Die pharmazeutische Industrie hat die Verarbeitungstechnologie der Kunststoffmischung übernommen, um ein einzigartiges pharmazeutisches Mischverfahren zu entwickeln. Im Gegenzug können wir viel von den Kreditnehmern lernen. Interessanterweise werden die Lernenden auf jeden Fall bisherige Technologien aus unterschiedlichen Perspektiven weiterentwickeln, was wiederum neue Inspirationen für die Lernenden bilden wird. Zum Beispiel:
1. Pharmazeutische TSE achtet stärker auf Vorschriften und Leitfäden, insbesondere auf die in pharmazeutischen Betrieben verwendete dynamische pharmazeutische Herstellungspraxis (cGMP), die die Herstellung stabiler, reproduzierbarer und effizienter machen kann. Im heutigen Streben nach intelligenter Fertigung sind diese normativen Maßnahmen sehr sinnvoll, da standardisierte Abläufe die Grundlage und Voraussetzung für Intelligenz sind.
2. Die Bevorzugung bestimmter Arten von TSE, wie beispielsweise die Bevorzugung von gegenläufigen, ineinandergreifenden Doppelschneckenextrudern, ist ein interessantes Phänomen, das einer Analyse bedarf.
3. Hervorzuheben ist die Betonung bestimmter Kunststoff-TSE-Technologien. Wenn wir beispielsweise die Funktion der Hungerbeschickung erneut untersuchen, können wir möglicherweise aus der PP-Verflüchtigung lernen und den Geruch reduzieren, und die Erfahrung mit der Vermeidung übermäßiger Scherung in der hinteren Beschickung des Verarbeitungsbereichs ist inspirierend für lichtstreuende Kunststoffe .
Die Doppelschneckenextrusion ist seit Jahrzehnten das Standardverfahren zur Kunststoffcompoundierung, hat sich aber erst in den letzten Jahren von der pharmazeutischen Industrie durchgesetzt. Hier ist, was Kunststoffcompounder von unserem kleinen Bruder, dem Arzneimittelhersteller, lernen können, um uns bei der Herstellung besserer und konsistenterer Produkte zu helfen.
Das System verwendet einen Doppelschneckenextruder zur Herstellung von Arzneimittelabgabeprodukten. Dieses Doppelschnecken-Extrusionsgranulationssystem verfügt über ein luftgekühltes Förderband und eine Inline-Dickenbestimmung, um Mikropartikel von etwa 0,8 mm für die Mikrokapselfüllung herzustellen.
Seit mehr als 50 Jahren ist die Doppelschneckenextrusion eine etablierte Technologie zur Herstellung von Kunststoffmischungen. Bevor Doppelschneckenextruder (TSE) akzeptiert wurden, waren Mischer und Einschneckenextruder oft die Compoundierausrüstung der Wahl für Compoundierer. Aber heute ist TSE aufgrund der stabilen Produktion vieler verschiedener Formulierungen auf demselben Extruder und seiner selbstreinigenden Eigenschaften die bevorzugte Wahl für das Compoundieren von Kunststoffen.
In den letzten Jahrzehnten hat sich auch die pharmazeutische Industrie Doppelschneckenextruder für die Herstellung einer Vielzahl von Arzneimitteln und multifunktionalen medizinischen Geräten zu eigen gemacht. TSE wird heute allgemein verwendet, um pharmazeutische Wirkstoffe zusammen mit Polymeren und Hilfsstoffen zu verbinden, wobei die Polymere und Hilfsstoffe als Linker dienen. Wie bei Masterbatch-Anwendungen wird TSE als kontinuierlicher Mischer verwendet, um qualitativ hochwertige, konsistente Darreichungsformen für die Arzneimittelabgabe herzustellen, darunter Tabletten, implantierbare Geräte, Wundversorgung und viele andere Produkte. Die Anwendungen reichen von Systemen mit kontrollierter Freisetzung bis hin zur Verbesserung der oralen Bioverfügbarkeit.
Es besteht kein Zweifel, dass Pharmaunternehmen die Vorteile von 100 Jahren TSE-Technologieentwicklung und Prozessoptimierung, einschließlich industrieller Errungenschaften und Forschungsergebnisse im Bereich Kunststoffe, geerntet haben. Aber jetzt ist es für Kunststoffunternehmen an der Zeit, in die Fußstapfen von Pharmaunternehmen zu treten und – zumindest teilweise – die dynamischen guten Herstellungspraktiken (cGMP) umzusetzen, die in pharmazeutischen Betrieben verwendet werden, um die Produktionseffizienz zu gewährleisten und bessere Produkte herzustellen .
Führende Entwicklungsaktivitäten in den späten 1980er und 1990er Jahren führten zu mehreren kommerziellen Medikamentenverabreichungskomponenten, die auf TSEs beruhen. Angetrieben von den Aktivitäten der FDA im Bereich Process Analytical Technology wurde der Einsatz von Doppelschneckenextrudern seitdem von der wirklichen Mehrheit der Weltklasse-Pharmaunternehmen akzeptiert.
In der Vergangenheit wurden die meisten Arzneimittelabgabeformulierungen durch Compoundierungsverfahren hergestellt. Die PAT-Aktivität der FDA aus dem Jahr 2004 bietet Arzneimittelherstellern einen Rahmen, um die Arzneimittelentwicklung, -herstellung und -qualitätssicherung durch Online-Überwachung zu leiten. Kurz gesagt, PAT-Aktivitäten ermutigen nachdrücklich dazu, neue Wirkstoffe durch kontinuierliche Verarbeitung mit Online-Überwachung von Schlüsselparametern zu entwickeln und herzustellen. Diese Datei könnte einfach von einem Extruderlieferanten geschrieben worden sein.
Doppelschneckenextruder verarbeiten Material in einem Kanal, der durch die Schnecke und die Zylinderwand benachbart verbunden ist, daher spricht man von einem Kleinserien-Durchlaufmischer. Der Motor bringt Energie in den Prozess ein und das Mischen erfolgt durch Drehen der Schnecke. Zu den Prozesssteuerungsparametern gehören die Schneckendrehzahl (U/min), die Zufuhrrate, die Temperatur entlang des Zylinders bis zur Düse und das Abgasvakuum. Zu den typischen Parametern, die für die Inline-Qualitätsmessung überwacht werden, gehören Schmelzedruck, Schmelzetemperatur, Motorstrom und Inline-IR-Sensoren. Speicherprogrammierbare Steuerungen (PLCs) und Touchscreen-Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) sind heute alltägliche Geräte im Vergleich zu den älteren isolierten Steuerungen und Instrumentenanzeigen.
Der grundsätzliche Aufbau einer TSE für Kunststoffe oder Pharmazeutika ist gleich. Das Mischprinzip und die Einheitsoperationssegmentierung sind im Wesentlichen gleich. TSE-Verarbeitungstechnologien, die sich in industriellen Verarbeitungsanlagen bewährt haben, können oft schnell in pharmazeutische Prozesse implementiert werden – die TSE-Verarbeitung ist eine definitive Voraussetzung.
TSE verwendet segmentierte Gewinde, die auf Schraubenwellen mit hohem Drehmoment montiert sind. Der Lauf ist auch modular aufgebaut und mit Innenbohrungen für die Laufkühlung integriert. Die segmentierte Schnecke und das Gehäuse, kombiniert mit den kontrollierten Pump- und Selbstreinigungseigenschaften der gleichläufigen Schnecken, ermöglichen eine Anpassung der Schnecken-/Zylinder-Geometrie an die Verarbeitungsaufgabe. Das gegenläufige, ineinandergreifende Doppelschneckenmuster wird auch für die Verarbeitung von PVC, Masterbatches und pharmazeutischen Compounding-Anwendungen verwendet.
Im Vergleich zu großvolumigen Kolbenmischern sind TSEs inhärente hochintensive Misch- und Kurzzeit-Stoffaustauscheigenschaften zwischen den Schnecken für effiziente Mischvorgänge förderlich. Eingeschlossene Luft, Feuchtigkeit und flüchtige Stoffe werden während des Extrusionsprozesses durch Vakuumabsaugung entfernt. Die relativ kurze Verweilzeit (1 Sekunde bis 2 Minuten) in der TSE ist für viele wärme- und scherempfindliche Materialien vorteilhaft, da die TSE so ausgelegt werden kann, dass sie hohen Temperaturen auf nur wenige Sekunden ausgesetzt wird.
TSE verwendet Hungerfütterung, und die Produktionsrate wird durch die Zuführung bestimmt, die Pellets, Flüssigkeiten, Pulver und Fasern in den Verarbeitungsbereich dosiert. Die TSE-Schneckendrehzahl hängt aufgrund der optimalen Mischeffizienz nicht von der Beschickungsrate ab. Wie Pigmente erfordern einige APIs (pharmazeutische Wirkstoffe) ein dispersives Mischen bei TSE, während andere von einem distributiven Mischen profitieren. Beispielsweise kann ein scherempfindlicher Wirkstoff oder Pigment am hinteren Ende des Verarbeitungsabschnitts zudosiert werden, um eine hohe Scherfestigkeit unter Schmelzbedingungen zu vermeiden.
Corotierendes TSE macht derzeit 90 Prozent des TSE aus, das zur Herstellung von Masterbatch-Produkten verwendet wird. Interessanterweise wird ein hoher Anteil gegenläufiger ineinandergreifender TSEs von pharmazeutischen Herstellern verwendet, vielleicht weil sie keine voreingestellte Präferenz für gleichläufige Doppelschnecken haben.
Ein Beispiel für einen kritischen Prozessparameter, der überwacht wird (je nachdem, ob es sich um eine Kunststoffmischung, ein Masterbatch oder eine Formulierung handelt), ist die spezifische Energie (SE), die als der Energieeintrag pro Masseneinheit des verarbeiteten Materials definiert ist. Wenn sich der SE plötzlich ändert, bedeutet dies, dass sich die Ausrüstung, die Prozessbedingungen oder die Rohstoffe geändert haben und das Endprodukt möglicherweise anders wird.
SE wird wie folgt berechnet:
KW (Echtzeit)=kW (Motorleistung) X Prozent Drehmoment XRPM (laufend) / maximales RPMX0.97 (Getriebewirkungsgrad)
So:
Spezifische Energie=kW (Echtzeit) / ((kg/h))
Einheit:
SE ist als kW pro kg/h gekennzeichnet
KW{{0}}Kilowatt (Motorleistung in kW=HPX0.746)
Prozent Drehmoment=Prozentsatz des maximal zulässigen Drehmomentverbrauchs
RPM=Drehzahl der Schraube/Minute
Es ist auch möglich, eine solide Box herzustellen, die die SE jedes Extrusionsprozesses überwacht und aufzeichnet, aber oft genug wird sie nicht überwacht, und es lohnt sich zu fragen, warum sie nicht überwacht wird.
Bei pharmazeutischen Anwendungen ähneln auch nachgelagerte Systeme Kunststoffen. Strang- und Düsenpellets werden für wasserlösliche pharmazeutische Produkte verwendet. Neben Wasser werden die Partikel auch auf dem Förderband geglüht oder an der Luft transportiert und gekühlt, um die Granulierung zu erleichtern. Kleinere Partikel können für die direkte Mikroverkapselungsfüllung verwendet werden, während größere Partikel im Allgemeinen gemahlen und zu Tabletten gepresst werden. Laminierte Systeme werden für subkutane und unlösliche Filmanwendungen verwendet. Schlauchsysteme erzeugen antimikrobielle Strukturen, während koextrudierte Stäbchen in Verhütungsmittel (z. B. Vaginalringe) integriert werden. Solche Anwendungen sind unendlich.
TSEs, die in einer cGMP-Umgebung verwendet werden, entsprechen im Allgemeinen FDA Teil 11 von Titel 21 des Code of Federal Regulations (CFR) on Electronic Records and Electronic Signatures, der die Standards festlegt, nach denen elektronische Aufzeichnungen ehrlich und zuverlässig sein sollten. In der Praxis verlangt Part 11 von Arzneimittelherstellern, dass sie Kontrollen, Audits und Systemvalidierungen von Software und Systemen implementieren, die an der Verarbeitung elektronischer Daten beteiligt sind. Die überwachten Parameter müssen verifiziert und regelmäßig kalibriert werden – eine gute Praxis für Extrusionsanlagen.
Es müssen Protokolle befolgt werden, um den Zugriff auf das System auf autorisierte Personen zu beschränken und um Betriebsüberprüfungen, Geräteüberprüfungen, die Kontrolle der Systemdokumentation und eine Vielzahl anderer Anleitungsdokumente durchzuführen. Die strikte Einhaltung von Methoden zum Kopieren und Aufbewahren von Aufzeichnungen ist Teil des Leitfadens.
Die Gerätequalifizierungsdokumentation im Zusammenhang mit der Installation in einer pharmazeutischen Umgebung muss aufwändiger sein als die eines typischen Kunststoffgeräts. Installationen in pharmazeutischer Qualität erfordern Monate Zeit und Arbeit, um die Installation und Inbetriebnahme von Geräten abzuschließen, was ein detailliertes projektspezifisches Dokumentationspaket (FAT), Installationsqualifizierung (IQ) und Betriebsqualifizierung (OQ) erfordert.
Es gibt auch cGMP-Richtlinien für die Reinigung von TSE-Systemen in pharmazeutischer Qualität. Beispielsweise müssen die Geräte in angemessenen Abständen gemäß dokumentierten Verfahren, die spezifisch und detailliert sind, gereinigt werden. Nach der Reinigung werden die Geräte bis zum Einsatz vor Verunreinigungen geschützt und unmittelbar vor dem Einsatz auf Sauberkeit überprüft. Aufzeichnungen und Geräteprotokolle aller Reinigungen und Inspektionen müssen geführt werden, und die Zeit zwischen Abschluss der Bearbeitung und Reinigung muss aufgezeichnet werden. Ein ähnliches Protokoll würde jedem Kunststoffverarbeitungsbetrieb zugutekommen.
Aufgrund der regulatorischen Anforderungen, die mit der Herstellung von Arzneimitteln einhergehen, erfordern alle Aspekte im Zusammenhang mit der TSE-Produktionseinheit einen strenger kontrollierten und dokumentierten Ansatz als die Standardaktivitäten der Kunststoffindustrie.
Unser Vorschlag ist hier nicht, dass die FDA-Richtlinien und -Vorschriften für pharmazeutische Produkte strikt auf die Herstellung von Kunststoffmischungen angewendet werden können, sondern dass es sinnvoll sein kann, die Aktivitäten von pharmazeutischen Herstellerunternehmen zu auditieren und diejenigen, die praktisch und nützlich sind, selektiv umzusetzen. Dinge, die dabei helfen, ein stabileres und wiederholbares Produkt herzustellen.
