Нет

Mar 09, 2024

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12010 (2022) Цитировать эту статью

1543 Доступа

3 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Мониторинг температуры продукта во время лиофилизации имеет решающее значение, особенно на этапе разработки процесса, поскольку конечный продукт может оказаться под угрозой, если температура его процесса превысит пороговое значение. Кроме того, мониторинг температуры продукта на месте дает возможность создать оптимизированный процесс лиофилизации с замкнутым контуром. Хотя обычные термопары могут отслеживать температуру продукта, они являются инвазивными, ограничиваются измерением в одной точке и могут существенно изменить поведение продукта в замораживании и высыхании в контролируемом флаконе. В результате этой работы была разработана новая методология, сочетающая в себе неинвазивный мониторинг температуры и комплексное моделирование. Это позволяет точно восстановить полный температурный профиль продукта внутри флакона во время процесса лиофилизации. Предлагаемая методология экспериментально проверена путем объединения данных, собранных датчиками по беспроводной сети, с передовыми мультифизическими симуляциями. Гибкий беспроводной многоточечный датчик температуры изготавливается с использованием технологий микропроизводства и крепится снаружи флакона, что позволяет точно определять температуру продукта.

Лиофилизация, или лиофилизация, — это широко используемый и хорошо зарекомендовавший себя процесс, разработанный для сохранения исходной структуры термочувствительных биологических и фармацевтических продуктов (например, антител, пептидов, вакцин) для более удобного долгосрочного хранения и транспортировки. . Сублимационная сушка включает удаление льда из замороженного продукта при низком давлении посредством процесса сублимации. Согласно отчету «Рынки и рынки» (https://perma.cc/Z34R-6WX2), ожидается, что к 2025 году мировой рынок сублимационной сушки достигнет 7,3 миллиарда долларов — с 4,9 миллиарда долларов в 2020 году — при совокупном годовом темпе роста. (CAGR) 8,2%. Как сообщается в1, около 50% новых инъекционных/инфузионных препаратов, одобренных Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) в последние годы, производились в форме стерильного порошка, требующего лиофилизации или аналогичной технологии сушки.

Обычно процесс сублимационной сушки делится на три стадии или стадии: замораживание, первичная сушка и вторичная сушка. На этапе замораживания раствор полностью замерзает. На этапе первичной сушки давление в камере снижается, а к материалу подается тепло для сублимации воды. На этом этапе большая часть воды сублимируется. Вторичная сушка направлена ​​на удаление связанной воды. На этом этапе температура полки повышается выше, чем на этапе первичной сушки, чтобы разорвать любые физико-химические взаимодействия между молекулами воды и замороженным материалом. Температура продукта не должна превышать пороговое значение на протяжении всего процесса, особенно на этапе первичной сушки. Это пороговое значение является характеристикой конкретного продукта, подвергаемого сублимационной сушке. Для аморфных продуктов это часто связано с температурой стеклования высушенного продукта. Если пороговая температура превышена, конечный высушенный продукт может разрушиться, что приведет к ухудшению его качества, например, к более высокому содержанию влаги, что приведет к более быстрому разложению, более длительному времени восстановления или неприемлемому внешнему виду.

Точный мониторинг состояния технологического процесса связан не только с пороговой температурой, но также необходим для уменьшения изменений процесса от машины к машине и от одного запуска к другому. Например, коэффициент теплопередачи флакона и результирующий температурный профиль чувствительны к различиям в разных сублимационных сушилках и пространственном распределении флаконов внутри данной сублимационной сушилки. Хотя такие различия могут быть менее существенными в экспериментах лабораторного масштаба, они могут вызвать значительные осложнения в машинах производственного уровня.

Введение миниатюрных тонкомерных термопар (ТП) в раствор, подлежащий сублимационной сушке, сегодня является стандартной отраслевой практикой2. В данной работе во флакон вводили ТЦ, влияющие на продукт во время сушки. Это связано с тем, что распределение тепла внутри изделия изменяется из-за относительно высокой теплопроводности металлических проводов термопар по сравнению с проводимостью стекла. Кроме того, когда ТК вступает в прямой контакт с высыхающим материалом, он действует как центр зародышеобразования, изменяя тем самым процесс зародышеобразования. Это может привести к другой структуре замороженного торта3,4,5. Действительно, Боска и др.6 отметили, что эффект незначителен для небольших датчиков; тем не менее, все же можно наблюдать различия в поведении при высыхании во флаконах с ТС и без них. Кроме того, следует отметить, что обычные термопары измеряют температуру только в определенных точках, которые не обязательно представляют весь объем продукта. Это приводит к правильному измерению температуры продукта только на этапе первичной сушки7. Кроме того, положение термопары внутри флакона сильно влияет на показания температуры. Демичела и др. отметили, что эксплуатационные ошибки в позиционировании термопар могут привести к нетривиальным погрешностям измерения температуры8. Несмотря на эти проблемы, обычные ТЦ обычно используются для оценки интересующих параметров, которые не могут быть измерены напрямую, таких как положение и температура движущегося фронта9,10.