Únete a Gregory Sacha, Tel. D. de Baxter BioPharma Soluciones para una introducción a la liofilización y la anatomía de un liofilizador. Presentado frente a un liofilizador a escala de laboratorio, el Dr. Sacha demuestra la colocación de un termopar, la carga manual y analiza los parámetros del proceso y el diseño del equipo que afectan los ciclos de liofilización. Hooke College of Applied Sciences ofrece un curso de liofilización.
Transcripción
Entonces, comencemos por entender primero cuáles son los pasos de liofilización y por qué los haríamos. La base para la liofilización es que necesitamos algo liofilizado si queremos extender su vida útil, por ejemplo, no es estable en solución. La liofilización nos permite eliminar el hielo o el agua de un producto sin destruir nuestras moléculas volátiles. No necesariamente volátiles, pero sí aquellos que podrían ser susceptibles a altas temperaturas. Por lo tanto, estos productos se colocan en un liofilizador, se enfrían y congelan, y luego se establece un vacío para eliminar el hielo como sublimación.
Por lo tanto, esos pasos incluirán primero llenar los viales con solución y luego tomar esos viales y colocarlos en un liofilizador, y luego enfriar los viales a alrededor de -40 grados C. Ese paso es el paso de congelación.
Enfríe los viales, deje que se congelen completamente a -40, digamos unas dos horas. Y luego ahora podemos iniciar un vacío, ese vacío podría estar alrededor, digamos 100 militorr, y luego dependiendo de las propiedades de los en solución, es decir, las propiedades térmicas características, podemos ser capaces de aumentar la temperatura del estante a alrededor de -20 o incluso más, mientras continuamos tirando de ese vacío. Esa etapa es el secado primario; ahí es donde estamos retirando el hielo a granel.
Después de eliminar todo el hielo a granel, ahora es seguro aumentar la temperatura del producto. Es seguro porque toda esa agua congelada se ha eliminado.
Ahora necesitamos aumentar la temperatura del producto para eliminar el agua descongelada. Esa sección se conoce como secado secundario.
También hay un paso que se puede usar durante el primer paso de congelación, ese paso se conoce como recocido. Ahí es donde si un producto puede cristalizarse, podemos fomentar la cristalización aumentando la temperatura del producto y luego permitiendo que descanse, sin tirar de un vacío. Ese paso se conoce como recocido. Ese tiempo de recocido permite tiempo para el movimiento molecular que puede fomentar la cristalización de un componente cristalizador, o incluso fomentar el crecimiento de cristales de hielo.
Entonces, nuestro objetivo es llenar los viales, y aquí hay un ejemplo de un vial lleno, nuestro objetivo es, después de la liofilización, mantener la misma altura y volumen de la solución que se llenó. Como ejemplo de un producto liofilizado, con un aspecto aceptable, eso es lo que esperamos hacer. Lo que esperamos no hacer es producir algo como esto; esto es colapso. Esto ocurre, por ejemplo, si no entendemos el comportamiento térmico de nuestro producto y excedemos las temperaturas críticas durante el secado primario. Eso es lo que queremos evitar.
Algo más que puede notar es que, a diferencia de la formulación de solución, esta formulación tiene un tapón que está parcialmente sentado. Verá que este tapón tiene una sola ventilación. Esa ventilación única permite el escape de vapor de agua durante el proceso.
Antes de seguir adelante, primero entendamos un poco sobre el liofilizador en sí.
Voy a acercarte un poco más al liofilizador, este es un liofilizador a escala de laboratorio. Verá que tiene una puerta con otra cámara en el frente, le hablaré de eso en un minuto. En el interior, esta es la cámara del producto. Hay tres estantes en una cámara de productos—para facilitar la demostración durante esta sesión, he levantado los dos estantes superiores para que tengamos mucho espacio.
Si miramos un poco más abajo, vemos el condensador. El condensador es donde se elimina el hielo en forma de vapor de agua durante la sublimación, que queda atrapado en estas bobinas en el condensador. Estas bobinas se mantienen a una temperatura de alrededor de -65 o -70, en algún lugar por ahí. Por lo tanto, permítanme elevar esta cámara un poco.
¿Cómo llega ese vapor de agua a la cámara hasta el condensador? Esto es algo importante para recordar, no todos los liofilizadores se crean de la misma manera. Estos liofilizadores tienen lo que se conoce como una pieza de carrete entre la cámara del producto y el condensador. Esa bobina es como una red. Te giraré a otro liofilizador que tengo sin el panel lateral. Lo que vemos aquí, lo vemos un poco, esta pieza del cuello justo aquí entre la cámara y el condensador. Esa es la pieza de carrete. Es importante recordarlo porque algunos liofilizadores no tienen una pieza de carrete. Es posible que solo tengan esta cámara de producto, y justo al lado de esa cámara de producto donde se colocan los estantes está el condensador, lo que significa bobinas realmente frías. Esas bobinas pueden influir en la temperatura de su producto. Eso no es bueno ni malo, pero es algo que debe tenerse en cuenta al desarrollar su proceso y transferirlo. Otros liofilizadores todavía pueden no tener un cuello, pero solo esta pared entre la cámara y el condensador, con una placa que se eleva y cae dependiendo de la etapa del proceso.
Algo más que necesitamos discutir es ¿cómo enfriamos estos viales? ¿De dónde viene esta temperatura fría?
Estos estantes son huecos. Tienen un fluido refrigerante, o un fluido de transferencia de calor, que gira y fluye a través de ellos. Otra cosa que es diferente entre diferentes liofilizadores es cómo fluye ese fluido. En algunos estantes fluye en forma de serpentina, arriba y abajo. Otros estantes fluirán en forma de espiral, esto es un poco exagerado, soy terrible dibujando, pero es una espiral.
¿Por qué nos importa? Nos preocupamos porque eso definitivamente determinará cómo se distribuye nuestro calor en el estante. Ninguno de los dos tiene una ventaja o desventaja, es solo que necesitamos ser conscientes de eso porque hay algo que se conoce como el efecto de borde en un estante. Cuando tenemos un estante lleno de viales, los viales en la parte interior del estante, la parte interior, serán mucho más fríos que los que están en el borde mismo. Lo que entra en efecto es la temperatura de la pared, la temperatura de la puerta, la anchura de estos canales y lo bien que cubren todo el estante. Es algo de lo que debemos ser conscientes.
Cuando llenamos viales, los llenamos en una bandeja, aquí hay una operación manual en nuestro laboratorio. Tenemos viales llenos en una bandeja, todos los tapones están parcialmente asentados.
Notará un montón de cables. Estos cables conducen a viales que están equipados con termopares, para que podamos monitorear la temperatura de nuestro producto durante el proceso. Aquí hay un vial con un termopar colocado dentro. Lo que intentamos hacer, ya que estos termopares son sensores de puntos, tratamos de alinear ese punto lo más cerca posible en el centro del vial en el centro inferior. Lo hacemos porque a medida que se elimina el hielo, se elimina de arriba hacia abajo. El fondo va a ser el más frío, y eso nos puede proporcionar una medida de cuándo se completa nuestro ciclo de secado primario. No es la mejor manera de medir, pero es una medida posible. También es una forma de determinar qué tan cerca estamos de esa temperatura de punto de falla para un producto. Notarán que tengo un termopar colocado en la parte delantera, en el centro y en el centro. Diferentes personas las colocan con diferentes métodos. El área más fría estará en el centro, las áreas de borde le dirán qué tan caliente podría ser, la temperatura más cálida que podría experimentar durante el proceso.
¿Cómo colocamos estos en el liofilizador? En una bandeja, la bandeja tiene un anillo alrededor, por lo que la colocamos en el liofilizador y deslizamos esta parte superior hacia adelante a medida que empujamos. Ahora la parte inferior de la bandeja y los viales entran en contacto directo con el estante. Luego podemos conectar los termopares a los diferentes puertos. Esto nos permite controlar la temperatura del producto durante todo el proceso.
Hay otros tipos de termopares que debemos tener en cuenta, o sistemas de monitoreo de temperatura. No vamos a entrar en todos los detalles aquí, pero hay RGD, hay un termopar que colocamos directamente en el vial, y también hay estos sensores de temperatura inalámbricos. Este resulta ser de Tempress y verás que tiene un fondo de vidrio grande, no tan grande, pero sí un fondo de vidrio. Ese fondo contiene un cristal que vibra. Y esa vibración u oscilación se traducirá directamente en la temperatura de nuestro producto.
Una de las razones por las que nos gustan estos sensores inalámbricos es que se pueden esterilizar con vapor para que se puedan usar en nuestro proceso de producción y luego tampoco tenemos todos estos cables. Uno de los desafíos de colocar termopares en un área de fabricación es que podemos afectar negativamente la garantía de esterilidad. En un área de producción, es posible que solo podamos probar o monitorear los viales que están más cerca de la parte delantera de la puerta para que no los alcancemos y que afecten negativamente la garantía de esterilidad. Estos termopares inalámbricos nos permiten colocar viales y sensores de temperatura a lo largo de la línea, se pueden colocar aleatoriamente en un estante completo.
Después de enchufar estos termopares, cerramos la puerta. Cierre la puerta de la cámara del condensador y luego comience nuestro proceso, recordando que la primera parte es la congelación, el secado primario y el secado secundario.
Cosas que supervisamos durante el proceso; secado primario. Secado primario queremos determinar cuándo es el final de la misma. Ese extremo está determinado por uno, cuando eliminamos completamente el hielo de nuestros viales y la temperatura de nuestro producto se vuelve similar a la temperatura de nuestro estante. Otro método, y probablemente un método más confiable, digo más confiable porque este método representa lo que está sucediendo en todo el estante o en todos los estantes, y eso es la medición comparativa de presión. Dentro de este liofilizador hay un manómetro de compacidad para medir la presión del punto de ajuste, por ejemplo, si lo hacemos para 100 militorr, se mostrará cuando esté a 100 militorr. Otra medición de la presión es la medición de la presión de resistencia, conocida como indicador pirani. Esta resistencia eléctrica se ve afectada por el nivel de vapor de agua en la cámara. Cuando el vapor de agua es alto, la presión registrada por el medidor pirani es mucho más alta que la presión registrada por el manómetro de compacidad. Esto nos proporciona una medida de cuándo se elimina todo el vapor de agua de nuestra cámara de producto. En ese momento, la medición del medidor Pirani se volverá muy similar a la medición del manómetro de compacidad. Eso nos dice que ahora podemos proceder al secado secundario.
Hay dos pequeños pasos que me gustaría tocar. Una es que cuando eliminamos el vapor de agua, ¿qué más entra en la cámara para equilibrar esa presión? Continuamente, a lo largo de este proceso, hay una pequeña cantidad de nitrógeno en la cámara que reemplaza el vapor de agua que se ha eliminado. Eso significa que cuando estos viales se sellan finalmente, se sellan bajo un ambiente de nitrógeno.
La siguiente parte que me gustaría tocar es, ¿qué es esto? ¿Qué es esta caja de aquí? Hay algo que necesitamos saber durante nuestro proceso. Es decir, ¿cuál es la humedad residual final de nuestro producto? Comenzamos a mirar eso hacia el final del secado primario y luego en el secado secundario porque queremos poder tomar muestras durante esos pasos que representarán el alto nivel de humedad residual, el medio y el bajo. Tomamos esas muestras, las colocamos sobre la estabilidad y examinamos el efecto de la humedad residual. Eso nos dice lo bajo que tenemos que ir.
Luego, una vez que conocemos el nivel de humedad residual que necesitamos, ahora necesitamos saber a qué temperatura de estantería, cuánto tiempo necesitamos mantenerla a esa temperatura de estantería para alcanzar nuestro nivel deseado de humedad residual. Hacemos todo eso, tomando muestras de la cámara. Queremos hacerlo sin romper completamente el vacío. Un método para hacerlo es este muestrario de ladrones. Este muestreador de ladrones tiene una puerta en la parte delantera, podemos sellarla en su lugar, y hay una puerta en la parte trasera que va directamente a la cámara. Podemos aspirar esta caja externa hasta que podamos abrir la puerta interior. Cuando lo hacemos, ahora tenemos acceso a la parte interna de la cámara.
Entonces podemos alcanzar este brazo, puede ser difícil de ver, pero hay un pequeño dispositivo de agarre en el extremo del brazo. Podemos llegar hasta allí, extraer una muestra, sacarla, sellarla, y luego capturar una muestra en ese punto del proceso que representa cierta humedad residual. Cierra eso.
Al final del proceso, ahora es su elección si desea sellar al vacío o no. El sellado al vacío significa que nos aseguramos de que todavía haya un vacío allí cuando comprimimos nuestros estantes para sellar los tapones. Así es como se sellan los tapones. Los estantes se levantan con un botón hasta que los viales entran en contacto con el estante de arriba y se presionan para sellar los tapones.
Hay otro elemento que me gustaría tocar y que es lo que realmente es la fuerza impulsora para eliminar ese vapor de agua? Es un error común que el vacío lo saque de los viales. Realmente no funciona así. Lo que estamos haciendo durante el secado primario es ajustar la presión en la cámara y la temperatura del estante para obtener la temperatura deseada del producto. Al hacer eso, estamos estableciendo una diferencia de presión entre allí y la cámara, y también una diferencia de temperatura. Esa diferencia de presión, la presión de vapor del hielo en la cámara es muy baja. Tenemos una presión de cámara muy baja. Aquí, tenemos una temperatura mucho más alta para ayudar a aumentar la tasa de sublimación. Cuando eso ocurre, no hay diferencia de presión. La presión de vapor del hielo es mucho más alta aquí, por lo que estamos eliminando el vapor de agua y ahora está atrapado en el área de muy baja presión, a baja temperatura, atrapado allí en las bobinas del condensador.
Esa es su introducción a la liofilización y su introducción a la anatomía de un liofilizador. Espero que se unan a nosotros para el taller del curso corto para que podamos entrar en más detalles.