enquête plus approfondie sur les causes potentielles, telles qu’une mauvaise adhérence du médicament ou une administration incohérente du médicament. L’entreprise a méticuleusement mesuré l’énergie de surface du réservoir de médicament et du matériau adhésif, en s’assurant que ces composants ont des énergies de surface correspondantes pour une bonne liaison et une libération constante du médicament.

Compatibilité dans les systèmes d’administration de médicaments

Optimiser les médicaments inhalables

Prenons l’exemple d’une société pharmaceutique qui développe des médicaments inhalables pour les affections respiratoires. L’efficacité de ces médicaments repose sur la production de gouttelettes d’aérosol d’une taille précise pour atteindre efficacement les poumons. En mesurant la tension superficielle de la formulation liquide utilisée dans l’aérosol, l’entreprise peut optimiser les caractéristiques de pulvérisation pour obtenir la taille et l’uniformité souhaitées des gouttelettes. Ce processus garantit que le médicament est administré directement au site cible dans les poumons, maximisant ainsi son effet thérapeutique.

Optimiser les médicaments inhalables

Nous sommes vos partenaires dans la résolution de votre activité et de votre Défis

Si vous êtes intéressé par la mise en œuvre de ces applications ou de toute autre application, veuillez nous contacter.

Contactez-nous

Chapitre 7 : Normes et lignes directrices

In an industry where precision reigns supreme, how can Pharmaceutical manufacturers ensure their products withstand scrutiny? The answer lies in standards and guidelines: the compass that guides them through the complex maze of quality and performance.

USP ⟨1243⟩ — Wetting Properties of Pharmaceutical Systems (Proposed General Chapter; PF 49(5))

What it is

A proposed USP general chapter that provides a standardized framework for characterizing wetting-related properties of pharmaceutical systems—most commonly through contact angle–based wettability assessment (solids) and surface/interfacial tension measurement techniques (liquids), along with discussion of influencing factors and related concepts (e.g., surface free energy).

When to use it

Formulation development / optimization

Compare excipient or surfactant options using contact angle and/or γ–log C behavior.

Tech transfer

Replace “looks OK” assessments with numeric, operator-comparable wetting metrics (defined timestamp for θ; defined temperature for γ).

Manufacturing / investigations

When you see batch-to-batch drift in disintegration/dissolution or coating appearance/uniformity and suspect wetting-related causes.

QC trending

Establish baseline and monitor drift in solid-side wettability and liquid-side spreading capability over time.

In-scope / Out-of-scope

In scope
  • Solids Wettability characterization via contact angle (with explicit definition of when the angle is read). Optional use of advancing/receding angles only when repeatable on the substrate.
  • Liquids Surface tension and (when relevant) interfacial tension measurement techniques and factors influencing results.
  • Method context Recognizing/controlling factors that influence measurements (surface heterogeneity, porosity/absorption, temperature, etc.).
Out of scope
  • Universal numeric limits (e.g., “θ must be < X° for all tablets”) — wetting targets must be product-/family-calibrated against performance outcomes.
  • Replacing compendial performance tests Wetting data supports understanding and control; it does not replace dissolution/disintegration or coating quality requirements.
  • Forcing unstable metrics If receding angle/hysteresis is not repeatable on rough/porous surfaces, don’t treat it as mandatory evidence.
  • Data-system compliance by default Instrument outputs are only “GMP records” when integrated under your site’s validated controls and procedures.

Minimum you must report (checklist)

  • Sample + context: sample ID (lot/product family), sample type (tablet/compact/coating vs solution/media), and any conditioning/handling (e.g., equilibration) plus the measurement map (faces/regions).
  • Test conditions: temperature (and RH if relevant) at time of test.
  • Traceability: instrument + software version, analysis model/fit method, and operator/SOP identifier.
  • Replicates + stats: n for each metric and the statistic you standardize on (e.g., median + IQR or mean + SD).
  • Solids (contact angle): probe liquid + droplet volume, θ @ fixed timestamp (and any secondary timepoint), spot-to-spot variability (IQR/SD), optional Δθ(t1→t2), and optional θₐ/θᵣ/hysteresis only if repeatable.
  • Liquids (surface/interfacial tension): method geometry (e.g., pendant drop), temperature setpoint, density inputs (and source), γ/IFT result (n + stats), pendant-drop fit/QC acceptance criteria; if reporting CMC, include concentration-series design and breakpoint/estimation method.
  • Data integrity: explicit reject/re-run rules (e.g., failed fit QC, unstable baseline/edge, absorption collapse before timestamp) and system suitability controls (reference tablet + reference liquid with run frequency and acceptance/trending limits).

Dropometer supports wetting characterization aligned with USP ⟨1243⟩ by producing standardized, timestamped θ (solids) and γ/IFT (liquids) with settings captured per run. Whether those records are GMP/audit-ready depends on your site’s validated systems, SOPs, and controls.

How to interpret results (guardrails)

  • Never compare solid θ without matching timestamp + conditioning; porous/absorbing surfaces can change rapidly, so fixed-time θ (and/or Δθ) is the defensible basis.
  • Use median θ @ t plus variability (IQR/SD) to separate “surface wettability shift” from “surface heterogeneity shift,” then confirm significance against your product-family correlation to outcomes.
  • Treat θₐ/θᵣ/hysteresis as optional diagnostics only when the substrate yields stable, repeatable values, don’t force it on rough/absorbing tablets.
  • Interpret γ/IFT primarily as a controlled trend metric (same temperature, same formulation window), and only trust changes when pendant-drop fit QC and inputs (temperature/density) are under control.
View the official USP Guidance

Maintenant, c’est à votre tour

We hope this guide showed you how to apply surface science in the Pharmaceutical industry.

Maintenant, nous aimerions vous céder la parole :

  • Quelle est l’application réelle #1 de cet article que vous voulez essayer en premier ?
  • Peut-être avons-nous manqué une norme industrielle pertinente.
  • Ou peut-être avez-vous une question sur quelque chose que vous avez lu.

Feel free to leave a comment below—we’d love to hear from you.

Laisser une réponse

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont marqués *