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Tablettenherstellung Das Ende von Trial and Error in der Tablettierung

| Autor/ Redakteur: Sabine Goodwin, Dr. Oleh Baran, Dr. Kristian Debus / Anke Geipel-Kern

Wenn die neue Tablettenmischung auch beim zwanzigsten Tablettierversuch immer noch deckelt, heißt es Ruhe bewahren und das Versuchsdesign eben zum einundzwanzigsten Mal optimieren. Oder numerische Simulation verwenden. Die Methode spart Entwicklungszeit, Geld und Nerven.

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Abbildung 1: STAR-CCM+-Simulation mit DEM, die ein pharmazeutisches Puder zeigt, welches in einer Tablettenform verdichtet und verpresst wurden. Farbunterschiede weisen auf eine ungleichmäßige Kornverteilung hin.
Abbildung 1: STAR-CCM+-Simulation mit DEM, die ein pharmazeutisches Puder zeigt, welches in einer Tablettenform verdichtet und verpresst wurden. Farbunterschiede weisen auf eine ungleichmäßige Kornverteilung hin.
(Bilder: CD-Adapco)

Die Tablettierung (das Verpressen von Pulvern zu einzeldosierten festen Arzneiformen) und die Beschichtung von Tabletten sind zwei wichtige Schritte in der Tablettenherstellung, die letztlich das Gewicht, die Stärke, die Dichte, die Härte und den Überzug der finalen festen einzeldosierten Arzneiform bestimmen. Abweichungen bei selbst einer dieser Eigenschaften wirken sich nicht nur negativ auf das Freisetzungsprofil und die therapeutische Wirksamkeit des Medikaments aus, sondern verändern auch das Zerfalls- und Lösungsverhalten der Tablette, führen zu Mängeln am Produkt und verursachen Bruchverluste beim Verpacken von Bulkware und beim Transport.

Warum numerische Simulation?

Multiphysikalische numerische Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD) ist eine numerische Methode für die Berechnung des gekoppelten Verhaltens von Flüssigkeiten, Gasen und Partikelströmungen einschließlich Wärme- und Stoffübertragung. Die Methode ermöglicht die Bewertung eines Designs oder Verfahrens, noch bevor erste physikalische Tests vorgenommen werden. So verlangt die Entwicklung einer neuen Tablettenform oder eines neuen Überzugsmaterials zahlreiche kosten- und zeitaufwändige Experimente, um unerwartete Abweichungen zu vermeiden, unvorhersehbare Prozessparameter zu ermitteln und Scale-up-Probleme zu beheben.

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Bei der Untersuchung dieser Effekte durch Anwendung der numerischen Simulation lassen sich erhebliche Einsparungen bei Zeit, Material- und Entwicklungskosten erzielen. Außerdem bieten numerische Visualisierungstools umfassende und detaillierte Information, die aus experimentellen Untersuchungen nicht immer leicht erhältlich sind. Dies liefert nicht nur umfangreichere Einblicke und Details dazu, was innerhalb des Verfahrens abläuft, sondern macht auch Innovationen möglich.

Mit seiner automatisierten Technologie basierend auf polyedrischen Rechengittern und einem großen Angebot an physikalischen Modellen ist Star-CCM+ ein komplettes multidisziplinäres Simulations-Toolkit für die Pharmaindustrie. Eine Funktion in der Software, die besonders gut für die Simulation von Verfahren der Tablettenherstellung geeignet ist, ist die Modellierung mit diskreten Elementen (DEM = Discrete Element Modeling), die vollständig mit der numerischen Strömungssimulation gekoppelt und in derselben Softwareumgebung bereitgestellt wird.

Bei der Tablettierung und Beschichtung von Tabletten sind eine große Anzahl diskreter Partikel vorhanden, die miteinander sowie mit den sie umgebenden Fluiden interagieren. Beim DEM werden diese Wechselwirkungen und Kontaktkräfte der Modelle durch Kollisionen und Wärmeübertragung zwischen den Partikeln und Fluiden verfolgt. Die DEM-Funktion kann dichte Partikelströmungen mit mehr als einer Million Partikel in einem angemessenen Zeitraum berechnen und ist somit besonders praktisch für die Analyse realer Verfahren der Tablettenherstellung wie Abfüllen, Verpressen/Verdichten, Überziehen und Trocknen.

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