Liofilizzazione farmaceutica

l’importanza del monitoraggio

I blister e le bustine di medicinali che accompagnano la nostra quotidianità sono frutto di un processo affascinante noto col nome di liofilizzazione farmaceutica.

Ma perché la liofilizzazione è così importante nella produzione e nello stoccaggio dei medicinali? E quali parametri vanno tenuti costantemente monitorati durante la liofilizzazione di un farmaco? È quello che andremo a scoprire in questo articolo.

Cos’è la liofilizzazione

L’obiettivo del processo di liofilizzazione è eliminare l'acqua da un composto senza intaccare le sue proprietà chimico fisiche.

I prodotti liofilizzati, essendo completamente privi di molecole d’acqua, possono essere conservati per un tempo lunghissimo nelle corrette condizioni.

Con la liofilizzazione è possibile conservare non solo farmaci, ma anche plasma, batteri, proteine e tessuti biologici.

3 fasi della liofilizzazione

Nonostante la sconfinata varietà di applicazioni farmaceutiche, il prodotto da liofilizzare passa sempre attraverso 3 fasi:

Congelamento. Il prodotto viene portato a temperature molto basse, anche di diverse decine di gradi sotto lo zero, con pressione atmosferica ambientale (equivalente a circa 1000 millibar).

Diminuzione della pressione. Viene tolta aria all’interno del liofilizzatore, raggiungendo pressioni atmosferiche molto basse, nell’ordine di pochi millibar. A tale pressione l’acqua ghiacciata non passa allo stato liquido, ma sublima, diventando vapore acqueo che sarà espulso dal processo.

Asciugatura. La temperatura viene gradualmente aumentata, favorendo il processo di sublimazione delle ultime particelle d’acqua.

Processo di liofilizzazione: le grandezze fisiche da misurare

Durante la liofilizzazione, sono due i parametri in gioco.

1. Temperatura. La temperatura può essere monitorata tramite data logger in grado di misurare temperature molto al di sotto dello zero, come per esempio l'S-MicroW L Ultra Freeze.

2. Pressione. L’aria all’interno di un liofilizzatore farmaceutico viene eliminata quasi completamente. Di conseguenza, si può arrivare a pressioni nell’ordine di pochi millibar. Il miglior data logger in questi casi è senz’altro il Pirani Vacuum Logger, basato sull’ingegnoso Misuratore di Vuoto di Pirani.

Le basi fisiche del Pirani Vacuum Logger

Il Pirani Vacuum Logger dà la possibilità di misurare pressioni estremamente basse con una precisione elevatissima, nell’ordine del decimillesimo di bar.

Per capire come funziona il Pirani Vacuum Logger bisogna partire dal mondo dell’infinitamente piccolo.

La fisica del calore

Siamo abituati a pensare alle molecole come a degli oggetti statici concatenati tra loro. In realtà non sono mai ferme, ma vibrano. Il movimento delle molecole rilascia energia sotto forma di calore. Di conseguenza, più le molecole di un oggetto vibrano, più l’oggetto sarà caldo.

La vibrazione può essere trasmessa ad altre molecole tramite il contatto diretto. Così avviene lo scambio di calore. Si tratta dello stesso principio per cui una tazza riempita di the bollente aumenta la sua temperatura mentre la bevanda si raffredda.

Ed ecco il vuotometro di Pirani

All’interno del vuotometro di Pirani abbiamo un filo di metallo alimentato da una corrente che lo scalda. Le molecole dell’aria, più fredde, entrano a contatto con il filo.

Di conseguenza, le molecole d’aria acquisiscono un po’ della vibrazione, mentre il filo ne perde. Ciò significa che la temperatura dell’aria aumenta, mentre quella del filo diminuisce.

Più molecole d’aria ci sono, più avverranno contatti con le molecole del filo. Lo scambio di calore sarà dunque più rapido.

Se riduciamo il numero di molecole d’aria, avremo meno contatti tra queste e le molecole del filo. Quindi il filo ci metterà di più a cambiare la sua temperatura.

Se poi riuscissimo a togliere del tutto o quasi le molecole d’aria, non avverrebbero più scambi di calore, poiché il filo non troverebbe molecole a cui cedere la sua temperatura.

Fino ad ora il sistema è perfetto. Ma rimane irrisolto il problema iniziale…

Come si misura il vuoto?

Per rispondere a questa domanda torniamo al nostro filo alimentato da corrente elettrica. Ora che abbiamo tolto buona parte delle molecole d’aria, le molecole del filo non hanno più la possibilità di cedere calore, e quindi la temperatura del filo continua ad aumentare.

All’aumento della temperatura aumenta anche la resistenza elettrica. La chiave di svolta è proprio questa. Ma noi questo valore non possiamo misurarlo direttamente.

La resistenza si ricava applicando la formula della legge di Ohm, in cui

V=RI

La tensione è uguale al prodotto della resistenza per la corrente elettrica.

Possiamo facilmente misurare la tensione da un capo all’altro del filo. Inoltre, conosciamo già l’intensità della corrente elettrica che lo attraversa. Quindi il valore della resistenza elettrica è ricavabile applicando una semplice espressione algebrica.

Una volta che conosciamo la resistenza elettrica del filo, siamo in grado di calcolare in modo molto preciso la “quantità di vuoto” in cui è immerso il nostro filo.

I vantaggi del Pirani Vacuum Logger

È in grado di rilevare pressioni con una risoluzione altissima, impossibile da ottenere con gli altri sensori di pressione.

Può registrare anche in condizioni di vuoto estremo.

Resiste a oscillazioni di temperatura molto ampie: da 85°C a -60°C.

Richiede pochissima energia elettrica. Per questo le batterie hanno vita lunghissima.

Il nostro Pirani Vacuum Logger, inoltre, è dotato di un filetto ½ Gass per avvitarlo sull’autoclave.

Un caso di applicazione del Pirani Vacuum Logger per la liofilizzazione farmaceutica

Un nostro cliente attivo nel campo della validazione in campo farmaceutico aveva bisogno di ottenere dati molto precisi che indicassero la buona riuscita di tutto il processo.

Inizialmente, per convalidare gli armadi di liofilizzazione, ha installato i nostri logger S-MicroW L Ultra Freeze per misurare temperature criogeniche. Nonostante ciò, continuavano ad esserci dei punti critici nel processo.

Per poter indagare ulteriormente e comprendere dove fosse il problema e migliorare così il risultato finale del procedimento, abbiamo implementato nel sistema di monitoraggio alcuni Pirani Vacuum Logger in orchestrazione con i logger di temperatura dedicati agli ultra congelatori. Con le misurazioni ottenute, il cliente è stato in grado di ricalibrare il processo, ottenendo risultati molto precisi e affidabili dal processo di liofilizzazione.