Mogu li jednostavne modifikacije fluidiziranog sloja ubrzati slaganje peleta?

Zašto nanošenje visokih doza supstrata na slojeve opterećuje Wursterove sustave.

Tijekom Wursterovog premazivanja, peleti kruže kroz vertikalni stupac za raspršivanje, gdje se otopina za premazivanje nanosi sloj po sloj. Kroz fluidizacijski protok zraka, čestice se kreću između zone raspršivanja i okolne zone sušenja.

Sa svakim sljedećim slojem koji se raspršuje i suši, isparavanje otapala postaje korak koji ograničava brzinu. Povećanje koncentracije premaza radi smanjenja opterećenja otapalom povećava viskoznost i rizik od začepljenja mlaznice.^{2, 3}, dok niže koncentracije povećavaju viškove i produžuju vrijeme sušenja.

Studije korištenjem PEPT-a i CFD-DEM-a pokazuju da čestice provode otprilike 12–29% vremena ciklusa u Wursterovoj cijevi.⁴Budući da ostatak ciklusa uključuje transport i prijenos topline/mase u zasebnoj zoni, ritam sušenja raspršivanjem je spor u odnosu na rotorske sustave. 

Kod tangencijalnog prskanja s rotorom, vlaženje i sušenje se više preklapaju.

Mnogi moderni fluidni slojevi dizajnirani za Wurster premaz također može primiti pričvršćivanje rotora, što omogućuje tangencijalno raspršivanje. Sustavi temeljeni na rotoru temeljno mijenjaju iskustvo čestica. Zbog uzlaznog strujanja zraka, centrifugiranja i gravitacije, čestice se kreću spiralnom ili užetastom putanjom oko komore.⁵.

Smicanje i sudari miješaju pelete i šire kapljice, tako da je veća površina izložena sušenju, a lokalizirano nakupljanje otapala je minimizirano.

Sve se pelete kreću istovremeno, za razliku od isprekidanog izlaganja u Wursterovoj koloni. Dakle, nanošenje slojeva, sušenje i miješanje odvijaju se istovremeno.

Varijable rotacijskog fluidiziranog sloja moraju djelovati sinkronizirano.

Brzina prskanja, tlak atomizacije i brzina rotora pretežno utječu na raspodjelu veličine čestica (PSD) i rast⁵Visoke brzine prskanja pri niskim tlakovima atomizacije proizvode veće, sporije isparavajuće kapljice, što rezultira većim aglomeratima i širim PSD-om.⁵Suprotno tome, finije kapljice iz višeg tlaka ravnomjernije se raspoređuju, sužavajući PSD.

Brzina rotora uvodi mehanički učinak ovisan o vlazi. Pri niskim brzinama prskanja, velike brzine razbijaju slabe, suhe aglomerate, održavajući veličinu čestica malom. Pri visokim brzinama prskanja, velike brzine poboljšavaju zbijanje i stabilnost mokrih, plastično deformabilnih čestica, povećavajući njihovu veličinu.⁵.

Implikacija je jasna: rotorski sustavi toleriraju visoke brzine taloženja, ali neovisno povećanje brzine rotora ili brzine prskanja može destabilizirati proces.

Nanošenje suhog praha prebacuje prskanje s nosača na ljepilo.

Čak i kod tangencijalnog raspršivanja s rotorom, isparavanje otapala i dalje određuje koliko agresivno se mogu povećati brzine nanošenja. Suho nanošenje praha mijenja to redefiniranjem uloge tekuće faze - od nosača do ljepila.

Istovremeno prskanje otopine veziva API prahom minimizira otopinu raspršenu po svakoj čestici i skraćuje vrijeme sušenja potrebno po ciklusu.

U usporedbi s tangencijalnim raspršivanjem otopina, nanošenje praha u slojevima može smanjiti upotrebu otapala (posebno vodenih) do 80% i skratiti vrijeme procesa za gotovo 50%.⁶.

To je pomoglo globalnom CDMO-u da skrati vrijeme procesa za 60%.

Nedavno je jedan od naših kupaca (CDMO koji opslužuje regulirana tržišta) razvijao Wursterov postupak za pripremu peleta za kapsule lansoprazola.

Kako bi se spriječilo začepljenje mlaznice, koncentracija spreja bila je ograničena na 25%. Međutim, niska koncentracija zahtijevala je puno otapala za istu količinu lijeka. Višak materijala bio je ograničen na 5% iznad teorijskih zahtjeva. Dakle, jednostavno korištenje više otopine nije dolazilo u obzir.

S procesnim inženjerima u ACG Laboratoriji, prešli su na nanošenje suhog praha pomoću rotora.

Rotor je umetnut u postojeći stroj, zajedno s nastavkom za doziranje praha. To je omogućilo brzo povećanje mase uz manje preinake i minimalna ulaganja.

Zajedno smo postigli:

• 60% skraćenje vremena procesa (s 12 na gotovo 5 sati)
• 70% smanjenje potrošnje otapala
• 100% smanjenje viška materijala (s 5% na 0%)
• 100% učinkovitost premazivanja peleta

Zaključak.

Wursterovi sustavi izvrsno se snalaze u nanošenju ujednačenih funkcionalnih filmova. Ali kada se cilj prebaci na nanošenje visokih doza slojeva na podlogu, proces postaje ograničen isparavanjem otapala i povremenom izloženošću prskanju, a ne samo postavkama stroja.

Tangencijalno raspršivanje pomoću rotora mijenja ponašanje čestica, omogućujući da vlaženje, miješanje i sušenje teku istodobno, a ne sekvencijalno. Nanošenje slojeva suhog praha ide korak dalje smanjenjem tekuće faze s nosača na ljepljivu ulogu, značajno smanjujući potrebu za otapalom i vrijeme procesa.

Usklađivanje mehanizma taloženja s ciljem utovara može ostvariti velike dobitke; ponekad samo uz manje modifikacije opreme.

Reference:

1. Suhrenbrock i dr. (2012.). Slaganje peleta u slojeve: razmatranja povećanja opsega korištenjem različitih vrsta opreme za obradu. Razvoj lijekova i industrijska farmacija, svezak 38, 2012. - broj 12. 
   https://www.tandfonline.com/doi/10.3109/03639045.2011.653815?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%200pubmed
2. Alkadhem i dr. (2025). Inženjering katalizatora na više skala: prošlost, sadašnjost i budućnost procesa proizvodnje i oblikovanja katalizatora. ChemCatChem 2025, 0, e01109.
   https://d-nb.info/1380103029/34
3. Mueller i dr. (2023). Evaluacija postupka raspršivanja s tri fluida mlaznicama za olakšavanje sušenja raspršivanjem hidrofilnih polimera za stvaranje amorfnih čvrstih disperzija. Farmaceutika 2023, 15(11), 2542.
   https://www.mdpi.com/1999-4923/15/11/2542
4. Li, Liang. (2015). Gibanje čestica, premazivanje i sušenje u Wursterovim fluidiziranim slojevima - Eksperimentalna studija modeliranja diskretnih elemenata. Odjel za kemiju i kemijsko inženjerstvo Sveučilišta Chalmers za tehnologiju.
   https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/224608/224608.pdf
5. Langner i dr. (2023). Statističko istraživanje procesa aglomeracije rotacijskog fluidiziranog sloja s tangencijalnim raspršivanjem i mjerenjem veličine čestica u liniji za PAT kontrolu procesa. Procesi 2023, 11(4), 1066.
   https://www.mdpi.com/2227-9717/11/4/1066
6. Foppoli i dr. (2020.). Evaluacija tehnika nanošenja praha u odnosu na tehnike nanošenja raspršivanjem u proizvodnji bubrećeg/erodibilnog pulsirajućeg sustava za isporuku. Drug Dev Ind Pharm kolovoz 2020.;46(8):1230-1237.
   https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32597251/