Begleiten Sie Gregory Sacha, Ph.D. von Baxter BioPharma Solutions für eine Einführung in die Lyophilisierung und die Anatomie eines Lyophilisators. Präsentiert vor einem Lyophilisator im Labormaßstab, Dr. Sacha demonstriert die Platzierung eines Thermoelements, die manuelle Beladung und erläutert Prozessparameter und das Gerätedesign, die sich auf die Lyophilisationszyklen auswirken. Das Hooke College of Applied Sciences bietet einen Gefriertrocknungskurs an.
Transkript
Beginnen wir also damit, zuerst zu verstehen, was die Schritte der Lyophilisierung sind und warum wir sie tun würden. Die Grundlage für die Lyophilisierung ist, dass wir etwas Lyophilisiertes brauchen, wenn wir seine Haltbarkeit verlängern wollen, zum Beispiel ist es in Lösung nicht stabil. Durch die Gefriertrocknung können wir Eis oder Wasser aus einem Produkt entfernen, ohne unsere flüchtigen Moleküle zu zerstören. Nicht unbedingt flüchtig, aber diejenigen, die anfällig für hohe Hitze sein könnten. Diese Produkte werden also in einen Lyophilisator gegeben, abgekühlt und eingefroren, und dann wird ein Vakuum hergestellt, um Eis als Sublimation zu entfernen.
Diese Schritte umfassen also, zuerst die Fläschchen mit Lösung zu füllen und dann diese Fläschchen zu nehmen und sie in einen Lyophilisator zu legen und dann die Fläschchen auf etwa -40 Grad C abzukühlen.
Kühlen Sie die Fläschchen ab und lassen Sie sie vollständig auf -40 einfrieren, sagen wir etwa zwei Stunden. Und dann können wir jetzt ein Vakuum initiieren, dieses Vakuum könnte etwa 100 millitorr betragen, und dann, abhängig von den Eigenschaften der in Lösung befindlichen, dh diesen thermischen charakteristischen Eigenschaften, können wir die Lagertemperatur auf etwa -20 oder sogar noch höher erhöhen, während wir dieses Vakuum weiter ziehen. Diese Stufe ist die primäre Trocknung; Hier entfernen wir das Masseneis.
Nachdem wir das gesamte Masseneis entfernt haben, ist es jetzt sicher, die Temperatur des Produkts zu erhöhen. Es ist sicher, weil all das gefrorene Wasser entfernt wurde.
Jetzt müssen wir die Temperatur des Produkts erhöhen, um das ungefrorene Wasser abzutreiben. Dieser Abschnitt wird als Sekundärtrocknung bezeichnet.
Es gibt auch einen Schritt, der während des ersten Gefrierschritts verwendet werden kann — dieser Schritt wird als Glühen bezeichnet. Wenn ein Produkt kristallisieren kann, können wir die Kristallisation fördern, indem wir die Temperatur des Produkts erhöhen und es dann ruhen lassen, ohne ein Vakuum zu erzeugen. Dieser Schritt wird als Glühen bezeichnet. Diese Glühzeit ermöglicht Zeit für molekulare Bewegungen, die die Kristallisation einer kristallisierenden Komponente fördern oder sogar das Wachstum von Eiskristallen fördern können.
Unser Ziel ist es also, Fläschchen zu füllen, und hier ist ein Beispiel für ein gefülltes Fläschchen. Als Beispiel für ein gefriertrocknetes Produkt mit einem akzeptablen Aussehen hoffen wir, dies zu tun. Was wir hoffen, nicht zu tun, ist so etwas zu produzieren; das ist Zusammenbruch. Dies geschieht zum Beispiel, wenn wir das thermische Verhalten unseres Produkts nicht verstehen und kritische Temperaturen während der Primärtrocknung überschreiten. Das wollen wir vermeiden.
Etwas anderes, das Sie vielleicht bemerkt haben, ist, dass diese Formulierung im Gegensatz zur Lösungsformulierung einen Stopfen hat, der teilweise sitzt. Sie werden sehen, dass dieser Stopper eine einzige Entlüftung hat. Diese einzelne Entlüftung ermöglicht das Entweichen von Wasserdampf während des Prozesses.
Bevor wir fortfahren, wollen wir zuerst ein wenig über den Lyophilisator selbst verstehen.
Ich werde Sie dem Lyophilisator ein wenig näher bringen, dies ist ein Lyophilisator im Labormaßstab. Sie werden sehen, es hat eine Tür mit einer anderen Kammer an der Vorderseite, ich werde in einer Minute mit Ihnen darüber sprechen. Im Inneren befindet sich die Produktkammer. Es gibt drei Regale zu einer Produktkammer – für eine einfache Demonstration während dieser Sitzung habe ich die oberen beiden Regale angehoben, so dass wir viel Platz haben.
Wenn wir etwas weiter nach unten schauen, sehen wir den Kondensator. Der Kondensator ist, wo Eis als Wasserdampf während der Sublimation entfernt wird, die es auf diesen Spulen im Kondensator gefangen wird. Diese Spulen werden irgendwo in der Nähe auf einer Temperatur von -65 oder -70 gehalten. Also, lassen Sie mich diese Kamera ein wenig erhöhen.
Wie gelangt dieser Wasserdampf in die Kammer bis hinunter zum Kondensator? Dies ist eine wichtige Sache zu erinnern, nicht alle Lyophilisatoren sind gleich erstellt. Diese Lyophilisatoren weisen zwischen der Produktkammer und dem Kondensator ein sogenanntes Spulenstück auf. Das Spulenstück ist wie ein Netz. Ich werde Sie zu einem anderen Lyophilisator drehen, den ich mit entfernter Seitenwand habe. Was wir hier sehen, sehen wir ein bisschen, dieses Halsstück genau hier zwischen der Kammer und dem Kondensator. Das ist das Spulenstück. Dies ist wichtig zu beachten, da einige Lyophilisatoren kein Spulenstück haben. Sie haben vielleicht nur diese Produktkammer, und direkt neben dieser Produktkammer, in der die Regale platziert sind, befindet sich der Kondensator, was wirklich kalte Spulen bedeutet. Diese Spulen können die Temperatur Ihres Produkts beeinflussen. Das ist weder gut noch schlecht, aber es ist etwas zu beachten, wenn Sie Ihren Prozess entwickeln und übertragen. Andere Lyophilisatoren haben möglicherweise immer noch keinen Hals, sondern nur diese Wand zwischen der Kammer und dem Kondensator, mit einer Platte, die sich je nach Stufe des Prozesses hebt und fällt.
Etwas anderes, das wir diskutieren müssen, ist, wie wir diese Fläschchen kühlen? Woher kommt diese kalte Temperatur?
Diese Regale sind hohl. Sie haben eine Kühlflüssigkeit oder eine Wärmeübertragungsflüssigkeit, die sich dreht und durch sie fließt. Etwas anderes, das zwischen verschiedenen Lyophilisatoren unterschiedlich ist, ist, wie diese Flüssigkeit fließt. In einigen Regalen fließt es in einem Serpentinenmuster auf und ab. Andere Regale werden in einem Spiralmuster fließen, das ist ein bisschen übertrieben, ich bin schrecklich im Zeichnen, aber es ist eine Spirale.
Warum kümmern wir uns? Wir kümmern uns darum, denn das bestimmt definitiv, wie unsere Wärme im Regal verteilt wird. Keiner hat einen Vor- oder Nachteil, es ist nur so, dass wir uns dessen bewusst sein müssen, denn es gibt etwas, das als Kanteneffekt in einem Regal bekannt ist. Wenn wir ein volles Regal voller Fläschchen haben, sind die Fläschchen im inneren Teil des Regals, dem inneren Teil, viel kühler als die am äußersten Rand. Was in Kraft tritt, ist die Wandtemperatur, Türtemperatur, wie breit diese Kanäle sind und wie gut sie das gesamte Regal abdecken. Das ist etwas, dessen wir uns bewusst sein müssen.
Wenn wir Fläschchen füllen, füllen wir sie auf einem Tablett, hier ist eine manuelle Operation in unserem Labor. Wir haben Fläschchen auf ein Tablett gefüllt, alle Stopfen sitzen teilweise.
Sie werden ein Bündel von Drähten bemerken. Diese Drähte führen zu Fläschchen, die mit Thermoelementen ausgestattet sind, so dass wir die Temperatur unseres Produkts während des Prozesses überwachen können. Hier ist ein Fläschchen mit einem Thermoelement darin platziert. Da es sich bei diesen Thermoelementen um Punktsensoren handelt, versuchen wir, diesen Punkt so nah wie möglich in der Mitte der Durchstechflasche in der Mitte unten auszurichten. Wir tun das, weil wenn Eis entfernt wird, es von oben nach unten entfernt wird. Der Boden wird der kälteste sein, und das kann uns ein Maß dafür geben, wann unser primärer Trocknungszyklus abgeschlossen ist. Es ist nicht der beste Weg zu messen, aber es ist eine mögliche Messung. Es ist auch eine Möglichkeit zu bestimmen, wie nah wir an dieser Fehlerpunkttemperatur für ein Produkt sind. Sie werden feststellen, dass ich ein Thermoelement vorne, in der Mitte und in der Mitte platziert habe. Verschiedene Leute platzieren sie mit unterschiedlichen Methoden. Der kälteste Bereich wird in der Mitte sein, Randbereiche werden Ihnen sagen, wie warm es sein könnte — die wärmste Temperatur, die Sie während des Prozesses erleben könnten.
Wie legen wir diese in den Lyophilisator? Auf einem Tablett hat das Tablett einen Ring darum, also legen wir es in den Lyophilisator und schieben diesen oberen Teil beim Schieben nach vorne. Jetzt kommen der Boden des Tabletts und die Fläschchen direkt mit dem Regal in Kontakt. Wir können dann die Thermoelemente an die verschiedenen Anschlüsse anschließen. Dadurch können wir die Produkttemperatur während des gesamten Prozesses überwachen.
Es gibt andere Arten von Thermoelementen, die wir kennen müssen, oder Temperaturüberwachungssysteme. Wir werden hier nicht auf alle Details eingehen, aber es gibt RGD, es gibt ein Thermoelement, das wir direkt in die Durchstechflasche einsetzen, dann gibt es auch diese drahtlosen Temperatursensoren. Dieser ist zufällig von Tempress und Sie werden sehen, dass er einen großen, nicht wirklich so großen, aber einen Glasboden hat. Dieser Boden enthält einen Kristall, der vibriert. Und diese Vibration oder Schwingung wird sich direkt in die Temperatur unseres Produkts niederschlagen.
Ein Grund, warum wir diese drahtlosen Sensoren mögen, ist, dass sie dampfsterilisiert werden können, so dass sie in unserem Produktionsprozess verwendet werden können, und dann haben wir auch nicht alle diese Drähte. Eine Herausforderung bei der Platzierung von Thermoelementen in einem Fertigungsbereich besteht darin, dass wir die Sterilitätssicherung negativ beeinflussen können. In einem Produktionsbereich können wir möglicherweise nur die Fläschchen testen oder überwachen, die sich am nächsten an der Vorderseite der Tür befinden, damit wir nicht darüber hinausgreifen und die Sterilitätssicherung negativ beeinflussen. Diese drahtlosen Thermoelemente ermöglichen es uns, Fläschchen und Temperatursensoren entlang der Linie zu platzieren.
Nachdem wir diese Thermoelemente eingesteckt haben, schließen wir die Tür. Schließen Sie die Tür zur Kondensatorkammer und starten Sie dann unseren Prozess, wobei Sie sich daran erinnern, dass der erste Teil gefriert, die primäre Trocknung und die sekundäre Trocknung.
Dinge, die wir während des Prozesses überwachen; primäre Trocknung. Primäre Trocknung wir wollen bestimmen, wann das Ende davon ist. Dieses Ende wird von einem bestimmt, wenn wir das Eis vollständig aus unseren Fläschchen entfernen und die Temperatur unseres Produkts der Temperatur unseres Regals ähnelt. Eine andere Methode, und wahrscheinlich eine zuverlässigere Methode, sage ich zuverlässiger, weil diese Methode darstellt, was im gesamten Regal oder in den gesamten Regalen vor sich geht, und das ist die vergleichende Druckmessung. Innerhalb dieses Lyophilisators gibt es ein compacitance Manometer für das Messen des Solldruckes, zum Beispiel, wenn wir es für 100 millitorr es zeigen, wenn es bei 100 millitorr ist. Eine andere Messung des Drucks ist die Widerstandsdruckmessung, die als Pirani-Messgerät bezeichnet wird. Dieser elektrische Widerstand wird durch den Wasserdampfgehalt in der Kammer beeinflusst. Wenn wasser dampf ist hohe, die druck aufgezeichnet durch die pirani gauge ist viel höher als die druck aufgezeichnet durch die compacitance manometer. Dies gibt uns ein Maß dafür, wann der gesamte Wasserdampf aus unserer Produktkammer entfernt wird. An diesem Punkt wird die Pirani-Messgerätmessung der Compacitance-Manometermessung sehr ähnlich. Das sagt uns, dass wir jetzt zur sekundären Trocknung übergehen können.
Hier gibt es zwei kleine Schritte, die ich ansprechen möchte. Eine ist, wenn wir Wasserdampf entfernen, was geht sonst noch in die Kammer, um diesen Druck auszugleichen? Kontinuierlich, während dieses Prozesses, Es gibt eine Stickstoffentlüftung eine kleine Menge Stickstoff in die Kammer, die den entfernten Wasserdampf ersetzt. Das bedeutet, dass diese Fläschchen, wenn sie endgültig versiegelt sind, unter einer Stickstoffumgebung versiegelt werden.
Der nächste Teil, den ich berühren möchte, ist, was ist das? Was ist diese Box hier? Es gibt etwas, was wir während unseres Prozesses wissen müssen. Das heißt, was ist die endgültige Restfeuchte unseres Produkts? Wir fangen an, das gegen Ende der Primärtrocknung und dann in der Sekundärtrocknung zu betrachten, weil wir in der Lage sein wollen, Proben während jener Schritte zu nehmen, die die hohe Restfeuchte, das Medium und das Niedrig darstellen. Wir nehmen diese Proben, legen sie auf Stabilität und untersuchen die Wirkung von Restfeuchte. Das sagt uns, wie tief wir gehen müssen.
Sobald wir die benötigte Restfeuchte kennen, müssen wir nun wissen, bei welcher Regaltemperatur — wie lange müssen wir sie bei dieser Regaltemperatur halten, um unsere gewünschte Restfeuchte zu erreichen. Das alles machen wir, indem wir Proben aus der Kammer nehmen. Das wollen wir tun, ohne das Vakuum komplett zu durchbrechen. Eine Methode, dies zu tun, ist dieser Dieb Sampler. Dieser Dieb Sampler hat eine Tür auf der Vorderseite, wir können es an Ort und Stelle versiegeln, und es gibt eine Tür auf der Rückseite, die direkt in die Kammer geht. Wir können ein Vakuum an dieser externen Box ziehen, bis wir die Innentür öffnen können. Wenn wir das tun, haben wir jetzt Zugang zum inneren Teil der Kammer.
Wir können dann diesen Arm erreichen, es mag schwierig sein zu sehen, aber am Ende des Arms befindet sich eine kleine Greifvorrichtung. Wir können dort hineingreifen, eine Probe ziehen, herausziehen, versiegeln und dann eine Probe an diesem Punkt des Prozesses erfassen lassen, die die bestimmte Restfeuchte darstellt. Schließen Sie das.
Am Ende des Prozesses haben Sie nun die Wahl, ob Sie unter Vakuum versiegeln möchten oder nicht. Versiegeln unter Vakuum bedeutet, dass wir sicherstellen, dass noch ein Vakuum vorhanden ist, wenn wir unsere Regale zusammendrücken, um die Stopfen abzudichten. So werden Stopfen versiegelt. Die Regale werden mit einem Knopf angehoben, bis die Fläschchen mit dem darüber liegenden Regal in Kontakt kommen, und sie werden gedrückt, um die Stopfen abzudichten.
Es gibt noch einen anderen Punkt, den ich ansprechen möchte, und das ist, was wirklich die treibende Kraft ist, um diesen Wasserdampf zu entfernen? Es ist ein weit verbreitetes Missverständnis, dass Vakuum es aus den Fläschchen zieht. Das ist wirklich nicht, wie es funktioniert. Was wir während der Primärtrocknung tun, ist die Anpassung des Drucks in der Kammer und der Regaltemperatur, um unsere gewünschte Produkttemperatur zu erhalten. Dadurch stellen wir eine Druckdifferenz zwischen dort und der Kammer und auch eine Temperaturdifferenz her. Diese Druckdifferenz, der Dampfdruck von Eis auf der Kammer ist sehr gering. Wir haben einen sehr niedrigen Kammerdruck. Hier haben wir eine viel höhere Temperatur, um die Sublimationsrate zu erhöhen. Wenn dies geschieht, gibt es keine Druckdifferenz. Der Dampfdruck von Eis ist hier viel höher, also entfernen wir Wasserdampf und jetzt wird er im Bereich mit sehr niedrigem Druck, einer niedrigen Temperatur, an den Spulen des Kondensators eingeschlossen.
Das ist Ihre Einführung in die Lyophilisation und Ihre Einführung in die Anatomie eines Lyophilisators. Ich hoffe, dass Sie sich uns für den Kurzkurs-Workshop anschließen, damit wir näher darauf eingehen können.