Alăturați-vă Gregory Sacha, Ph.D. de Baxter BioPharma Solutions pentru o introducere în liofilizare și anatomia unui liofilizator. Prezentat în fața unui liofilizator la scară de laborator, Dr. Sacha demonstrează plasarea unui termocuplu, încărcare manuală și discută parametrii procesului și proiectarea echipamentelor care afectează ciclurile de liofilizare. Hooke College of Applied Sciences oferă un curs de liofilizare.
transcriere
deci, să începem prin a înțelege mai întâi care sunt pașii liofilizării și de ce le-am face. Baza pentru liofilizare este că avem nevoie de ceva liofilizat dacă îi prelungim termenul de valabilitate, de exemplu, nu este stabil în soluție. Liofilizarea ne permite să îndepărtăm gheața sau apa dintr-un produs fără a ne distruge moleculele volatile. Nu neapărat volatile, dar cele care ar putea fi sensibile la căldură mare. Deci, aceste produse sunt plasate într-un liofilizator, răcite și înghețate, iar apoi se stabilește un vid pentru a îndepărta gheața ca sublimare.
deci, acești pași vor include mai întâi umplerea flacoanelor cu soluție și apoi luarea acelor flacoane și plasarea lor într-un liofilizator, apoi răcirea flacoanelor până la aproximativ -40 grade C. Acest pas este pasul de îngheț.
răciți flacoanele, lăsați-le să înghețe complet la -40, să spunem aproximativ două ore. Și acum putem iniția un vid, acel vid ar putea fi în jur, să zicem 100 militorr, și apoi în funcție de proprietățile celor în soluție, adică acele proprietăți caracteristice termice, am putea fi capabili să creștem temperatura raftului undeva în jur de -20 sau chiar mai mare, continuând să tragem acel vid. Această etapă este uscarea primară; acolo îndepărtăm gheața în vrac.
după ce eliminăm toată gheața în vrac, acum este sigur să creștem temperatura produsului. Este sigur, deoarece toată apa înghețată a fost îndepărtată.
acum trebuie să creștem temperatura produsului pentru a alunga apa dezghețată. Această secțiune este cunoscută sub numele de uscare secundară.
există, de asemenea, o etapă care poate fi utilizată în timpul primei etape de îngheț—acea etapă este cunoscută sub numele de recoacere. Aceasta este în cazul în care un produs poate cristaliza, putem încuraja cristalizarea prin creșterea temperaturii produsului și apoi permițându-i să se odihnească, fără a trage un vid. Acest pas este cunoscut sub numele de recoacere. Acest timp de recoacere permite timp pentru mișcarea moleculară care poate încuraja cristalizarea unei componente cristalizante sau chiar poate încuraja creșterea cristalelor de gheață.
deci, scopul nostru este apoi să umplem flacoanele și iată un exemplu de flacon umplut, scopul nostru este, după uscarea prin congelare, să menținem aceeași înălțime și volum a soluției care a fost umplută. Ca exemplu de produs uscat prin congelare, cu un aspect acceptabil, asta sperăm să facem. Ceea ce sperăm să nu facem este să producem ceva de genul acesta; acesta este colaps. Acest lucru se întâmplă dacă, de exemplu, nu înțelegem comportamentul termic al produsului nostru și depășim temperaturile critice în timpul uscării primare. Asta vrem să evităm.
un alt lucru pe care îl puteți observa este că, spre deosebire de formularea soluției, această formulare are un dop care este parțial așezat. Veți vedea că acest dop are o singură aerisire. Această singură aerisire permite evacuarea vaporilor de apă în timpul procesului.
înainte de a merge mai departe, să înțelegem mai întâi puțin despre liofilizatorul în sine.
vă voi aduce puțin mai aproape de liofilizator, acesta este un liofilizator la scară de laborator. Veți vedea că are o ușă cu o altă cameră în față, vă voi vorbi despre asta într-un minut. În interior, aceasta este camera produsului. Există trei rafturi într—o cameră de produs-pentru ușurința demonstrației în timpul acestei sesiuni, am ridicat primele două rafturi, astfel încât să avem o mulțime de spațiu.
dacă ne uităm puțin mai jos, vedem condensatorul. Condensatorul este locul în care gheața este îndepărtată ca vapori de apă în timpul sublimării, este prinsă pe aceste bobine din condensator. Aceste bobine sunt menținute la o temperatură în jurul valorii de -65 sau -70, undeva în jurul valorii de acolo. Deci, permiteți-mi să ridice acest aparat de fotografiat un pic.
cum ajung vaporii de apă în cameră până la condensator? Acesta este un lucru important de reținut, nu toți liofilizatorii sunt creați la fel. Acești liofilizatori au ceea ce este cunoscut sub numele de piesă de bobină între camera produsului și condensator. Piesa aia e ca o plasă. Te voi roti în jurul unui alt liofilizator pe care îl am cu panoul lateral îndepărtat. Ceea ce vedem aici, vedem un pic, această bucată de gât chiar aici între cameră și condensator. Aceasta este piesa de bobină. Acest lucru este important de reținut, deoarece unii liofilizatori nu au o piesă de bobină. Ele pot avea doar această cameră de produs, și chiar lângă acea cameră de produs în cazul în care rafturile sunt plasate este condensator, adică bobine foarte rece. Aceste bobine pot influența temperatura produsului. Acesta nu este nici bun, nici rău, dar este ceva de care trebuie să fiți conștienți atunci când vă dezvoltați procesul și îl transferați. Alți liofilizatori încă nu pot avea un gât, ci doar acest perete între cameră și condensator, cu o placă care se ridică și cade în funcție de stadiul procesului.
altceva ce trebuie să discutăm este cum răcim aceste fiole? De unde vine această temperatură rece?
aceste rafturi sunt goale. Au un fluid de răcire sau un fluid de transfer de căldură care se rotește și curge prin ele. Altceva care este diferit între diferiți liofilizatori este modul în care curge acel fluid. Pe unele rafturi curge într-un model Serpentin, în sus și în jos. Alte rafturi vor curge într-un model spiralat, acest lucru este un pic exagerat, sunt teribil la desen, dar este o spirală.
de ce ne pasă? Ne pasă pentru că cu siguranță va determina modul în care căldura noastră este distribuită pe raft. Nici unul nu are un avantaj sau dezavantaj, este doar că trebuie să fim conștienți de faptul că, deoarece există ceva care este cunoscut ca efectul de margine pe un raft. Când avem un raft plin plin de flacoane, flacoanele din partea interioară a raftului, porțiunea interioară, vor fi mult mai reci decât cele care sunt chiar la margine. Ceea ce intră în vigoare este temperatura peretelui, temperatura ușii, cât de largi sunt aceste canale și cât de bine acoperă întregul raft. Acesta este un lucru de care trebuie să fim conștienți.
când umplem flacoanele, le umplem pe o tavă, iată o operație manuală în laboratorul nostru. Avem flacoane umplute pe o tavă, toate dopurile sunt parțial așezate.
veți observa o grămadă de fire. Aceste fire duc la flacoane care sunt echipate cu termocupluri, astfel încât să putem monitoriza temperatura produsului nostru în timpul procesului. Iată un flacon cu un termocuplu plasat în interiorul acestuia. Ceea ce încercăm să facem, deoarece aceste termocupluri sunt senzori punctuali, încercăm să aliniem acel punct cât mai aproape posibil în centrul flaconului din partea de jos centrală. Facem asta pentru că, pe măsură ce gheața este îndepărtată, este îndepărtată de sus în jos. Partea de jos va fi cea mai rece și asta ne poate oferi o măsură a momentului în care ciclul nostru primar de uscare este complet. Nu este cel mai bun mod de a măsura, dar este o posibilă măsurare. Este, de asemenea, o modalitate de a determina cât de aproape suntem de temperatura punctului de eșec pentru un produs. Veți observa că am un termocuplu plasat în față, mijloc și centru. Diferite persoane le plasează cu metode diferite. Zona cea mai rece va fi în centru, zonele de margine vă vor spune cât de cald ar putea fi— cea mai caldă temperatură pe care o puteți experimenta în timpul procesului.
cum le punem în liofilizator? Pe o tavă, tava are un inel în jurul ei, așa că o așezăm în liofilizator și glisăm această porțiune superioară înainte în timp ce împingem. Acum, partea inferioară a tăvii și flacoanele fac contact direct cu raftul. Apoi putem conecta termocuplurile în diferite porturi. Acest lucru ne permite să monitorizăm temperatura produsului pe tot parcursul procesului.
există și alte tipuri de termocupluri de care trebuie să fim conștienți sau sisteme de monitorizare a temperaturii. Nu vom intra în toate detaliile aici, dar există RGD, există un termocuplu pe care îl plasăm direct în flacon, apoi există și acești senzori de temperatură fără fir. Acesta se întâmplă să fie din Tempress și veți vedea că are un fund mare, nu chiar atât de mare, dar un fund de sticlă. Partea de jos conține un cristal care vibrează. Și acea vibrație sau oscilație se va traduce direct în temperatura produsului nostru.
un motiv pentru care ne plac acești senzori wireless este că pot fi sterilizați cu abur, astfel încât să poată fi utilizați în procesul nostru de producție și apoi, de asemenea, nu avem toate aceste fire. O provocare a plasării termocuplurilor într-o zonă de producție este că putem afecta negativ asigurarea sterilității. Într-o zonă de producție este posibil să putem testa sau monitoriza flacoanele care sunt cele mai apropiate de partea din față a ușii, astfel încât să nu ajungem și să afectăm negativ asigurarea sterilității. Aceste termocupluri fără fir ne permit să plasăm flacoane și senzori de temperatură de-a lungul liniei, pot fi așezate aleatoriu pe un raft întreg.
după ce conectăm aceste termocupluri, închidem ușa. Închideți ușa camerei condensatorului și apoi începeți procesul nostru, amintindu-vă că prima porțiune a acestuia este înghețarea, uscarea primară și uscarea secundară.
lucruri pe care le monitorizăm în timpul procesului; uscare primară. Uscarea primară vrem să determinăm când se termină. Acest scop este determinat de unul, când îndepărtăm complet gheața din flacoanele noastre, iar temperatura produsului nostru devine similară cu temperatura raftului nostru. O altă metodă și, probabil, o metodă mai fiabilă, spun mai fiabilă, deoarece această metodă reprezintă ceea ce se întâmplă pe întregul raft sau pe întregul raft, și anume măsurarea comparativă a presiunii. În cadrul acestui liofilizator există un manometru de compactitate pentru măsurarea presiunii punctului setat, de exemplu dacă îl avem pentru 100 millitorr, acesta va arăta când este la 100 millitorr. O altă măsurare a presiunii este măsurarea presiunii de rezistență, cunoscută sub numele de Pirani guage. Această rezistență electrică este afectată de nivelul vaporilor de apă din cameră. Când vaporii de apă sunt mari, presiunea înregistrată de gabaritul pirani este mult mai mare decât presiunea înregistrată de manometrul de compactitate. Aceasta ne oferă o măsură a momentului în care toți vaporii de apă sunt îndepărtați din camera noastră de produse. În acel moment, măsurarea gabaritului Pirani va deveni foarte asemănătoare cu măsurarea manometrului de compactitate. Asta ne spune că putem trece acum la uscarea secundară.
sunt doi pași mici pe care aș vrea să-i ating. Una este atunci când eliminăm vaporii de apă, ce altceva intră în cameră pentru a echilibra acea presiune? Continuu, pe tot parcursul acestui proces, există un azot sângera o cantitate mică de azot în camera care înlocuiește vaporii de apă care a fost eliminat. Asta înseamnă că atunci când aceste flacoane sunt în cele din urmă sigilate, ele sunt sigilate sub un mediu de azot.
următoarea porțiune pe care aș vrea să o ating este: ce este asta? Ce e cutia asta? Există ceva ce trebuie să știm în timpul procesului nostru. Adică, care este umiditatea reziduală finală a produsului nostru? Începem să ne uităm la asta spre sfârșitul uscării primare și apoi în uscarea secundară, deoarece dorim să putem lua probe în timpul acelor pași care vor reprezenta umiditatea reziduală de nivel ridicat, mediul și nivelul scăzut. Luăm acele probe, le punem pe stabilitate și examinăm efectul umidității reziduale. Asta ne spune cât de jos trebuie să mergem.
apoi, odată ce știm nivelul de umiditate reziduală de care avem nevoie, acum trebuie să știm la ce temperatură a raftului —cât timp trebuie să o ținem la acea temperatură a raftului pentru a atinge nivelul dorit de umiditate reziduală. Facem toate acestea prin prelevarea de probe din camera. Vrem să facem asta fără a rupe complet vidul. O metodă de a face acest lucru este acest sampler hoț. Acest hoț sampler are o ușă pe partea din față, putem sigila în loc, și există o ușă pe partea din spate, care merge direct în camera. Putem trage un vid pe această cutie externă până când putem deschide ușa interioară. Când facem asta, acum avem acces la partea internă a camerei.
putem ajunge apoi la acest braț, poate fi dificil de văzut, dar există un mic dispozitiv de prindere la capătul brațului. Putem ajunge acolo, să extragem o mostră, să o scoatem, să o sigilăm, și apoi să capturăm o mostră în acel punct al procesului, reprezentând o anumită umiditate reziduală. Închide aia.
la sfârșitul procesului, este alegerea dvs. acum dacă doriți să sigilați sub vid sau nu. Etanșarea sub vid înseamnă că ne asigurăm că există încă un vid acolo atunci când ne comprimăm rafturile pentru a sigila dopurile. Acesta este modul în care dopurile sunt sigilate. Rafturile sunt ridicate folosind un buton până când flacoanele intră în contact cu raftul de deasupra și sunt apăsate pentru a sigila dopurile.
există un alt element pe care aș dori să-l ating și care este cu adevărat forța motrice pentru îndepărtarea vaporilor de apă? Este o concepție greșită obișnuită că vidul îl scoate din flacoane. Nu așa funcționează. Ceea ce facem în timpul uscării primare este reglarea presiunii din cameră și a temperaturii raftului pentru a obține temperatura dorită a produsului. Făcând asta, stabilim o diferență de presiune între acolo și cameră și, de asemenea, o diferență de temperatură. Această diferență de presiune, presiunea vaporilor de gheață din cameră este foarte scăzută. Avem o presiune foarte scăzută a camerei. Aici, avem o temperatură mult mai mare pentru a ajuta la creșterea ratei de sublimare. Când se întâmplă acest lucru, nu există nici o diferență de presiune. Presiunea de vapori a gheții este mult mai mare aici, așa că îndepărtăm vaporii de apă și acum este prinsă la zona de presiune foarte scăzută, o temperatură scăzută, prinsă acolo pe bobinele condensatorului.
aceasta este introducerea ta în liofilizare și introducerea ta în anatomia unui liofilizator. Sper că ne veți alătura pentru atelierul de curs scurt, astfel încât să putem intra în mai multe detalii.