en af de bedste måder, hvorpå du kan finde ud af, hvordan du bruger en lyofilisator. Præsenteret foran en lyofilisator i laboratorieskala, Dr. Sacha demonstrerer placering af et termoelement, manuel indlæsning og diskuterer procesparametre og udstyrsdesign, der påvirker lyofiliseringscyklusser. Hooke College of Applied Sciences tilbyder et frysetørringskursus.
transkription
så lad os starte med først at forstå, hvad trinnene med lyofilisering er, og hvorfor vi ville gøre dem. Grundlaget for lyofilisering er, at vi har brug for noget lyofiliseret, hvis vi forlænger holdbarheden, for eksempel er den ikke stabil i opløsning. Lyofilisering giver os mulighed for at fjerne is eller vand fra et produkt uden at ødelægge vores flygtige molekyler. Ikke nødvendigvis flygtige, men dem, der kan være modtagelige for høj varme. Så disse produkter placeres i en lyofilisator, afkøles og fryses, og derefter etableres et vakuum for at fjerne is som sublimering.
så disse trin vil omfatte først at fylde hætteglassene med opløsning og derefter tage disse hætteglas og placere dem i en lyofilisator og derefter afkøle hætteglassene ned til omkring -40 grader C. Dette trin er frysetrinnet.
afkøl hætteglassene, lad dem helt fryse til -40, lad os sige om to timer. Og så nu kan vi starte et vakuum, det vakuum kan være omkring, lad os sige 100 millitorr, og derefter afhængigt af egenskaberne af dem i opløsning, hvilket betyder de termiske karakteristiske egenskaber, kan vi muligvis øge hyldetemperaturen til et sted omkring -20 eller endnu højere, mens vi fortsætter med at trække det vakuum. Denne fase er primær tørring; det er her, vi fjerner bulkisen.
når vi har fjernet al bulkis, er det nu sikkert at øge produktets temperatur. Det er sikkert, fordi alt det frosne vand er fjernet.
nu skal vi øge temperaturen på produktet for at køre væk fra det frosne vand. Dette afsnit er kendt som sekundær tørring.
der er også et trin, der kan bruges under det første frysetrin—dette trin er kendt som udglødning. Det er her, hvis et produkt kan krystallisere, kan vi tilskynde til krystallisation ved at øge produktets temperatur og derefter lade det hvile uden at trække i et vakuum. Dette trin er kendt som udglødning. Denne udglødningstid giver tid til molekylær bevægelse, som kan tilskynde til krystallisering af en krystalliserende komponent eller endda tilskynde til vækst af iskrystaller.
så vores mål er derefter at fylde hætteglas, og her er et eksempel på et fyldt hætteglas, vores mål er efter frysetørring at opretholde den samme højde og volumen af den opløsning, der blev fyldt. Som et eksempel på et frysetørret produkt med et acceptabelt udseende, er det det, vi håber at gøre. Det, vi håber ikke at gøre, er at producere noget som dette; Dette er sammenbrud. Dette sker, hvis vi for eksempel ikke forstår den termiske opførsel af vores produkt, og vi overskrider kritiske temperaturer under primær tørring. Det er det, vi ønsker at undgå.
noget andet, du måske har bemærket, er, at i modsætning til opløsningsformuleringen har denne formulering en prop, der er delvist siddende. Du vil se, at denne prop har en enkelt udluftning. Denne enkelt udluftning muliggør udslip af vanddamp under processen.
før vi går videre, lad os først forstå lidt om selve lyofilisatoren.
jeg vil bringe dig lidt tættere på lyofilisatoren, dette er en lyofilisator i laboratorieskala. Du vil se, at den har en dør med et andet kammer på forsiden, jeg vil tale med dig om det om et øjeblik. Inde er dette produktkammeret. Der er tre hylder til et produktkammer-for at lette demonstrationen under denne session, jeg har hævet de to øverste hylder, så vi har masser af plads.
hvis vi ser lidt længere nede, ser vi kondensatoren. Kondensatoren er, hvor is fjernes som vanddamp under sublimeringen, den er fanget på disse spoler i kondensatoren. Disse spoler holdes ved en temperatur omkring -65 eller -70, et sted omkring der. Så lad mig hæve dette kamera lidt.
Hvordan kommer vanddampen til kammeret ned til kondensatoren? Dette er en vigtig ting at huske, ikke alle lyofilisatorer er skabt ens. Disse lyofilisatorer har det, der er kendt som et spolestykke mellem produktkammeret og kondensatoren. Det spolestykke er som et net. Jeg vil rotere dig rundt til en anden lyofilisator, som jeg har med sidepanelet fjernet. Hvad vi ser her, ser vi en lille smule, dette halsstykke lige her mellem kammeret og kondensatoren. Det er spolestykket. Det er vigtigt at huske, fordi nogle lyofilisatorer ikke har et spolestykke. De kan bare have dette produktkammer, og lige ved siden af det produktkammer, hvor hylderne er placeret, er kondensatoren, hvilket betyder virkelig kolde spoler. Disse spoler kan påvirke temperaturen på dit produkt. Det er hverken godt eller dårligt, men det er noget at være opmærksom på, når du udvikler din proces og overfører den. Andre lyofilisatorer kan stadig ikke have en hals, men bare denne væg mellem kammeret og kondensatoren, med en plade, der hæver og falder afhængigt af processtadiet.
noget andet, vi skal diskutere, er, hvordan køler vi disse hætteglas? Hvor kommer denne kolde temperatur fra?
disse hylder er hule. De har en kølevæske eller en varmeoverførselsvæske, der roterer og strømmer gennem dem. Noget andet, der er forskelligt mellem forskellige lyofilisatorer, er, hvordan væsken flyder. På nogle hylder flyder det i et serpentinmønster, op og ned. Andre hylder vil flyde i et spiralmønster, dette er lidt overdrevet, jeg er forfærdelig ved tegning, men det er en spiral.
Hvorfor er vi ligeglade? Vi bryr os, fordi det helt sikkert vil bestemme, hvordan vores varme fordeles på hylden. Ingen af dem har en fordel eller ulempe, det er bare, at vi skal være opmærksomme på det, fordi der er noget, der er kendt som kanteffekten på en hylde. Når vi har en fuld hylde fuld af hætteglas, vil hætteglassene på indersiden af hylden, den indre del, være meget køligere end dem, der er på selve kanten. Hvad der træder i kraft er vægtemperaturen, dørtemperaturen, hvor brede disse kanaler er, og hvor godt de dækker hele hylden. Det er noget, vi skal være opmærksomme på.
når vi fylder hætteglas, fylder vi dem på en bakke, her er en manuel betjening i vores laboratorium. Vi har hætteglas fyldt på en bakke,alle propper sidder delvist.
du vil bemærke en flok ledninger. Disse ledninger fører til hætteglas, der er udstyret med termoelementer, så vi kan overvåge temperaturen på vores produkt under processen. Her er et hætteglas med et termoelement placeret inde i det. Hvad vi forsøger at gøre, da disse termoelementer er punktfølere, forsøger vi at justere dette punkt så tæt som muligt i midten af hætteglasset i midten af bunden. Det gør vi, fordi når isen fjernes, fjernes den ovenfra og ned. Bunden bliver den koldeste, og det kan give os et mål for, hvornår vores primære tørringscyklus er afsluttet. Det er ikke den bedste måde at måle på, men det er en mulig måling. Det er også en måde at bestemme, hvor tæt vi er på den fejlpunktstemperatur for et produkt. Du vil bemærke, at jeg har et termoelement placeret foran, i midten og i midten. Forskellige mennesker placerer dem med forskellige metoder. Det koldeste område vil være i midten, kantområder vil fortælle dig, hvor varmt det kan være— den varmeste temperatur, du måtte opleve under processen.
Hvordan placerer vi disse i lyofilisatoren? På en bakke har bakken en ring omkring sig, så vi placerer den i lyofilisatoren og glider denne øverste del fremad, når vi skubber. Nu kommer bunden af bakken og hætteglassene direkte i kontakt med hylden. Vi kan derefter tilslutte termoelementerne til de forskellige porte. Dette giver os mulighed for at overvåge produkttemperaturen gennem hele processen.
der er andre typer termoelementer, som vi skal være opmærksomme på, eller temperaturovervågningssystemer. Vi vil ikke gå ind på alle detaljerne her, men der er RGD, der er et termoelement, som vi placerer direkte i hætteglasset, så er der også disse trådløse temperatursensorer. Denne er tilfældigvis fra Tempress, og du vil se, at den har en stor, ikke rigtig så stor, men en glasbund til den. Den bund indeholder en krystal, der vibrerer. Og den vibration eller svingning vil direkte oversætte til temperaturen på vores produkt.
en af grundene til, at vi kan lide disse trådløse sensorer, er, at de kan dampsteriliseres, så de kan bruges i vores produktionsproces, og så har vi heller ikke alle disse ledninger. En udfordring ved at placere termoelementer i et produktionsområde er, at vi kan påvirke sterilitetssikkerheden negativt. I et produktionsområde kan vi muligvis kun teste eller overvåge de hætteglas, der er tættest på forsiden af døren, så vi ikke når over og påvirker sterilitetssikkerheden negativt. Disse trådløse termoelementer giver os mulighed for at placere hætteglas og temperatursensorer langs linjen, de kan tilfældigt placeres på en hel hylde.
når vi har tilsluttet disse termoelementer, lukker vi døren. Luk døren til kondensatorkammeret, og start derefter vores proces, husk den første del af det fryser, den primære tørring og sekundær tørring.
ting, Vi overvåger under processen; primær tørring. Primær tørring vi ønsker at bestemme, hvornår slutningen af det er. Denne ende bestemmes af en, når vi helt fjerner is fra vores hætteglas, og temperaturen på vores produkt svarer til temperaturen på vores hylde. En anden metode, og sandsynligvis en mere pålidelig metode, jeg siger mere pålidelig, fordi denne metode repræsenterer, hvad der foregår på tværs af hele hylden eller på tværs af hele hylderne, og det er sammenlignende trykmåling. Inden for denne lyofilisator er der et komprimeringsmanometer til måling af setpunktstrykket, for eksempel hvis vi det for 100 millitorr det vil vise, når det er ved 100 millitorr. En anden måling af tryk er modstandstrykmåling, kendt som en pirani guage. Denne elektriske modstand påvirkes af niveauet af vanddamp i kammeret. Når vanddampen er høj, er trykket registreret af pirani-måleren meget højere end det tryk, der er registreret af komprimeringsmanometeret. Dette giver os et mål for, hvornår al vanddamp fjernes fra vores produktkammer. På det tidspunkt, Pirani gauge måling vil blive meget lig den kompakte manometer måling. Det fortæller os, at vi nu kan gå videre til sekundær tørring.
der er to små trin her, som jeg gerne vil røre ved. Den ene er, når vi fjerner vanddamp, hvad går der ellers ind i kammeret for at afbalancere dette tryk? Under hele denne proces er der konstant en kvælstofblødning en lille mængde nitrogen ind i kammeret, der erstatter den vanddamp, der er fjernet. Det betyder, at når disse hætteglas endelig er forseglet, forsegles de under et nitrogenmiljø.
den næste del, som jeg gerne vil røre ved, er, hvad er dette? Hvad er denne boks her? Der er noget, vi skal vide under vores proces. Det vil sige, hvad er den endelige resterende fugtighed i vores produkt? Vi begynder at se på det mod slutningen af primær tørring og derefter i sekundær tørring, fordi vi ønsker at være i stand til at tage prøver under de trin, der repræsenterer det høje niveau resterende fugt, mediet og det lave. Vi tager disse prøver, placerer dem på stabilitet og undersøger effekten af resterende fugt. Det fortæller os, hvor lavt vi skal gå.
så når vi først kender niveauet for resterende fugtighed, vi har brug for, er vi nu nødt til at vide, ved hvilken hyldetemperatur —hvor længe har vi brug for at holde den ved den hyldetemperatur for at nå vores ønskede niveau af resterende fugtighed. Vi gør alt dette ved at tage prøver fra kammeret. Vi ønsker at gøre det uden helt at bryde vakuumet. En metode til at gøre det er denne tyv sampler. Denne tyv sampler har en dør på forsiden, vi kan forsegle det på plads, og der er en dør på bagsiden, der går direkte ind i kammeret. Vi kan trække et vakuum på denne eksterne boks, indtil vi kan åbne den indvendige dør. Når vi gør det, har vi nu adgang til den indre del af salen.
vi kan så nå denne arm, det kan være svært at se, men der er en lille gribende enhed på enden af armen. Vi kan nå derinde, trække en prøve, trække den ud, forsegle den og derefter få en prøve fanget på det tidspunkt i processen, der repræsenterer den bestemte restfugtighed. Luk den.
ved afslutningen af processen er det dit valg nu, om du vil forsegle under vakuum eller ej. Forsegling under vakuum betyder, at vi sørger for, at der stadig er et vakuum derinde, når vi komprimerer vores hylder for at forsegle propperne. Sådan er propperne forseglet. Hylder hæves ved hjælp af en knap, indtil hætteglassene kommer i kontakt med hylden ovenfor, og de presses for at forsegle propperne.
der er et andet emne, jeg gerne vil røre ved, og det er det, der virkelig er drivkraften til at fjerne den vanddamp? Det er en almindelig misforståelse, at det er, at vakuum trækker det ud hætteglassene. Det er virkelig ikke, hvordan det fungerer. Det, vi gør under primær tørring, er at justere trykket i kammeret og hyldetemperaturen for at opnå vores ønskede produkttemperatur. Ved at gøre det etablerer vi en trykforskel mellem der og kammeret og også en temperaturforskel. Denne trykforskel, isens damptryk på kammeret er meget lavt. Vi har et meget lavt kammertryk. Her har vi en meget højere temperatur for at øge sublimeringshastigheden. Når det sker, er der ingen trykforskel. Isens damptryk er meget højere her, så vi fjerner vanddamp, og nu bliver det fanget i det meget lave trykområde, en lav temperatur, fanget der på kondensatorens spoler.
det er din introduktion til lyofilisering og din introduktion til en lyofilisators anatomi. Jeg håber, at du vil være med til det korte kursusværksted, så vi kan gå nærmere ind på.