PROCESNÍ ZAŘÍZENÍ
LYOFILIZACE PRO BIOTECHNOLOGII A FARMACII
PETRÁŠ D. Pragolab s.r.o., info.chem@pragolab.cz
V šestém vydání loňského Chemagazínu jsme se podívali na lyofilizaci z obecnějšího pohledu a nastínili jsme její možná uplatnění v řadě oborů [1]. V tomto článku bude naopak věnována zvýšená pozornost přínosů lyofilizace ve farmaceutických laboratořích a farmaceutických a biotechnologických výrobách. Připomeneme si ale také znovu základní princip lyofilizace, protože přestože je stále známější nejen u odborné veřejnosti, to, jak funguje a jaké má výhody, řadě potenciálních uživatelů uniká.
Přínosy lyofilizace Co je to tedy lyofilizace? Jde o techniku, která velmi šetrně zbavuje zpracovávaný materiál prakticky všech kapalných a mnohdy i jiných těkavých složek. V běžné praxi se velmi často jedná o vodu a z tohoto důvodu budeme uvádět v dalším textu jen vodu. Není bez důležitosti zmínit, že při vhodném nastavení procesních parametrů lyofilizace lze dokonce odstraňovat i krystalicky vázanou vodu. Hlavním fyzikálním činitelem při lyofilizaci je sublimace vody (i té krystalové) po předchozím zamražení. Sublimace je v moderním lyofili- zátoru často podpořena nejen působením hlubokého vakua, ale také IR zářením. IR záření je pak dodáváno přesně v takové míře, aby posloužilo pouze energii nutné ke skupenskému přechodu ledové fáze na fázi parní (sublimace) a zároveň nedošlo k ohřátí vzorku. Když se ohlédneme k velmi rozšířeným běžným technikám sušení, jako jsou třeba vakuové odparky a sušárny, tak u nich vidíme, že se voda odstraňuje přes nikoliv pevnou, ale kapalnou fázi. Zde se nelze vyhnout nutnosti použití podstatně vyšších teplot, které pak mohou vést k znehodnocení sušeného materiálu a v případě zejména biologických vzorků nelze ignorovat i destruktivní vliv překotné tvorby plynné fáze – par. Lyofilizace tyto nedostatky odstraňuje. Dalším zásadním přínosem lyofilizace je míra vysušení původního materiálu. Dnešní lyofilizátory dokáží odstranit více než 99,9 % veškeré původní vody a to i té krystalové. Za připomenutí výhod lyofilizace stojí i fakt, že díky zmrazenému stavu sušeného materiálu je celkově potlačena jeho případná chemická reaktivita, která by jej mohla znehodnotit. Samotná přítomnost vakua má ještě také klíčový vliv na to, že potlačuje např. oxidativní vlivy vzduš- ného kyslíku. Lyofilizované materiály si tedy ve velké míře zachovávají nejen své původních chemické složení, ale i svou strukturu a po přidání vhodného množství rozpouštědla (obvykle vody) získají svou původní morfologii (například buněčné materiály apod.). Lyofilizace tak šetří materiál nejen před chemickými, ale i před strukturními degradacemi. Dobře vysušený materiál je též také daleko méně náchylný k působení bakterií a prodlužuje se tak výrazně doba možné skladovatelnosti lyo- filizovaného materiálu. Základní princip lyofilizace v lyofilizátoru Lyofilizátor umožňující úspěšné provedení lyofilizace (v jakémkoliv měřítku) musí respektovat fázové stavy odstraňovaného rozpouštědla (vody). Na příkladu fázového digramu vody (obr. 1) je jasně patrné v jakých hodnotách teplot a tlaků je se možné pohybovat, aby nastala právě sublimace – tedy přechod mezi pevnou (led) a plynnou fází vody (rozpouštědla). Fázový digram vody (rozpouštědla) jednoznačně předurčuje tři zá- kladní lyofilizační kroky, které jsou schematicky vyznačeny písmeny A, B, C, D na obr. 1. Popis těchto tří lyofilizačních kroků (fází) je uveden v tab. 1. Je naprosto běžné, že dnešní lyofilizátory umožňují velmi precizně monitorovat tyto tři jednotlivé fáze lyozilizace s možností měnit fyzikální parametry zmíněných lyofilizačních kroků tak, aby se dosáhlo žádaného výsledku podle typu vzorku. Příklad takového záznamu lyofilizačního procesu (lyofilizátor společnosti CHRIST) je uveden na obr. 2.
Obr. 1: Fázový diagram vody.
Tab. 1: Tři základní fáze lyofilizace. Lyofilizační fáze Na fázovém digramu
Popis dějů
•
Postupné snížení teploty (min na –50 °C) Tvorba pevné fáze (ledu)
1. fáze: zmražení
z A do B
•
• Snížení tlaku (na desítky Pa) • Sublimace ledu – odstranění nevázané vody (>95% celkové vody) • Časově nejdelší krok (3/4 a více z celkové doby lyofilizace – hodiny až desítky hodin) • Zahřívání (nejčastěji pomocí IR) • další snížení tlaku (jednotky až desetiny Pa) – není vyznačeno v diagramu • Desorpce vázané (krystalové) vody • Odstranění >99,9 % celkové vody
2. fáze: sušení
z B do C
3. fáze: finální sušení
z C do D
Lyofilizace v biotechnologiích a farmacii Z informací uvedených výše nikoho nemůže překvapit, že právě bio- technologie a farmacie jsou obory, které se jak ve své laboratorní, tak i výrobní praxi dnes bez lyofilizace neobejdou. Nelze uvést všechny příklady již existujícího využití, ale alespoň některé: Vývoj a výroba biofarmak Biofarmacie dnes patří mezi klíčové a rychle se rozvíjející obory farma- ceutického průmyslu. Produktem biofarmacie jsou biofarmaka – léčivé
22
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIV (2024)
Made with FlippingBook - professional solution for displaying marketing and sales documents online