Unire Gregorio Sacha, Ph. D. di Baxter BioPharma Soluzioni per un’introduzione alla liofilizzazione e l’anatomia di un lyophilizer. Presentato davanti a un liofilizzatore su scala di laboratorio, il Dott. Sacha dimostra il posizionamento di una termocoppia, il caricamento manuale e discute i parametri di processo e la progettazione delle apparecchiature che influenzano i cicli di liofilizzazione. Hooke College of Applied Sciences offre un corso di liofilizzazione.
Trascrizione
Quindi, iniziamo prima a capire quali sono le fasi della liofilizzazione e perché le faremmo. La base per la liofilizzazione è che abbiamo bisogno di qualcosa liofilizzato se prolunghiamo la sua durata di conservazione, ad esempio, non è stabile in soluzione. La liofilizzazione ci consente di rimuovere ghiaccio o acqua, da un prodotto senza distruggere le nostre molecole volatili. Non necessariamente volatili, ma quelli che potrebbero essere suscettibili di calore elevato. Quindi, questi prodotti vengono posti in un liofilizzatore, raffreddati e congelati, quindi viene stabilito un vuoto per rimuovere il ghiaccio come sublimazione.
Quindi, questi passaggi includeranno prima il riempimento delle fiale con la soluzione e poi l’assunzione di quelle fiale e l’immissione in un liofilizzatore, e quindi il raffreddamento delle fiale fino a circa -40 gradi C. Questo passo è il passo di congelamento.
Raffreddare le fiale, lasciarle congelare completamente a -40, diciamo circa due ore. E poi ora possiamo iniziare un vuoto, quel vuoto potrebbe essere intorno, diciamo 100 millitorr, e poi a seconda delle proprietà di quelli in soluzione, cioè quelle proprietà caratteristiche termiche, potremmo essere in grado di aumentare la temperatura dello scaffale da qualche parte intorno a -20 o anche più in alto, continuando a tirare quel vuoto. Quella fase è l’essiccazione primaria; è lì che stiamo rimuovendo il ghiaccio alla rinfusa.
Dopo aver rimosso tutto il ghiaccio sfuso, è ora sicuro aumentare la temperatura del prodotto. È sicuro perché tutta quell’acqua congelata è stata rimossa.
Ora dobbiamo aumentare la temperatura del prodotto per allontanare l’acqua non congelata. Quella sezione è conosciuta come essiccazione secondaria.
C’è anche un passaggio che può essere utilizzato durante la prima fase di congelamento—quel passaggio è noto come ricottura. È qui che se un prodotto può cristallizzare, possiamo incoraggiare la cristallizzazione aumentando la temperatura del prodotto e quindi lasciandolo riposare, senza tirare il vuoto. Questo passo è noto come ricottura. Quel tempo di ricottura consente il tempo per il movimento molecolare che può incoraggiare la cristallizzazione di un componente cristallizzante o addirittura incoraggiare la crescita di cristalli di ghiaccio.
Quindi, il nostro obiettivo è quindi quello di riempire le fiale, ed ecco un esempio di una fiala piena, il nostro obiettivo è quello di, dopo la liofilizzazione, mantenere la stessa altezza e volume della soluzione che è stata riempita. Come esempio di un prodotto liofilizzato, con un aspetto accettabile, questo è ciò che speriamo di fare. Quello che speriamo di non fare è produrre qualcosa di simile; questo è il collasso. Ciò si verifica se, ad esempio, non comprendiamo il comportamento termico del nostro prodotto e superiamo le temperature critiche durante l’essiccazione primaria. Questo è ciò che vogliamo evitare.
Un’altra cosa che si può notare è che, a differenza della formulazione della soluzione, questa formulazione ha un tappo che è parzialmente seduto. Vedrai che questo tappo ha un singolo sfiato. Quel singolo sfiato tiene conto la fuga di vapore acqueo durante il processo.
Prima di andare avanti, prima capiamo un po ‘ del liofilizzatore stesso.
Ho intenzione di portare un po ‘ più vicino al liofilizzatore, questo è un liofilizzatore scala di laboratorio. Vedrai che ha una porta con un’altra camera sul davanti, te ne parlerò tra un minuto. All’interno, questa è la camera del prodotto. Ci sono tre ripiani per una camera di prodotto—per facilità di dimostrazione durante questa sessione, ho sollevato i primi due ripiani in modo da avere un sacco di spazio.
Se guardiamo un po ‘ più in basso, vediamo il condensatore. Il condensatore è dove il ghiaccio viene rimosso come vapore acqueo durante la sublimazione è intrappolato su queste bobine nel condensatore. Queste bobine sono mantenute a una temperatura intorno a -65 o -70, da qualche parte lì intorno. Allora, fammi alzare un po ‘ questa telecamera.
In che modo il vapore acqueo raggiunge la camera fino al condensatore? Questa è una cosa importante da ricordare, non tutti i liofilizzatori sono creati allo stesso modo. Questi liofilizzatori hanno ciò che è noto come un pezzo di bobina tra la camera del prodotto e il condensatore. Quel pezzo di bobina è come una rete. Ti ruoterò intorno a un altro liofilizzatore che ho con il pannello laterale rimosso. Quello che vediamo qui, vediamo un po’, questo pezzo di collo proprio qui tra la camera e il condensatore. Questo è il pezzo di bobina. Questo è importante da ricordare perché alcuni liofilizzatori non hanno un pezzo di bobina. Possono avere solo questa camera di prodotto, e proprio accanto a quella camera di prodotto in cui sono posizionati i ripiani è il condensatore, che significa bobine veramente fredde. Quelle bobine possono influenzare la temperatura del vostro prodotto. Questo non è né un bene né un male, ma è qualcosa di cui essere consapevoli quando si sviluppa il processo e lo si trasferisce. Altri liofilizzatori potrebbero ancora non avere un collo, ma solo questo muro tra la camera e il condensatore, con una piastra che si solleva e cade a seconda della fase del processo.
Qualcos’altro che dobbiamo discutere è come raffreddiamo queste fiale? Da dove viene questa temperatura fredda?
Questi ripiani sono vuoti. Hanno un fluido di raffreddamento, o un fluido di trasferimento di calore, che ruota e scorre attraverso di loro. Qualcos’altro che è diverso tra i diversi liofilizzatori è come scorre quel fluido. Su alcuni scaffali scorre in un motivo a serpentina, su e giù. Altri scaffali scorreranno in uno schema a spirale, questo è un po ‘ esagerato, sono terribile nel disegnare, ma è una spirale.
Perché ci interessa? Ci preoccupiamo perché che sicuramente determinerà come il nostro calore è distribuito sullo scaffale. Nessuno dei due ha un vantaggio o uno svantaggio, è solo che dobbiamo esserne consapevoli perché c’è qualcosa che è noto come effetto bordo su uno scaffale. Quando abbiamo uno scaffale pieno di fiale, le fiale sulla parte interna dello scaffale, la parte interna, saranno molto più fresche di quelle che si trovano sul bordo. Ciò che entra in vigore è la temperatura della parete, la temperatura della porta, quanto sono larghi questi canali e quanto bene coprono l’intero scaffale. E ‘ un aspetto di cui dobbiamo essere consapevoli.
Quando riempiamo le fiale, le riempiamo su un vassoio, ecco un’operazione manuale nel nostro laboratorio. Abbiamo fiale riempite su un vassoio, tutti i tappi sono parzialmente seduti.
Noterai un mucchio di fili. Questi fili portano a fiale dotate di termocoppie, in modo da poter monitorare la temperatura del nostro prodotto durante il processo. Ecco una fiala con una termocoppia posta al suo interno. Quello che cerchiamo di fare, dato che queste termocoppie sono sensori puntiformi, cerchiamo di allineare quel punto il più vicino possibile al centro della fiala in basso al centro. Lo facciamo perché quando il ghiaccio viene rimosso, viene rimosso dall’alto verso il basso. Il fondo sta per essere il più freddo, e che ci può fornire una misura di quando il nostro ciclo di essiccazione primario è completo. Non è il modo migliore per misurare, ma è una misura possibile. È anche un modo per determinare quanto siamo vicini a quella temperatura del punto di guasto per un prodotto. Noterai che ho una termocoppia posizionata nella parte anteriore, al centro e al centro. Persone diverse li mettono con metodi diversi. L’area più fredda sarà al centro, le aree di bordo ti diranno quanto potrebbe essere caldo – la temperatura più calda che potresti provare durante il processo.
Come li mettiamo nel liofilizzatore? Su un vassoio, il vassoio ha un anello attorno ad esso, quindi lo posizioniamo nel liofilizzatore e facciamo scorrere questa parte superiore in avanti mentre spingiamo. Ora il fondo del vassoio e le fiale entrano in contatto diretto con il ripiano. Possiamo quindi collegare le termocoppie nelle diverse porte. Questo ci consente di monitorare la temperatura del prodotto durante tutto il processo.
Ci sono altri tipi di termocoppie di cui dobbiamo essere consapevoli, o sistemi di monitoraggio della temperatura. Non entreremo in tutti i dettagli qui, ma c’è RGD, c’è una termocoppia che posizioniamo direttamente nella fiala, poi ci sono anche questi sensori di temperatura wireless. Questo sembra essere da Tempress e vedrete che ha un grande, non proprio così grande, ma un fondo di vetro ad esso. Quel fondo contiene un cristallo che vibra. E quella vibrazione o oscillazione si tradurrà direttamente nella temperatura del nostro prodotto.
Uno dei motivi per cui ci piacciono questi sensori wireless è che possono essere sterilizzati a vapore in modo che possano essere utilizzati nel nostro processo di produzione e quindi non abbiamo tutti questi fili. Una sfida di posizionare le termocoppie in un’area di produzione è che possiamo influire negativamente sulla garanzia di sterilità. In un’area di produzione possiamo solo essere in grado di testare o monitorare le fiale che sono più vicine alla parte anteriore della porta in modo da non raggiungere oltre e influenzare negativamente la garanzia di sterilità. Queste termocoppie wireless ci permettono di posizionare fiale e sensori di temperatura lungo la linea, possono essere posizionati in modo casuale su un intero scaffale.
Dopo aver inserito queste termocoppie, chiudiamo la porta. Chiudere la porta alla camera del condensatore e quindi avviare il nostro processo, ricordando la prima porzione di esso è il congelamento, l’essiccazione primaria e l’essiccazione secondaria.
Cose che monitoriamo durante il processo; essiccazione primaria. Essiccazione primaria vogliamo determinare quando è la fine di esso. Tale fine è determinata da uno, quando rimuoviamo completamente il ghiaccio dalle nostre fiale e la temperatura del nostro prodotto diventa simile alla temperatura del nostro scaffale. Un altro metodo, e probabilmente un metodo più affidabile, dico più affidabile perché questo metodo rappresenta ciò che sta accadendo su tutto lo scaffale o su tutti gli scaffali, e cioè la misurazione comparativa della pressione. All’interno di questo liofilizzatore c’è un manometro di compattazione per misurare la pressione del set point, ad esempio se lo facciamo per 100 millitorr mostrerà quando è a 100 millitorr. Un’altra misurazione della pressione è la misurazione della pressione di resistenza, nota come calibro pirani. Questa resistenza elettrica è influenzata dal livello di vapore acqueo nella camera. Quando il vapore acqueo è alto, la pressione registrata dal manometro pirani è molto più alta della pressione registrata dal manometro compacitance. Questo ci fornisce una misura di quando tutto il vapore acqueo viene rimosso dalla nostra camera di prodotto. A quel punto, la misura del calibro di Pirani diventerà molto simile alla misura del manometro di compacitance. Questo ci dice che ora possiamo procedere all’essiccazione secondaria.
Ci sono due piccoli passi qui che vorrei toccare. Uno è quando rimuoviamo il vapore acqueo, cos’altro va nella camera per bilanciare quella pressione? Continuamente, durante questo processo, c’è un azoto sanguinare una piccola quantità di azoto nella camera che sostituisce il vapore acqueo che è stato rimosso. Ciò significa che quando queste fiale sono finalmente sigillate, sono sigillate in un ambiente di azoto.
La prossima parte che vorrei toccare è, cos’è questo? Cos’e’questa scatola? C’è qualcosa che dobbiamo sapere durante il nostro processo. Cioè, qual è l’umidità residua finale del nostro prodotto? Iniziamo a guardare verso la fine dell’essiccazione primaria e poi nell’essiccazione secondaria perché vogliamo essere in grado di prelevare campioni durante quelle fasi che rappresenteranno l’umidità residua ad alto livello, il mezzo e il basso. Prendiamo quei campioni, li mettiamo sulla stabilità ed esaminiamo l’effetto dell’umidità residua. Questo ci dice quanto in basso dobbiamo andare.
Quindi, una volta che conosciamo il livello di umidità residua di cui abbiamo bisogno, ora dobbiamo sapere a quale temperatura dello scaffale —per quanto tempo dobbiamo tenerlo a quella temperatura dello scaffale per raggiungere il livello desiderato di umidità residua. Facciamo tutto questo prelevando campioni dalla camera. Vogliamo farlo senza rompere completamente il vuoto. Un metodo per farlo è questo campionatore ladro. Questo campionatore ladro ha una porta sul davanti, siamo in grado di sigillare in posizione, e c’è una porta sul retro che va direttamente nella camera. Possiamo aspirare questa scatola esterna finche ‘ non apriamo la porta interna. Quando lo facciamo abbiamo ora accesso alla parte interna dell’aula.
Possiamo quindi raggiungere questo braccio, potrebbe essere difficile da vedere, ma c’è un piccolo dispositivo di presa all’estremità del braccio. Possiamo raggiungere lì, estrarre un campione, estrarlo, sigillarlo e quindi ottenere un campione catturato in quel punto del processo che rappresenta la certa umidità residua. Chiudi quella.
Alla fine del processo, è la vostra scelta ora se si desidera sigillare sotto vuoto o meno. Sigillatura sotto vuoto significa che ci assicuriamo che ci sia ancora un vuoto in là quando comprimiamo i nostri scaffali per sigillare i tappi. Ecco come vengono sigillati i tappi. I ripiani vengono sollevati con un pulsante fino a quando le fiale non entrano in contatto con il ripiano sopra e vengono premute per sigillare i tappi.
C’è un altro elemento che vorrei toccare e questo è ciò che è veramente la forza trainante per rimuovere quel vapore acqueo? Si tratta di un malinteso comune che è che il vuoto tira fuori le fiale. Non è proprio così che funziona. Quello che stiamo facendo durante l’essiccazione primaria è regolare la pressione nella camera e la temperatura dello scaffale per ottenere la temperatura desiderata del prodotto. In questo modo, stiamo stabilendo una differenza di pressione tra lì e la camera, e anche una differenza di temperatura. Quella differenza di pressione, la pressione di vapore del ghiaccio sulla camera è molto bassa. Abbiamo una pressione della camera molto bassa. Qui, abbiamo una temperatura molto più alta per contribuire ad aumentare il tasso di sublimazione. Quando ciò si verifica non vi è alcun differenziale di pressione. La pressione di vapore del ghiaccio è molto più alta qui, quindi stiamo rimuovendo il vapore acqueo e ora viene intrappolato nell’area di pressione molto bassa, una bassa temperatura, intrappolato lì sulle bobine del condensatore.
Questa è la tua introduzione alla liofilizzazione e la tua introduzione all’anatomia di un liofilizzatore. Spero che vi unirete a noi per il workshop breve corso in modo che possiamo andare più in dettaglio.