gå med Gregory Sacha, Ph. D. av Baxter BioPharma Solutions för en introduktion till lyofilisering och anatomi av en lyofiliserare. Presenteras framför en laboratorieskala lyofiliserare, Dr. Sacha demonstrerar placering av ett termoelement, manuell laddning och diskuterar processparametrar och utrustningsdesign som påverkar lyofiliseringscykler. Hooke College of Applied Sciences erbjuder en frystorkningskurs.
transkript
så, låt oss börja med att först förstå vad stegen för lyofilisering är och varför vi skulle göra dem. Grunden för lyofilisering är att vi behöver något lyofiliserat om vi förlänger hållbarheten, till exempel är den inte stabil i lösning. Lyofilisering gör att vi kan ta bort is eller vatten från en produkt utan att förstöra våra flyktiga molekyler. Inte nödvändigtvis flyktiga, men de som kan vara mottagliga för hög värme. Så placeras dessa produkter i en lyofiliserare, kyls och fryses, och sedan etableras ett vakuum för att avlägsna is som sublimering.
så kommer dessa steg att inkludera att först fylla flaskorna med lösning och sedan ta dessa flaskor och placera dem i en lyofiliserare och sedan kyla flaskorna ner till cirka -40 grader C. Det steget är fryssteget.
kyl flaskorna, låt dem frysa helt till -40, låt oss säga om två timmar. Och då kan vi initiera ett vakuum, det vakuumet kan vara runt, låt oss säga 100 millitorr, och sedan beroende på egenskaperna hos de i lösning, vilket betyder de termiska karakteristiska egenskaperna, kan vi kanske öka hylltemperaturen till någonstans runt -20 eller ännu högre, samtidigt som vi fortsätter att dra det vakuumet. Det steget är primärtorkning; det är där vi tar bort bulkisen.
när vi har tagit bort all bulkisen är det nu säkert att öka produktens temperatur. Det är säkert eftersom allt det frusna vattnet har tagits bort.
nu måste vi öka temperaturen på produkten för att driva bort det frusna vattnet. Detta avsnitt kallas sekundär torkning.
det finns också ett steg som kan användas under det första fryssteget—det steget kallas glödgning. Det är där om en produkt kan kristallisera, kan vi uppmuntra kristallisering genom att öka temperaturen på produkten och sedan låta den vila, utan att dra ett vakuum. Det steget är känt som glödgning. Den glödgningstiden tillåter tid för molekylär rörelse som kan uppmuntra kristallisering av en kristalliserande komponent, eller till och med uppmuntra tillväxt av iskristaller.
så vårt mål är då att fylla flaskor, och här är ett exempel på en fylld flaska, vårt mål är att efter frystorkning bibehålla samma höjd och volym av lösningen som fylldes. Som ett exempel på en frystorkad produkt, med ett acceptabelt utseende, är det vad vi hoppas göra. Vad vi hoppas att inte göra är att producera något liknande; detta är kollaps. Detta inträffar om vi till exempel inte förstår vår produkts termiska beteende och vi överskrider kritiska temperaturer under primärtorkning. Det är vad vi vill undvika.
något annat du kanske märkte är att, till skillnad från lösningsformuleringen, har denna formulering ett stopp som delvis sitter. Du kommer att se att detta stopp har en enda ventil. Den enda ventilen möjliggör utsläpp av vattenånga under processen.
innan vi går vidare, Låt oss först förstå lite om lyofiliseraren själv.
jag kommer att ta dig lite närmare lyofiliseraren, det här är en laboratorieskala lyofiliserare. Du kommer att se att den har en dörr med en annan kammare på framsidan, jag kommer att prata med dig om det om en minut. Inuti är detta produktkammaren. Det finns tre hyllor till en produktkammare-för att underlätta demonstration under denna session har jag höjt de två översta hyllorna så vi har gott om plats.
om vi tittar lite längre ner ser vi kondensorn. Kondensorn är där isen avlägsnas som vattenånga under sublimering det är instängd på dessa spolar i kondensorn. Dessa spolar hålls vid en temperatur runt -65 eller -70, någonstans runt där. Så, låt mig höja den här kameran lite.
Hur kommer den vattenångan till kammaren ner till kondensorn? Detta är en viktig sak att komma ihåg, inte alla lyofilisatorer skapas på samma sätt. Dessa lyofilisatorer har det som kallas ett spolstycke mellan produktkammaren och kondensorn. Det är som ett nät. Jag kommer att rotera dig runt till en annan lyofiliserare som jag har med sidopanelen borttagen. Det vi ser här ser vi lite, det här nackstycket här mellan kammaren och kondensorn. Det är spolstycket. Det är viktigt att komma ihåg eftersom vissa lyofilisatorer inte har en spolbit. De kan bara ha denna produktkammare, och precis bredvid den produktkammaren där hyllorna placeras är kondensorn, vilket betyder riktigt kalla spolar. Dessa spolar kan påverka temperaturen på din produkt. Det är varken bra eller dåligt, men det är något att vara medveten om när du utvecklar din process och överför den. Andra lyofilisatorer kan fortfarande inte ha en nacke, men bara den här väggen mellan kammaren och kondensorn, med en platta som höjer och faller beroende på processens steg.
något annat som vi behöver diskutera är hur kyler vi dessa flaskor? Var kommer denna kalla temperatur från?
dessa hyllor är ihåliga. De har en kylvätska, eller en värmeöverföringsvätska, som roterar och strömmar genom dem. Något annat som skiljer sig mellan olika lyofilisatorer är hur den vätskan flyter. På vissa hyllor strömmar det i ett serpentinmönster, upp och ner. Andra hyllor kommer att flöda i ett spiralmönster, det här är lite överdrivet, jag är hemsk på att rita, men det är en spiral.
varför bryr vi oss? Vi bryr oss eftersom det definitivt kommer att avgöra hur vår värme fördelas på hyllan. Varken en har en fördel eller nackdel, det är bara att vi måste vara medvetna om det eftersom det finns något som kallas kanteffekten på en hylla. När vi har en full hylla full av flaskor, kommer flaskorna på insidan av hyllan, den inre delen, att vara mycket svalare än de som ligger på kanten. Det som träder i kraft är väggtemperaturen, dörrtemperaturen, hur breda dessa kanaler är och hur väl de täcker hela hyllan. Det är något vi måste vara medvetna om.
när vi fyller flaskor fyller vi dem på en bricka, här är en manuell operation i vårt labb. Vi har flaskor fyllda på en bricka, alla proppar sitter delvis.
du kommer att märka en massa ledningar. Dessa ledningar leder till flaskor som är utrustade med termoelement, så att vi kan övervaka temperaturen på vår produkt under processen. Här är en flaska med ett termoelement placerat inuti det. Vad vi försöker göra, eftersom dessa termoelement är punktsensorer, försöker vi rikta in den punkten så nära vi kan i mitten av flaskan i mittbotten. Vi gör det för att när isen tas bort tas den bort från toppen ner. Botten kommer att bli den kallaste, och det kan ge oss ett mått på när vår primära torkcykel är klar. Det är inte det bästa sättet att mäta, men det är en möjlig mätning. Det är också ett sätt att bestämma hur nära vi är den felpunktstemperaturen för en produkt. Du kommer att märka att jag har ett termoelement placerat i framsidan, mitten och mitten. Olika människor placerar dem med olika metoder. Det kallaste området kommer att vara i mitten, kantområdena kommer att berätta hur varmt det kan vara— den varmaste temperaturen du kan uppleva under processen.
hur placerar vi dessa i lyofiliseraren? På en bricka har brickan en ring runt den, så vi placerar den i lyofiliseraren och skjuter den här övre delen framåt när vi trycker. Nu kommer botten av brickan och flaskorna direkt i kontakt med hyllan. Vi kan sedan ansluta termoelementen till de olika portarna. Detta gör att vi kan övervaka produkttemperaturen under hela processen.
det finns andra typer av termoelement som vi måste vara medvetna om, eller temperaturövervakningssystem. Vi kommer inte att gå in på alla detaljer här, men det finns RGD, det finns ett termoelement som vi placerar direkt i flaskan, då finns det också dessa trådlösa temperatursensorer. Den här råkar vara från Tempress och du kommer att se att den har en stor, inte riktigt så stor, men en glasbotten till den. Den botten innehåller en kristall som vibrerar. Och den vibrationen eller svängningen kommer direkt att översättas till temperaturen på vår produkt.
en anledning till att vi gillar dessa trådlösa sensorer är att de kan ångsteriliseras så att de kan användas i vår produktionsprocess och då har vi inte alla dessa ledningar. En utmaning med att placera termoelement i ett tillverkningsområde är att vi kan påverka sterilitetssäkringen negativt. I ett produktionsområde kan vi bara kunna testa eller övervaka flaskorna som ligger närmast dörrens framsida så att vi inte når över och påverkar sterilitetssäkringen negativt. Dessa trådlösa termoelement tillåter oss att placera flaskor och temperatursensorer längs linjen, de kan slumpmässigt placeras på en hel hylla.
när vi har anslutit dessa termoelement stänger vi dörren. Stäng dörren till kondensorkammaren och starta sedan vår process, kom ihåg att den första delen av den fryser, den primära torkningen och sekundärtorkningen.
saker vi övervakar under processen; primärtorkning. Primärtorkning vi vill bestämma när slutet av det är. Den änden bestäms av en, när vi helt tar bort Is från våra flaskor, och temperaturen på vår produkt liknar temperaturen på vår hylla. En annan metod, och förmodligen en mer pålitlig metod, säger jag mer pålitlig eftersom den här metoden representerar vad som händer över hela hyllan eller över hela hyllorna, och det är jämförande tryckmätning. Inom denna lyofiliserare finns en komprimeringsmanometer för mätning av börvärdestrycket, till exempel om vi det för 100 millitorr kommer det att visa när det är vid 100 millitorr. En annan mätning av tryck är motståndstryckmätning, känd som en pirani guage. Detta elektriska motstånd påverkas av nivån av vattenånga i kammaren. När vattenånga är hög är trycket som registreras av pirani-mätaren mycket högre än trycket som registreras av kompaktmätaren. Detta ger oss ett mått på när all vattenånga tas bort från vår produktkammare. Vid den tidpunkten kommer Pirani gauge-mätningen att bli mycket lik kompacitansmanometermätningen. Det säger oss att vi nu kan gå vidare till sekundär torkning.
det finns två små steg här som jag skulle vilja beröra. En är när vi tar bort vattenånga, vad mer går in i kammaren för att balansera det trycket? Kontinuerligt under hela denna process finns det en kväveblödning en liten mängd kväve i kammaren som ersätter vattenångan som har tagits bort. Det betyder att när dessa flaskor slutligen förseglas, förseglas de under en miljö av kväve.
nästa del som jag skulle vilja beröra är, vad är det här? Vad är den här lådan här? Det är något vi behöver veta under vår process. Det vill säga, Vad är den slutliga kvarvarande fukten i vår produkt? Vi börjar titta på det mot slutet av primärtorkningen och sedan i sekundärtorkningen eftersom vi vill kunna ta prov under de steg som representerar den höga restfuktigheten, mediet och det låga. Vi tar dessa prover, placerar dem på stabilitet och undersöker effekten av kvarvarande fukt. Det säger oss hur lågt vi behöver gå.
när vi väl vet vilken nivå av kvarvarande fukt vi behöver, behöver vi nu veta vid vilken hylltemperatur —hur länge behöver vi hålla den vid den hylltemperaturen för att nå vår önskade nivå av kvarvarande fukt. Vi gör allt detta genom att ta prover från kammaren. Vi vill göra det utan att helt bryta vakuumet. En metod att göra det är denna tjuvprovtagare. Denna tjuvprovtagare har en dörr på framsidan, vi kan försegla den på plats, och det finns en dörr på baksidan som går direkt in i kammaren. Vi kan dra ett vakuum på den här externa lådan tills vi kan öppna innerdörren. När vi gör det har vi nu tillgång till den inre delen av kammaren.
vi kan då nå den här armen, det kan vara svårt att se, men det finns en liten gripande enhet på armens ände. Vi kan nå in där, Dra ett prov, dra ut det, försegla det och sedan få ett prov fångat vid den punkten i processen som representerar viss kvarvarande fukt. Stäng den.
i slutet av processen är det ditt val nu om du vill försegla under vakuum eller inte. Tätning under vakuum innebär att vi ser till att det fortfarande finns ett vakuum där när vi komprimerar våra hyllor för att täta propparna. Så är propparna förseglade. Hyllor lyfts upp med en knapp tills flaskorna kommer i kontakt med hyllan ovan och de pressas för att täta propparna.
det finns ett annat objekt som jag skulle vilja beröra och det är vad som verkligen är drivkraften för att ta bort den vattenångan? Det är en vanlig missuppfattning att det är att vakuum drar ut flaskorna. Det är verkligen inte hur det fungerar. Det vi gör under primärtorkningen är att justera trycket i kammaren och hylltemperaturen för att få önskad produkttemperatur. Genom att göra det etablerar vi en tryckskillnad mellan det och kammaren, och även en temperaturskillnad. Den tryckskillnaden, isens ångtryck på kammaren är mycket lågt. Vi har ett mycket lågt kammartryck. Här har vi en mycket högre temperatur för att öka sublimeringshastigheten. När det inträffar finns det ingen tryckskillnad. Isens ångtryck är mycket högre här, så vi tar bort vattenånga och nu fastnar den vid det mycket låga tryckområdet, en låg temperatur, fångad där på kondensorns spolar.
det är din introduktion till lyofilisering och din introduktion till anatomin hos en lyofiliserare. Jag hoppas att du kommer att ansluta sig till oss för kort kurs workshop så att vi kan gå in mer i detalj.