Sensoren Für mehr Qualität in die Lyophilisation

Redakteur: Anke Geipel-Kern

Neue batterie- und kabellose Sensortechnik läutet eine neue Ära der Sensortechnik ein – Die neuen Tempris-Sensoren überwachen bei der Lyophylisation individuell jedes Vial und zeichnen Temperaturprofile in Echtzeit auf. Temperaturmonitoring und Validierungsläufe werden damit zum Kinderspiel.

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Tempris besteht aus einem inerten Verpackungsmaterial, in dem ein Zentrierstern den Sensor mit Schwingquarz mittig hält, um eine konstante Positionierung zu ermöglichen. Unten befindet sich die Messspitze zur Erzeugung der Daten, die über eine flexible Antenne am oberen Ende versendet werden.
Tempris besteht aus einem inerten Verpackungsmaterial, in dem ein Zentrierstern den Sensor mit Schwingquarz mittig hält, um eine konstante Positionierung zu ermöglichen. Unten befindet sich die Messspitze zur Erzeugung der Daten, die über eine flexible Antenne am oberen Ende versendet werden.
(Bild: IQ Mobil Solutions)

Gefriertrocknung ist eine Standardtechnologie bei der Herstellung von Parenteralia, die u.a. auf präziser Temperaturführung beruht. Bisher eingesetzte Sensoren in der Gefriertrocknung ermöglichen zwar eine weitgehend präzise Temperaturmessung, zeigen aber hinsichtlich Handhabung und Prozesskontrolle Schwächen. Hersteller von gefriergetrockneten Präparaten riskieren deshalb auch in der Gegenwart immer noch den Verlust einzelner Produkte oder ganzer Chargen. Die Ursache ist fast immer die gleiche: Während der Primärtrocknung überschreitet die Produkttemperatur die kritische Formulierungstemperatur.

Pharmabetreiber testen deshalb das entwickelte Trocknungsprogramm mit Validierungsläufen und überprüfen kritische Punkte in der Anlage. Dabei werden Vials mit Wasser oder auch Placebos befüllt und in den Prozess eingeschleust – eine zeit- und kostenintensive Prozedur, die außerdem noch fehlerbehaftet ist.

Mit diesem Problem hat sich IQ Mobil Solutions beschäftigt und den Tempris-Sensor entwickelt, der seine Energie ausschließlich aus dem Funkfeld bezieht. Aufgrund dieser batterie- und kabellosen Sensortechnologie wird die Produkttemperatur während des Gefriertrocknungsprozesses in Echtzeit übertragen und liefert die zur Anlagensteuerung erforderlichen Daten. Von der amerikanischen Aufsichtsbehörde FDA (Food and Drug Administration) wird Tempris bereits als vollwertiges PAT-Tool (Process Analytical Technology) akzeptiert.

Sensor optimal platziert

Um direkt aus dem Produktionszyklus repräsentative Daten für ein stabiles Monitoring zu erhalten, begleiten mit Tempris-Sensoren bestückte Vials den Weg der Medikamente von der Abfüllung bis zur Entladung und werden erst zum Schluss von den restlichen Vials separiert. Die Sensoren eignen sich daher ideal für den Einsatz in einer GMP- und cGMP-gerechten vollautomatisierten Arbeitsumgebung, wie sie auch bei Gefriertrocknungsanlagen zu finden ist.

Dort können sie an kritischen Stellen positioniert werden und liefern die Daten für eine spätere Prozessoptimierung. Ihre System-Messgenauigkeit beträgt ±0,7 K innerhalb eines Temperaturbereichs von -60 °C bis +60 °C, womit sie präziser als herkömmliche manometrische Temperaturmessgeräte und Thermoelemente arbeiten.

Sensorik für typische Anwendungen

Tempris besteht aus einem inerten Verpackungsmaterial, in dem ein Zentrierstern den Sensor mittig hält, um eine konstante Positionierung zu ermöglichen. Unten befindet sich die Messspitze zur Erzeugung der Daten, die über eine flexible Antenne am oberen Ende versendet werden. „Um Sterilität zu gewährleisten, verwenden wir für Tempris medizinisch zugelassene Kunststoffe“, berichtet Anton Mangold, Geschäftsführer von IQ Mobil Solutions.

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„Die Quarzmessspitze wird außerdem vergoldet, um Korrosion und Kontamination zu vermeiden.“ Die Sensoren gibt es für alle typischen Primärpackmittel (Vial oder auch Doppelkammerspritzen), die typischerweise in der Gefriertrocknung verwendet werden. Sollte trotzdem eine kundenspezifische Verpackungsgröße nicht mit einem der Standardsensoren bedient werden können, bietet das Unternehmen dem Kunden eine individuelle Sensorlösung an. Somit ist Tempris universal in allen verschiedenartigen Lyophilisationsanlagen einsetzbar.

Und alles bliebt steril

Die Beschaffenheit der in Bayern entwickelten und hergestellten Sensoren ist einzigartig. Der dafür entwickelte Sensor misst nicht nur präzise, er speichert die für die Messung und Übertragung notwendige Energie im Quarz. Damit lässt sich der Sensor sehr klein und exakt nach den pharmazeutischen Anforderungen bauen.

Vor allem lassen sich die Sensoren steril in Abfüllanlagen einbringen und manuell oder per Roboter in Vials einbringen. Automatische Be- und Entladeprozesse bringen die Sensoren an die kritischen Positionen in die Prozessanlage. Prozesse lassen sich somit effizienter und sicherer steuern, kontrollieren und dokumentieren mit dem Ziel die Produktqualität zu optimieren.

Heiß oder kalt?

Um die Validierungsläufe durchzuführen werden Sensoren in den Gefriertrockner eingebracht. Bei momentan verwendeten kabelgebundenen Sensoren ist ein entscheidender Nachteil, dass sie nur nachträglich an Randpositionen eingeführt werden können. Diese Bereiche stellen aber keine repräsentativen Messstellen für das gesamte Fertigungslos dar. Die wichtigsten Positionen befinden sich vorwiegend in der Mitte der Stellfläche und in der Nähe des Kondensators. Allerdings ist dort eine Platzierung der kabelgeführten Sensoren unmöglich. „Es gibt in Gefriertrocknungsanlagen immer Bereiche, die wärmer sind als andere Zonen“, erklärt Anton Mangold. „Dort sublimieren die zu trocknenden Medikamente deutlich langsamer aus den Vials, was bei zu schnellem Trocknungslauf zu einem so genannten Meltback führt und das Medikament zerstört. Daher müssen die sogenannten Hot-and-Cold-Spots (HCS) identifiziert und mit Temperaturmessfühlern ausgestattet werden, um eine sichere und effiziente Primärtrocknung zu gewährleisten.“

Validierung ganz einfach

„Mit Tempris wird die Validierung von Gefriertrocknungsanlagen einfacher, schneller und präziser“, erläutert Mangold. „Bereits jetzt können während des Beladeprozesses 16 Sensoren automatisch in der Gefriertrocknungsanlage positioniert werden, um die kritischen HCS herauszufinden. In der nächsten Tempris-Generation wird dies sogar mit bis zu 100 Sensoren möglich sein. Dort werden die Sensoren in der Abfüllanlage durch einen Roboter gesetzt und der Sensor sowie dessen spätere Beladeposition durch die Software abgespeichert.“

Die Daten aus der Validierung werden anschließend durch eine spezielle Software ausgewertet. Damit können unterschiedliche Leistungsmerkmale einfach und bequem verglichen und ausgewertet werden. Mit der Einführung der kabel- und batterie­losen Tempris-Sensoren können die Daten der kritischen Stellflächenpositionen erstmals in Echtzeit gemessen, übertragen und bereitgestellt werden. Anwender profitieren jetzt von all den Informationen, die ihren Herstellungsprozess sicherer machen, einen Chargen-Ausfall minimieren und die Produktqualität verbessern.

Betreiber von Lyophilisationsanlagen können dank Tempris bereits jetzt ihr gewünschtes Produkttemperatur-Zeit-Profil einstellen und damit einen wertvollen Schritt in Richtung Pharma 4.0 machen. Aber auch Anlagenbauer, die auf der Suche nach innovativer Messtechnik für das Temperatur-Monitoring in ihren Gefriertrockungsanlagen sind, erhalten durch die Tempris-Technologie wertvolle Impulse.

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