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Analysieren Sie Ihre Arbeit im Bereich Forschung und Entwicklung

Spektroskopische Analyseinstrumente nutzen molekulare Schwingungen, um in Form von eines Spektrums Information zu liefern, mit der ein Material oder eine unbekannte Verbindung wie eine Verunreinigung oder ein Einschluss identifiziert werden kann. Die Nahinfrarotspektroskopie kann für die automatische Überwachung des Extrusionsprozesses verwendet werden.

Die Nahinfrarotspektroskopie hat für die pharmazeutische Produktion verschiedene weitere Vorteile. Die Raman-Spektroskopie hat außerdem den Vorteil, dass mittels mikroskopischer Probenahme und Bildgebung beispielsweise ganze Probentabletts abgebildet und auf ihre Komponentenverteilung oder auf Verunreinigungen hin untersucht werden können. Die Rheologie liefert wichtige Daten über das Flussverhalten während des Extrusionsprozesses, einschließlich Rückmeldungen über Schmelze und Durchfluss von Polymeren, die Wirkung von Additiven und die Analyse von Extrudaten.

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Empfohlene Analysegeräte

Antaris™ MX FT-NIR-Prozessanalysator

DXR™2xi Raman-Bildgebungsmikroskop

DXR™2 Raman-Mikroskop

Nahinfrarotspektroskopie

Nahinfrarotspektroskopie für die PAT-Überwachung

Bei der Wirkstoffherstellung mit Extrudern sind für die Formulierung einer großen Anzahl von Wirkstoffmolekülen besondere Voraussetzungen, wie z. B. eine genaue Scherrate und eine exakte Temperaturregelung, erforderlich. Zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit wird im Inneren des Extruders der Wirkstoff in seine amorphe Form und die molekulare Dispersion in eine glasige Lösung umgewandelt. Dabei ist eine genaue Kontrolle von Temperatur und Scherspannung erforderlich, damit die Wirkstoffmoleküle präzise von einer kristallinen Modifikation in eine andere kristalline Modifikation umgewandelt werden können. Die Verweilzeitverteilung des verarbeiteten Materials muss ebenfalls genau kontrolliert werden.

Das Verfahren läuft normalerweise in einem kontinuierlichen Modus ab, was eine hohe Flexibilität bei der angestrebten Produktgröße erlaubt. Durch den Einsatz der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) als prozessanalytisches Hilfsmittel (process analytical tool, PAT) können die Produktqualitätsmerkmale in Echtzeit überwacht werden, wodurch die angestrebte konstante Produktqualität sichergestellt wird.

Zur Gewährleistung der Produktqualität kann anstelle des herkömmlichen Prozessbetriebs das QBD-Konzept (quality by design, QBD) eingesetzt werden, bei dem der Vorgang in einem vorgegebenen Parameterfenster abläuft. Zu den Merkmalen gehören: 

  • Nahinfrarotüberwachung für PAT
  • Überwachung einer gleichförmigen Vermischung während des Prozesses
  • Überwachung des Feuchtegehaltes während des Prozesses
  • Überwachung und Steuerung der Compoundierung während des Prozesses
  • Konformität des Endproduktes
  • Vom Laborversuch bis zum Produktionsmaßstab skalierbar
 

NIRS-Extrudersonden

Das Spektralphotometer wird mit der Extruderscheibe über Faseroptiksonden verbunden, um eine kontinuierliche Prozessüberwachung mittels NIRS zu ermöglichen. Die robusten, ummantelten Faserleitungen verfügen über einen SMA-905-Steckverbinder nach Industriestandard. Der Sondenkörper aus Edelstahl ist leicht zu reinigen. Mehrere Schnittstellen stehen für NIRS-Messungen mittels diffuser Reflexion oder Transmission zur Verfügung.

Mit NIRS-Extrudersonden besteht die Möglichkeit einer einfachen kontinuierlichen Prozessüberwachung. Dadurch entfallen die Probenahme außerhalb des Produktionsprozesses sowie der Einsatz von Reagenzien und Einwegartikeln. Die chemischen und physikalischen Daten sind in Echtzeit und mit einem einzigen NIR-Spektrum verfügbar.

 

NIRS-Extrudersonden
Raman-Spektroskopie

Raman-Spektroskopie

Die Raman-Mikrospektroskopie ermöglicht eine exakte Bewertung der Komponentenverteilungen in compoundierten Wirkstoffformulierungen. Sie kann das Vorkommen verschiedener Komponenten und Verunreinigungen in unterschiedlichen Formulierungen erkennen und bestimmen sowie detaillierte Daten über die Molekularstruktur und die chemische Umgebung liefern. Mithilfe dieser Daten können auch kleinste Abweichungen in der Struktur und Orientierung der Moleküle erkannt werden. Polymorphe Bestandteile und Solvate können ebenso unterschieden werden wie die physikalischen Eigenschaften von Materialien wie Spannung oder Kristallisationsgrad.

 

Chemische Bildgebung mittels Raman-Spektroskopie

Die Einzelpunkt-Ramananalyse ist ein leistungsfähiges Hilfsmittel für die Untersuchung von Materialien, während die Raman-Bildgebung noch weitere Perspektiven bei der Probenbetrachtung eröffnet. Das Bildgebungsverfahren liefert Einblicke in die räumlichen Verteilungen der Komponenten und die Schwankungen der physikalischen Eigenschaften in der Gesamtprobe.

Pharmazeutische Formulierungen sind normalerweise komplexe Mischungen mit mehreren Komponenten. Die Komponenten durchlaufen vom Rohmaterial bis zum fertigen Produkt unterschiedliche Verarbeitungsschritte.

Raman-Spektroskopie

Die Raman-Bildgebung macht es möglich, bekannte Komponenten im Produkt zu erkennen und zu bestimmen sowie Unreinheiten und Verunreinigungen festzustellen. Manchmal ist es auch erforderlich, den molekularen Zustand der Komponenten zu überwachen, um sicherzustellen, dass während der Verarbeitungsschritte nichts Unvorhergesehenes geschehen ist.

Die Raman-Bildgebung macht es möglich, die räumliche Verteilung der Komponenten und bestimmte Faktoren wie Teilchengröße und Homogenität zu betrachten.

 

Rheologie

Rheologie

Die Optimierung der Prozessbedingungen in polymerbasierten Wirkstoffabgabesystemen, wie z. B. Schmelztemperatur und Flussverhalten, erfordert normalerweise die Untersuchung der Zusatzstoffe sowohl im Labor als auch an der Pilotanlage. Unter Verwendung eines Laborextruder zusammen mit rheologischen Geräten kann das Strömungsverhalten während der Extrusion überwacht werden. Die Wirkung verschiedener Modifikatoren und ihrer Konzentration auf die Eigenschaften der Schmelze können quantitativ gemessen werden. Nach dem Extrusionsverfahren kann das Polymermaterial zur weiteren rheologischen Charakterisierung gesammelt werden. 

Die gleichzeitige Rheometrie- und Polarisationsmikroskopie mittels eines Heißstufenmikroskops mit Heiz- und Kühlmöglichkeit ermöglicht die Untersuchung des Schmelzverhaltens von Kristallen im Heizlauf. Weiterhin kann geprüft werden, ob im Kühllauf eine Rekristallisation erfolgt, um daraus geeignete Verarbeitungsparameter für Compoundierung und Extrusion abzuleiten.

Diese kombinierte Methode ermöglicht die Untersuchung von reinen Polymeren, reinen APIs sowie deren Mischungen mit Weichmachern und Additive. Sie zeigt auch, ob während des Aufheizens eine amorphe feste Lösung oder eine kristalline Dispersion erreicht wird und ob diese während der Abkühlung und Lagerung stabil ist. Zusammen mit der Mikroskopie ermöglicht die Rheometrie die Bestimmung genau definierter Erhitzungs- und Abkühlraten. Damit steht dem Anwender ein hochleistungsfähiges Screening-Werkzeug zur Verfügung, das Untersuchungsergebnisse liefert, die bislang mit mehreren Methoden und unterschiedlichen Geräten gesammelt werden mussten.

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