Q-Med är ett medicintekniskt företag som tillverkar medicintekniska produkter, exempelvis produkter som är baserade på gel som innehåller bland annat hyaluronsyra. Gelen är placerad i en spruta som innehåller en gummikolv som är i kontakt med gelen.Idag används allt mer polymera material för olika tillämpningar, bland annat som medicintekniska produkter och läkemedelsförpackningar i läkemedelsbranschen. Q-Meds produkter betraktas som medicintekniska produkter på många marknader. Medicintekniska produkter och läkemedelsförpackningar innehåller ofta material som består av polymerer, exempelvis gummi och plast. På dessa material ställs olika krav så att dessa inte kontaminerar den produkt de är i kontakt med, då detta kan leda till olika negativa konsekvenser, exempelvis toxiska reaktioner i kroppen eller sänkt effektivitet hos läkemedlet/produkten. I och med att polymera material används kan det förekomma olika föroreningar i dessa material, exempelvis tillsatsämnen och reaktionsprodukter. Om dessa substanser läcker ut brukar dessa kallas för ”leachables” och ”extractables” – det finns inga motsvarande namn på svenska. Organiska och oorganiska föreningar är exempel på vad som kan lakas ut ur gummit.Den här rapporten beskriver en studie av gummi (bromobutylgummi) som är i kontakt med en gelprototyp (Prototyp A och Prototyp A-L) för att se vilka föreningar som kan lakas ut från gummit ur perspektivet leachables/extractables. För att ta reda på vilka föreningar som lakas ut från gummit utsattes denna för olika betingelser, som olika pH, temperatur, lösningsmedel, placebolösning och kontakt med produkt. För att kunna analysera vilka föreningar som lakades ut ur gummit i både gasfas och vätskefas användes Solid Phase Micro Extraction (SPME) och GC-MS som analysmetoder. Tre SPME fibrer med olika egenskaper, exempelvis olika polaritet och selektivitet användes för insamling av extraherbara ämnen.Resultaten visar att olika föreningar lakas ut ur gummit. Vid försök att identifiera dessa med ett referensbibliotek för masspektra gav många av dessa föreningar en relativt låg sannolikhet (< 50 %) jämfört med de föreslagna föreningarna. Detta gör det svårt att avgöra om det är en särskild förening som lakas ut eller om det är något liknande ämne som lakas ut. I gasfasen hittades fler föreningar jämfört med vätskefasen. Detta beror bland annat på att det finns fler ämnen som är villiga att gå upp i gasfas på grund av deras affinitet gentemot provet, det vill säga hur villig en förening är att reagera gentemot en annan förening. Två föreningar som dyker upp i de flesta headspace analyserna är 1-Bromo-3-(2-bromoethyl)heptane och butylated hydroxytoulene (BHT).Slutsatsen är att några enstaka föreningar lakas ut från gummit, så som BHT och 1-Bromo-3-(2-bromoethyl)heptane. Vad det gäller de andra föreningarna som lakas ut är det är svårt att avgöra om dessa föreningar verkligen kommer från gummit eller från någon annan källa, exempelvis fiberns omgivning. Detta beror på att SPME-metoden är en känslig metod som kan fånga upp en rad ämnen från sin omgivning. Därför anses det att fler studier måste göras på detta område, fast med en metod som ger mer pålitliga resultat. / Q-Med is a medical device company that manufactures medical devices, for instance a product that is a gel containing hyaluronic acid. The gel is placed in a syringe component containing a stopper made of rubber that is in contact with the gel.Today, increasingly more polymeric materials for various applications are used, for example medical devices and pharmaceutical packaging in the pharmaceutical industry. The products of Q-Med are considered as medical devices in many markets. Medical devices and pharmaceutical packaging often contains materials composed of polymers, for instance rubber and plastics. For these materials there are different requirements so that they do not contaminate the product that they are in contact with. Contamination may lead to negative consequences, such as toxic reactions and a reduced effectiveness of the drug/product.Since it is polymeric materials that are used there might be some potential impurities in the material, these pollutants are called leachables and extractables. Organic and inorganic compounds are examples of what can leach out of the rubber.In this report the rubber (bromobutyl rubber) that is in contact with a gel prototype (Prototype A and Prototype A-L) is studied to see if the rubber leaches out some compounds of the perspective leachables/extractbales. To know if the rubber leaches out some contaminates the rubber was exposed to various conditions. For instance; different pH, temperature, solvent, placebo solution and contact with the product. In order to analyze which pollutants leached out of the rubber, Solid Phase Micro Extraction (SPME) and GC-MS where used as analytical methods. Three SPME-fibers with different polarity and selectivity where used for the collection of extractable compounds.The results show that the rubber leaches out different compounds. Many of these have a low probability compared to the spectra of masses in the used reference library. This makes it difficult to determine if there is special compound that leaches out or if it is a similar compound that leaches out. When compared, more compounds were found in the gas phase than the liquid phase. This is partly because there are more compounds that are willing to get up in the gas phase, because of the compounds affinity to the sample, for example different polarity. The two main compounds, which are found in the most headspace analyses, are 1-Bromo-3- (2-bromoethyl) heptane and butylated hydroxytoulene.The conclusion is that some compounds, for instance 1-Bromo-3- (2-bromoethyl) heptane and butylated hydroxytoulene leaches out in the gas phase. For other compounds it’s hard to determine if they come from the rubber or from another source from it’s surrounding. This is because the SPME-method is a sensitive method that can absorb a number of compounds from its surroundings. It is therefore considered that more studies must be done in this area but with another method that give more reliable results.

Einleitung: Der Kontext für eine effektive intravenöse Pharmakotherapie in der Neonatologie ist komplex: Neben off-lable Verordnungen, der intraindividuellen physiologischen Unterschiede innerhalb dieser vulnerablen Patientengruppe kommen die durch die physikochemische Eigenschaften bedingten Inkompatibilitäten zwischen Wirkstoffen und Medizinprodukten hinzu. Aufgrund der sehr geringen Wirkstoffkonzentrationen der Infusionslösungen und der sehr langen Kontaktzeit des Pharmakons zum Polymer können Daten aus der Standardliteratur zu Inkompatibilitäten nicht ohne Weiteres im Rahmen der neonatologischen Versorgung angewandt werden. Eine Durchsicht der Literatur zeigt einen Mangel an auf das neonatologische Setting (im Speziellen die Frühgeborenen) übertragbarer Primärliteratur. Die Dissertationsschrift beschäftigt sich mit zwei im Zusammenhang mit den in der Pädiatrie eingesetzten Infusionsfiltern stehenden Themen: 1. Die Analyse von in Infusionsfiltern befindlichen Verunreinigungen, die potentiell währen einer Infusionstherapie in den kindlichen Organismus gelangen können. 2. Die Analyse der Retention von stellvertretend für das Wirkstoffportfolio der Neonatologie stehenden Modellsubstanzen durch PES0- und PES+- Membranfilter bis hin zum potentiellen Therapieversagen. Materialien und Methoden: Zehn in ihrer Bau- und Membranart unterschiedliche Infusionsfilter (Intrapur® Neonat, Sterifix® Neonat, Intrapur® Paed, Sterifix® Paed, I.V. Star® plus, I.V. Star®, Alphaphil 25/0.2, Infil-Paed, Infil-Air und PALL Posidyne® NEO FILTER) werden qualitativ und quantitativ auf eluierbare Extractables und Leachables mit Hilfe von HPLC/MS, MS (diskontinuierlicher Analyseprozess) und UV-Vis Spektralphotometrie (kontinuierlicher Analyseprozess) untersucht. Der Versuchsaufbau beinhaltet eine Infusionspumpe, ein Infusionsschlauch und ein Infusionsfilter, wenn HPLC/MS oder MS allein als analytische Methode eingesetzt wird. Für die UV-Vis spektralphotometrische Analytik wird zusätzlich eine Venenverweilkanüle als Verbindungsstück zwischen Filter und der Zuleitung zu der sich im Spektralphotometer befindlichen Durchflussküvette eingesetzt. Für die diskontinuierliche Analyse findet eine gepoolte Probengewinnung statt. In der kontinuierlichen Analyse werden Messdaten unter einer laufenden Elution aufgenommen. Für die Identifizierung (Vergleich: gemessenes MS-Spektrum / Spektrum aus einer Datenbank) und Quantifizierung wird N,N-Dimethylacrylamid als Referenzsubstanz eingesetzt. Die Quantifizierung findet anhand der AUC-Bestimmung der HPLC Chromatogramme und der AUC-Bestimmung der Absorption versus Zeit Kurven mit Hilfe einer Konzentrationskorrelationsfunktion statt. Die qualitative und quantitative Bestimmung der Retention wird an zwei baugleichen Infusionsfiltern [Intrapur® Paed (PES+), Sterifix® Paed (PES0)], mit sieben in ihren physikochemischen Eigenschaften unterschiedlichen Modellsubstanzen (Butylscopolaminhydrobromid, Metoprololtartrat, Adenosin, Digitoxin, Digoxin, Kaliumcanrenoat und Furosemid Natrium) und elf verschiedenen Trägerlösungen (H2O, NaCl 0, 01 %, NaCl 0, 1 %, NaCl 1 %, NaCl 0, 9 %, NaNO3 0,01 %, NaNO3 0,1 %, NaNO3 1 %, C2H3NaO2 0,01 %, C2H3NaO2 0,1 %, C2H3NaO2 1 %) durchgeführt. Die UV-Vis Spektralphotometrie dient als Analysemethode mit dem bereits beschriebenen Versuchsaufbau. AUC- und ABC-Werte der aufgenommenen Absorption versus Zeit Kurven werden zur Evaluation ebenso bestimmt wie der Zeitpunkt des Beginns einer messbaren Konzentration im Filtrat der jeweiligen Modellsubstanz in Kombination mit dem jeweiligen Infusionsfilter. Für die Charakterisierung beider Membranen werden die folgenden Methoden eingesetzt: rasterelektronenmikroskopische und röntgenspektroskopische Aufnahmen, Strömungspotentialmessungen während einer laufenden Furosemid Natrium Filtration und die Beilsteinprobe. Die Ergebnisse ermöglichen eine bessere Interpretation der AUC- und ABC-Werte. Ergebnisse: Qualitative und quantitative Analyse der in Infusionsfiltern befindlichen Verunreinigung: Ein Infusionsfilter (Intrapur® Neonat) zeigt eine deutliche Verunreinigung mit N,N-Dimethyacrylamid. In einer der Kurzinfusion entsprechenden Testreihe werden pro Filter 4,97 µg bis 7,74 µg N,N-Dimethylacrylamid eluiert. In einer der Dauerinfusion entsprechenden Testreihe werden 36,31 µg bis 98,34 µg (M: 67,90 µg und SD: 20,8) Substanz eluiert. Die größte Menge an N,N-Dimethylacrylamid wird innerhalb der ersten zwei Stunden eluiert. Die Ergebnisse mehrerer aufeinander folgender simulierter Kurzinfusionen mit Pausen zeigen, dass nach einer jeden Pause (Dauer: 1 bis 60 Minuten) in einer jeden Elution (Dauer: 15 bis 47 Minuten) N,N-Dimethylacrylamid in einer Menge zwischen 1,91 µg und 41,56 µg ausgeschieden wird. Quantitative und qualitative Analyse der durch PES0- und PES+-Membran retenierten Modellsubstanzen: Die Ergebnisse zeigen deutliche Verzögerungen bis zum Zeitpunkt des Beginns einer messbaren Konzentration im Filtrat bis hin zur absoluten Retention der jeweiligen Modellsubstanzen. Diese Interaktionen können am Kind zu Komplikationen in der intravenösen Pharmakotherapie bis hin zum Therapieversagen führen. Die folgenden Zusammenhänge können zwischen den Wirkstoffeigenschaften, der Trägerlösung- und Membranart und dem Ausmaß der Verzögerung während einer Filtration festgehalten werden: 1. Nichtionische Wirkstoffmoleküle: • Die Ausprägung einer Verzögerung an der PES+-Membran verhält sich proportional zum Molekulargewicht und der Lipophilie eines Wirkstoffes. Dieser Zusammenhang konnte an der PES0-Membran nicht eindeutig gezeigt werden. • Für ein- und denselben Wirkstoff ist die Verzögerung an der PES+-Membran stärker ausgeprägt als an der PES0-Membran. • Die Trägerlösungsart hat keinen Einfluss auf die Verzögerung während der Filtration an beiden Membranen. 2. Kationische Wirkstoffmoleküle: • Eine Verzögerung findet weder an der PES+- noch an der PES0-Membran statt. 3. Anionische Wirkstoffmoleküle: • Die Ausprägung einer Verzögerung an der PES+-Membran verhält sich proportional zum Molekulargewicht des Wirkstoffes und umgekehrt proportional zur Elektrolytkonzentration der Trägerlösung. Dieser Zusammenhang konnte an der PES0-Membran nicht gezeigt werden. • Für ein und denselben Wirkstoff ist die Ausprägung einer Verzögerung während einer Filtration an der PES+-Membran in einer Trägerlösung derselben Qualität umgekehrt proportional zu seiner Elektrolytkonzentration. • Für ein und denselben Wirkstoff ist die Verzögerung an der PES+-Membran stärker ausgeprägt als an der PES0-Membran. Schlussfolgerungen: N,N-Dimethylacrylamid konnte als Leachable in Intrapur® Neonat nachgewiesen werden. Für seinen Metaboliten N-Methylacrylamid ist in der Literatur u.a. Neurotoxizität beschrieben. Es ist nicht möglich die Verunreinigung in einem für den Stationsalltag akzeptablen Spülverfahren zu entfernen. Folglich sollte dieser Infusionsfilter keinen Einsatz in der Neonatologie finden. Aufgrund der Problematik der Extractables und Leachables, sollte jede Art von pädiatrischen Infusionsfiltern chargenweise vor seiner Anwendung auf Verunreinigungen hin untersucht werden. Hierfür ist eine einmalig erstellte Methode mit Hilfe der UV-Vis Spektralphotometrie und/oder der HPLC/MS ausreichend. Eine Rückmeldung über die Qualität des Medizinproduktes an den Einkauf des Krankenhauses ist ebenso wichtig wie eine offene Kommunikation zum Hersteller/Lieferanten. Die komplexe Frage, ob im Kontext der intravenösen Pharmakotherapie von Frühgeborenen eine Wirkstofflösung mit einem Infusionsfilter kompatibel ist, kann nicht aufgrund einer reinen Literaturrecherche mit der notwendigen Sicherheit beantwortet werden. Aufgrund der Abhängigkeit von der Molekülmasse des Wirkstoffes, seines pKa-Wertes, seiner Konzentration, der Art und Konzentration der Trägerlösung, der Flussrate und der physikochemischen Eigenschaften der Filtermembran sollten die Kombination von Wirkstoff/Trägerlösung/Infusionsfilter analytisch bewertet werden. Hierfür ist eine einfache, aber systematische Vorgehensweise mit Hilfe der UV-Vis Spektralphotometrie ausreichend. Das langfristige Ziel sollten zu z.B. PÄD i.v. ergänzende Daten sein, die Aussagen zur analytisch getesteten Kombination von Wirkstoff/Trägerlösung/Infusionsfilter des neonatologischen Kontexts bieten.:Contents I List of Abbreviations, Symbols and Units IX 1. Introduction and Background 1 1.1. Objectiv of the Thesis 1 1.2. Background 4 1.2.1. Technical Background 4 1.2.1.1. Filtration 4 1.2.1.1.1. Filtration Mechanisms 5 1.2.1.1.2. Sterile Filtration 5 1.2.1.1.3. Types of Membranes 6 1.2.1.1.4. Polymers used in Membranes 6 1.2.1.1.4.1. Cellulose and Cellulose Derivatives 7 1.2.1.1.4.2. Polyamide 7 1.2.1.1.4.3. Polyethersulfones 8 1.2.1.2. Infusion Devices 8 1.2.1.2.1. Interaction of Drugs with Infusion Devices 9 1.2.1.2.2. Leachables and Extractables 10 1.2.2. The Clinical Background 12 1.2.2.1. The Premature Infant 12 1.2.2.2. Pharmacotherapy in the Neonatal Intensive Care 14 1.2.2.3. Complications in the Infusion Therapy 15 1.2.2.3.1. Particulate Contamination 17 1.2.2.3.2. Microbial Contamination 18 1.2.2.3.3. Endotoxin Contamination 20 1.3. The Necessity of Infusion Filters 21 2. Materials and Methods 22 2.1. Materials 22 2.1.1. Model Substances 22 2.1.2. Types of Water for Qualitative and Quantitative Analysis 25 2.1.3. Other Chemicals used 25 2.1.4. Medical Devices 26 2.1.4.1. Infusion Filters 26 2.1.4.2. Liquid Handling Systems 28 2.1.4.3. Other Medical Devices used 29 2.2. Methods 30 2.2.1. Methods of the General Test Program 30 2.2.1.1. General Experimental Set-up of the Elution and Perfusion Tests 31 2.2.1.2. Preparation of the Fluid System 33 2.2.2. Applied Analysis Methods and Data Evaluation 36 2.2.2.1. High Performance Liquid Chromatography 38 2.2.2.1.1. Method and Objective 38 2.2.2.1.2. Measured Data and Data Evaluation 38 2.2.2.2. Mass Spectrometer 39 2.2.2.2.1. Method and Objective 39 2.2.2.2.2. Measured Data and Data Evaluation 39 2.2.2.3. UV-Vis Spectrophotometry 40 2.2.2.3.1. Method and Objective 40 2.2.2.3.2. Measured Data and Data Evaluation 41 2.2.2.4. Scanning Electron Microscopy 48 2.2.2.4.1. Method, Objective, Measured Data and Evaluation 48 2.2.2.5. Streaming Potential Measurements 48 2.2.2.5.1. Method and Objective 48 2.2.2.5.2. Measured Data and Data Evaluation 49 2.2.2.6. X-Ray Photoelectron Spectroscopy 49 2.2.2.6.1. Method and Objective 49 2.2.2.6.2. Measured Data and Data Evaluation 49 2.2.2.7. Beilstein Test for Chloride Counter-Ion Presence 50 2.2.2.7.1. Method, Objective, Measured Data and Evaluation 50 2.2.3. General Experimental Procedures 50 2.2.3.1. Topic-1: Detection of the Contaminants Released by the Filter 51 2.2.3.1.1. Tasks Performed 51 2.2.3.1.2. Elution Experiments and Measured Data 53 2.2.3.2. Topic-2: Retention of Perfused Drugs by the PES0 and PES+ Membrane 54 2.2.3.2.1. Tasks Performed 54 2.2.3.2.2. Perfusion Experiments and Measured Data 55 3. Detailed Experiment Configurations and Results 58 3.1. Topic-1: Detection, identification and quantification of the contaminants released by the filter 58 3.1.1. Baseline Measurement 58 3.1.2. Elution Experiments 60 3.1.3. Results 65 3.1.3.1. Pre-Elution Experiment: A First Hint on an Eluted Impurity 65 3.1.3.1.1. Chromatographic Separation by HPLC and Identification of the Impurity in the Digoxin Filtrate by MS 68 3.1.3.2. Main Test Series 70 3.1.3.2.1. First Test Series: Quantification of the Impurity by HPLC during a Short-Term Infusion 72 3.1.3.2.2. Second Test Series: Quantification of the Impurity by UV-Vis Spectrophotometry during a 24 h Infusion 73 3.1.3.2.3. Third Test Series: Quantification of the Impurity by UV-Vis Spectrophotometry during a Series of Recurring Short-Term Infusions 76 3.2. Topic-2: Retention of Perfused Drugs by the PES0 and PES+ Membrane 78 3.2.1. Baseline Measurement 78 3.2.2. Drug Retention Tests 78 3.2.3. Concentration Calibration Curves 82 3.2.4. Results 82 3.2.4.1. Filtration of Cationic Model Drug Molecules 82 3.2.4.2. Filtration of Non-Ionic Model Drug Molecules 86 3.2.4.2.1. Examination of Adenosine 86 3.2.4.2.2. Examination of Digoxin and Digitoxin 89 3.2.4.3. Filtration of Anionic Model Drug Molecules 95 3.2.4.3.1. Examination of Canrenoate Potassium 96 3.2.4.3.2. Examination of Sodium Furosemide 100 3.2.4.4. Aims of the Physico-chemical Characterisation of the Filter Membranes 104 3.2.4.4.1. Structural Identification of Separation Membranes by Scanning Electron Microscopy 105 3.2.4.4.2. The Influence of Sodium Furosemide on the surface zeta-Potential of the PES+-Membrane During Filtration by Streaming Potential Measurement 107 3.2.4.4.3. Surface Analysis by X-Ray Photoelectron Spectroscopy 110 3.2.4.4.4. Beilstein Test with PES+ 112 4. Discussion 113 4.1. Topic-1: Qualitative and Quantitative Examination of the Contaminant Released by the Infusion Filter by HPLC/MS, MS and UV-Vis Spectrophotometry 113 4.1.1. Short Introduction – N,N-dimethylacrylamide 113 4.1.2. Main Discussion: Topic-1 114 4.1.3. Lesson Learned: Topic-1 116 4.2. Main Discussion of Topic-2: Qualitative and Quantitative Examination of Drug Retention by Infusion Filters by UV-Vis Spectrophotometry 117 4.2.1. Retention of Cationic Drug Molecules: Butylscopolamine Bromide and Metoprolol Tartrate 117 4.2.2. Retention of Non-Ionic Drug Molecules: Adenosine, Digitoxin and Digoxin 119 4.2.2.1. Retention of Adenosine 119 4.2.2.2. Retention of Digitoxin and Digoxin 120 4.2.3. Retention of Anionc Drug Molecules: Canrenoate Potassium and Sodium Furosemide 121 4.3. Outcome: Recommendations for the Daily Routine in the Ward 124 4.3.1. Model Substances and Drugs of Interest 124 4.3.2. Filtration of Non-Ionic and Higher Molecular Weight Drug Molecules 126 4.3.3. Filtration of Non-Ionic and Lower Molecular Weight Drug Molecules 127 4.3.4. Filtration of Anionic Drug Molecules With a Different Molecular Weight 128 4.3.5. Filtration of Cationic Drug Molecules With a Different Molecular Weight 129 4.4. Lesson Learned: Topic-2 130 5. Zusammenfassung 131 6. Summary 136 7. List of Figures 140 8. List of Tables 148 9. References 152 10. Appendix 182 / Introduction: Successful and safe intravenous pharmacotherapy in a neonatal setting is a demanding and complex process. Off-lable prescription, intraindividual variability in the physiology of this most vulnerable patient group have to be considered as well as the incompatibilities between the pharmacons, the carrier solutions and the medical devices due to their physicochemical properties. Low volumes and slow flow rates allow a more extended period for interactions between all substances and surfaces of the different polymers used in medical devices. A literature research documents a lack of applicable valid data on incompatibilities to infusion filters to the NICU. Therefore, in the present work, the following aims were set: • Detection, identification and quantification of leachables and extractables released by the inline filter during infusion therapy, which may burden the neonatal organism. • Quantitative and qualitative analysis of retention of model substances from the pool of drugs used in the NICU by the PES0- and PES+- membranes. Materials and Methods: A qualitative and quantitative analysis of possible leachables and extractables of ten different infusion filters (Intrapur® Neonat, Sterifix® Neonat, Intrapur® Paed, Sterifix® Paed, I.V. Strar® plus, I.V. Star®, Alphaphil 25/0.2, Infil-Paed, Infil-Air and PALL Posidyne® NEO FILTER) was done by HPLC/MS or MS only (discontinuous analysis, pooled sample collection) and UV-Vis spectrophotometry (continuous analysis of the eluent). To mimic the clinical setting of a neonat, a piston or a roller pump and usual medical devices for infusion were used. N,N-dimethylacrylamide was used as a reference substance as the MS software suggested it with the highest matching probability. For evaluation, a concentration calibration curve and AUC values were used to calculate the amount of the eluded impurity. For Intrapur® Paed (PES+) and Sterifix® Paed (PES0) a quantitative and qualitative analysis of retention was done with seven different model drugs (Butylscopolamine bromide, Metoprolol tartrate, Adenosine, Digitoxin, Digoxin, Canrenoat potassium and Sodium furosemide) in combination of eleven different carrier solutions (H2O, NaCl 0, 01 %, NaCl 0, 1 %, NaCl 1 %, NaCl 0, 9 %, NaNO3 0,01 %, NaNO3 0,1 %, NaNO3 1 %, C2H3NaO2 0,01 %, C2H3NaO2 0,1 %, C2H3NaO2 1 %). For evaluation, AUC and ABC values were calculated and compared as well as the onset time in the elution profile. Structural identification by scanning electron microscopy and streaming potential measurements were made for both filter membranes to understand the measured data better. Results: N,N-dimethyacrylamide could be proven as a released leachable by Intrapur® Neonat. During tests mimicking short infusions, 4.97 µg to 7.74 µg of N,N-dimethylacrylamide were eluded. Mimicking long term infusions, 36.31 µg to 98.34 µg (M: 67.90 µg and SD: 20.8) of N,N-dimethyacrylamide were eluded. The highest amount of impurity is released in the first two hours of infusion. Mimicking a combination of short infusions (15-47 minutes) and bolus shots, 1.91 µg to 41.56 µg of N,N-dimethylacrylamide was eluded. The retention experiments show a potential delay in drug delivery to the child up to total substance retention. These interactions between the drug and the filter membrane might lead to complications in infusion therapy or even therapy failure. The following correlations could be observed between the characteristics of the drug molecule, the carrier solution, the membrane and the extent of the drug retention during filtration: 1. Non-ionic substances: • The extent of the delay in drug delivery during an i.v. therapy while using PES+-membrane is proportional to the molecular weight and the lipophilicity of the filtered substance. This correlation could not be proven for the PES0-membrane. • Applying the same substance, the delay is more pronounced with the PES+-membrane than with the PES0-membrane. • The characteristics of the carrier solutions influence the delay, neither during filtration with the PES+-membrane nor with the PES0-membrane. 2. Cationic substances: • A delayed drug delivery could be observed with neither of the membranes. 3. Anionic substances: • The extent of delayed drug delivery during an i.v. therapy while using PES+-membrane is proportional to the molecular weight of the substance and inversely proportional to the electrolyte concentration in the carrier solution. This correlation could not be observed while using PES0-membrane. • Applying the same substance in combination with a carrier solution of the same quality with a PES+-membrane, the delay is inversely proportional to the electrolyte concentration in the carrier solution. • Applying the same substance, the delay is more pronounced with PES+-membrane than with the PES0-membrane. Conclusions: N,N-Dimethylacrylamide was detected, identified and quantified as a leachable in Intrapur® Neonat. Its 'metabolite N-methylacrylamide is known to be neurotoxic. It was not possible to wash it out of the infusion filter during the studies. Therefore, this inline filter should not be used during intravenous pharmacotherapy in the neonatal setting. Due to the presence of a leachable during filtration, infusion filters used in a paediatric setting should be a test object to quality control in the hospital pharmacy. Each batch should be routinely tested before application to the child. For this purpose, established methods like UV-Vis spectrophotometry and HPLC/MS are sufficient. Feedback to the hospital's central purchasing unit on the quality of the medical device should be given as well as to the producer and/or provider. The complex question of compatibility between a drug molecule, the carrier solution and the applied infusion filter during intravenous pharmacotherapy in neonatology can't be answered only by literature research with the required safety. Due to the dependency on the molecular weight, the radius, the pKa-value, the concentration, the characteristics of the carrier solution, the flow rate and the physicochemical characteristics of the filter membrane used, at best, common combinations of drug, carrier solution and medical devices should be analysed. For this purpose, an established method like UV-Vis spectrophotometry is sufficient. In the long term, databases like PÄD iv should be developed further by adding new data. They should also be accessible to the interdisciplinary NICU staff during the daily routine.:Contents I List of Abbreviations, Symbols and Units IX 1. Introduction and Background 1 1.1. Objectiv of the Thesis 1 1.2. Background 4 1.2.1. Technical Background 4 1.2.1.1. Filtration 4 1.2.1.1.1. Filtration Mechanisms 5 1.2.1.1.2. Sterile Filtration 5 1.2.1.1.3. Types of Membranes 6 1.2.1.1.4. Polymers used in Membranes 6 1.2.1.1.4.1. Cellulose and Cellulose Derivatives 7 1.2.1.1.4.2. Polyamide 7 1.2.1.1.4.3. Polyethersulfones 8 1.2.1.2. Infusion Devices 8 1.2.1.2.1. Interaction of Drugs with Infusion Devices 9 1.2.1.2.2. Leachables and Extractables 10 1.2.2. The Clinical Background 12 1.2.2.1. The Premature Infant 12 1.2.2.2. Pharmacotherapy in the Neonatal Intensive Care 14 1.2.2.3. Complications in the Infusion Therapy 15 1.2.2.3.1. Particulate Contamination 17 1.2.2.3.2. Microbial Contamination 18 1.2.2.3.3. Endotoxin Contamination 20 1.3. The Necessity of Infusion Filters 21 2. Materials and Methods 22 2.1. Materials 22 2.1.1. Model Substances 22 2.1.2. Types of Water for Qualitative and Quantitative Analysis 25 2.1.3. Other Chemicals used 25 2.1.4. Medical Devices 26 2.1.4.1. Infusion Filters 26 2.1.4.2. Liquid Handling Systems 28 2.1.4.3. Other Medical Devices used 29 2.2. Methods 30 2.2.1. Methods of the General Test Program 30 2.2.1.1. General Experimental Set-up of the Elution and Perfusion Tests 31 2.2.1.2. Preparation of the Fluid System 33 2.2.2. Applied Analysis Methods and Data Evaluation 36 2.2.2.1. High Performance Liquid Chromatography 38 2.2.2.1.1. Method and Objective 38 2.2.2.1.2. Measured Data and Data Evaluation 38 2.2.2.2. Mass Spectrometer 39 2.2.2.2.1. Method and Objective 39 2.2.2.2.2. Measured Data and Data Evaluation 39 2.2.2.3. UV-Vis Spectrophotometry 40 2.2.2.3.1. Method and Objective 40 2.2.2.3.2. Measured Data and Data Evaluation 41 2.2.2.4. Scanning Electron Microscopy 48 2.2.2.4.1. Method, Objective, Measured Data and Evaluation 48 2.2.2.5. Streaming Potential Measurements 48 2.2.2.5.1. Method and Objective 48 2.2.2.5.2. Measured Data and Data Evaluation 49 2.2.2.6. X-Ray Photoelectron Spectroscopy 49 2.2.2.6.1. Method and Objective 49 2.2.2.6.2. Measured Data and Data Evaluation 49 2.2.2.7. Beilstein Test for Chloride Counter-Ion Presence 50 2.2.2.7.1. Method, Objective, Measured Data and Evaluation 50 2.2.3. General Experimental Procedures 50 2.2.3.1. Topic-1: Detection of the Contaminants Released by the Filter 51 2.2.3.1.1. Tasks Performed 51 2.2.3.1.2. Elution Experiments and Measured Data 53 2.2.3.2. Topic-2: Retention of Perfused Drugs by the PES0 and PES+ Membrane 54 2.2.3.2.1. Tasks Performed 54 2.2.3.2.2. Perfusion Experiments and Measured Data 55 3. Detailed Experiment Configurations and Results 58 3.1. Topic-1: Detection, identification and quantification of the contaminants released by the filter 58 3.1.1. Baseline Measurement 58 3.1.2. Elution Experiments 60 3.1.3. Results 65 3.1.3.1. Pre-Elution Experiment: A First Hint on an Eluted Impurity 65 3.1.3.1.1. Chromatographic Separation by HPLC and Identification of the Impurity in the Digoxin Filtrate by MS 68 3.1.3.2. Main Test Series 70 3.1.3.2.1. First Test Series: Quantification of the Impurity by HPLC during a Short-Term Infusion 72 3.1.3.2.2. Second Test Series: Quantification of the Impurity by UV-Vis Spectrophotometry during a 24 h Infusion 73 3.1.3.2.3. Third Test Series: Quantification of the Impurity by UV-Vis Spectrophotometry during a Series of Recurring Short-Term Infusions 76 3.2. Topic-2: Retention of Perfused Drugs by the PES0 and PES+ Membrane 78 3.2.1. Baseline Measurement 78 3.2.2. Drug Retention Tests 78 3.2.3. Concentration Calibration Curves 82 3.2.4. Results 82 3.2.4.1. Filtration of Cationic Model Drug Molecules 82 3.2.4.2. Filtration of Non-Ionic Model Drug Molecules 86 3.2.4.2.1. Examination of Adenosine 86 3.2.4.2.2. Examination of Digoxin and Digitoxin 89 3.2.4.3. Filtration of Anionic Model Drug Molecules 95 3.2.4.3.1. Examination of Canrenoate Potassium 96 3.2.4.3.2. Examination of Sodium Furosemide 100 3.2.4.4. Aims of the Physico-chemical Characterisation of the Filter Membranes 104 3.2.4.4.1. Structural Identification of Separation Membranes by Scanning Electron Microscopy 105 3.2.4.4.2. The Influence of Sodium Furosemide on the surface zeta-Potential of the PES+-Membrane During Filtration by Streaming Potential Measurement 107 3.2.4.4.3. Surface Analysis by X-Ray Photoelectron Spectroscopy 110 3.2.4.4.4. Beilstein Test with PES+ 112 4. Discussion 113 4.1. Topic-1: Qualitative and Quantitative Examination of the Contaminant Released by the Infusion Filter by HPLC/MS, MS and UV-Vis Spectrophotometry 113 4.1.1. Short Introduction – N,N-dimethylacrylamide 113 4.1.2. Main Discussion: Topic-1 114 4.1.3. Lesson Learned: Topic-1 116 4.2. Main Discussion of Topic-2: Qualitative and Quantitative Examination of Drug Retention by Infusion Filters by UV-Vis Spectrophotometry 117 4.2.1. Retention of Cationic Drug Molecules: Butylscopolamine Bromide and Metoprolol Tartrate 117 4.2.2. Retention of Non-Ionic Drug Molecules: Adenosine, Digitoxin and Digoxin 119 4.2.2.1. Retention of Adenosine 119 4.2.2.2. Retention of Digitoxin and Digoxin 120 4.2.3. Retention of Anionc Drug Molecules: Canrenoate Potassium and Sodium Furosemide 121 4.3. Outcome: Recommendations for the Daily Routine in the Ward 124 4.3.1. Model Substances and Drugs of Interest 124 4.3.2. Filtration of Non-Ionic and Higher Molecular Weight Drug Molecules 126 4.3.3. Filtration of Non-Ionic and Lower Molecular Weight Drug Molecules 127 4.3.4. Filtration of Anionic Drug Molecules With a Different Molecular Weight 128 4.3.5. Filtration of Cationic Drug Molecules With a Different Molecular Weight 129 4.4. Lesson Learned: Topic-2 130 5. Zusammenfassung 131 6. Summary 136 7. List of Figures 140 8. List of Tables 148 9. References 152 10. Appendix 182