DE102008017461A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen lyophilisierten Materials, bestehend aus annähernd gleich großen kugelförmigen Teilchen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen lyophilisierten Materials, bestehend aus annähernd gleich großen kugelförmigen Teilchen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines pulverförmigen lyophilisierten Materials, das aus kugelförmigen Partikeln mit enger Größenverteilung besteht und bei annähernd atmosphärischem Druck in einem geschlossenen System erzeugt wird. Das Material wird mittels eines Lösungsmittels unter Zusatz eines oder mehrerer löslicher strukturbildender Hilfsstoffe, wie z.B. Mannitol in eine flüssige Lösung überführt, die in Form annähernd gleich großer Tröpfchen durch Injektion in einen kalten Gasstrom eingefroren werden. Die gefrorenen Partikel werden anschließend unterhalb der Kollapstemperatur durch Suspension in einem aufwärtsgerichteten Gasstrom durch Sublimation getrocknet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines lyophilisierten Materials, bei welchem das Material zunächst mittels eines Lösungsmittels in eine flüssige Lösung überführt wird und nachfolgend diese Lösung lyophilisiert wird.
  • Die Gefriertrocknung oder Lyophilization ist beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie ein wichtiges Verfahren zur Stabilisierung von Stoffen und Zubereitungen, die in wässriger Lösung hydrolysiert oder auf andere Weise inaktiviert werden. In der Lebensmittelindustrie dient sie zur Haltbarmachung von wasserhaltigen Produkten, die ohne Kühlung längere Zeit gelagert werden sollen, z. B. Mahlzeiten für Raumflüge oder Expeditionen, sowie zur Herstellung hochwertiger wässriger Trockenextrakte.
  • Viele biotechnologisch hergestellte Stoffe, deren Bedeutung als Arzneimittel in Zukunft noch zunehmen wird, sind hydrolyseempfindlich. Deshalb ist zu erwarten, dass auch der Bedarf an Gefriertrocknungskapazität zunehmen wird.
  • Die Lyophilization oder Gefriertrocknung ist beispielsweise aus der EP 0 278 039 A , EP 0 343 569 B sowie WO 97/20181 bekannt. Bei dieser bekannten Technik wird das Material im Vakuum getrocknet, wobei flüssige Bestandteile, wie Wasser, ausgefroren und im gefrorenen Zustand verdampft werden. Bei typischen biologischen bzw. medizinischen Materialien ist neben der schonenden Behandlung ein weiteres Erfordernis die Sterilität während des Prozesses. Bei den bekannten Verfahren ist vor allem ein ineffizienter Wärmeübergang problematisch, Trocknungszyklen dauern typischer Weise 20 bis 40 Stunden.
  • Bei konventioneller Gefriertrocknung wird die Trocknungsgeschwindigkeit durch den langsamsten Schritt bestimmt, nämlich die Diffusion des Lösungsmittels durch den porösen Trockenkörper, der sich bei der Sublimation über dem Eis bildet. Dabei sind in der Regel gegen Ende des Prozesses einige Zentimeter durch Knudsen-Strömung zu überwinden, bei der die Diffusionsgeschwindigkeit von Lösungsmittelmolekülen in der Gasphase durch Kollisionen mit den Porenwänden herabgesetzt wird. Bei der bisher in der pharmazeutischen Industrie üblichen Trocknung in Vials steht nur die obere Zylinderfläche des Füllguts zur Sublimation zur Verfügung, während der Stofftransport durch den Mantel und die untere Fläche durch das undurchlässige Gefäß verhindert wird. Problematisch ist bei der Gefriertrocknung im Vakuum auch der Energieübergang von den beheizten Stellflächen an die Eisoberfläche, an der die Sublimation erfolgt. Der Wärmeübergang erfolgt im Wesentlichen durch Wärmeleitung im Gas bei reduziertem Druck. Durch das Teilvakuum wird zwar einerseits die mittlere freie Weglänge der Lösemittelmoleküle außerhalb des Trockenkörpers vergrößert und ihre Diffusionsgeschwindigkeit erhöht, gleichzeitig wird aber die Wärmeleitfähigkeit des Gases verringert, so dass der für die Sublimation erforderliche Wärmestrom zwischen Heizflächen und Eisoberfläche bei gegebener Temperaturdifferenz abnimmt. Auch die Regelcharakteristik des Systems wird nachteilig beeinflusst, weil es auf Änderungen der Heizflächentemperatur umso träger reagiert, je geringer der Restgasdruck ist.
  • In der US 7,007,406 B2 wird ein Verfahren zur Herstellung von pulverförmigen Lyophilisaten bei atmosphärischem Druck beschrieben, bei dem Tröpfchen in einen kalten Gasstrom gesprüht, dadurch eingefroren und anschließend auf einer Sammeloberfläche (collector) zu einem Pulver gefriergetrocknet werden.
  • Aus der DE 10 2004 005 660 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei welchen die aus dem zu lyophilisierenden Material und einem Lösungsmittel bestehende Lösung in ein sich in vertikaler Richtung erstreckendes und evakuiertes Einfrierrohr mittels eines Injektors injiziert wird, wobei sich an das untere Ende des Einfrierrohres ein Trockenraum anschließt, in welchem ein nach oben gerichteter Gasstrom, d. h. entgegen der Fallrichtung der injizierten Tröpfchen aufrechterhalten wird. Nach dem Einfrieren der Tröpfchen innerhalb des Einfrierrohes werden die Einspartikel in Teilmengen diskontinuierlich in einen Trockenraum ausgeschleust und mit einer entgegen gerichteten wärmeren Strömung eines Trockengases im Trockenraum verdünnt und erwärmt. Während der Primärtrocknung sedimentieren die Partikel langsam in der aufsteigenden turbulenzarmen Verdrängungsströmung des Trockengases, wobei die Temperatur des Trockengases unterhalb der Kollapstemperatur des Trockengutes liegt. Mit fortschreitender Trocknung verlieren die injizierten Tropfen oder Partikel zunehmend an Gewicht. Dadurch verschiebt sich das Gleichgewicht der an den Teilchen angreifenden Gravitations- und Reibungskräfte und die Partikel steigen allmählich innerhalb des aufwärts gerichteten Gasstromes des Trockengases auf, bis sie letztendlich am oberen Ende des Trockenraumes ausgetragen und ausgesondert werden können. Das Prinzip der atmosphärischen Trocknung wird insoweit mit dem der Windsichtung verknüpft. Bei der bekannten Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht, macht jedoch die Prozessführung erhebliche Schwierigkeiten und insbesondere ist eine kontinuierliche und damit rationelle Herstellung von Lyophilisaten in Form kleiner kugelförmiger Teilchen mit enger Größenverteilung, sogenannten Sphärolyophilisaten, nicht möglich.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines lyophilisierten Materials vorzuschlagen, welches die eingangs genannten Nachteile überwindet und eine kontinuierliche rationelle Herstellung von Sphärolyophilisaten mit enger Größenverteilung ermöglicht.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Lösung der gestellten Aufgabe ist Gegenstand des Patentanspruches 13.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht vor, den innerhalb des Einfrierrohres vorherrschenden und nach oben gerichteten, d. h. entgegen der Fallrichtung der injizierten Tröpfchen gerichteten Gasstrom des Trockengases in einem geschlossenen System zu führen, in dem das Trockengas am oberen Ende der Trockenkammer ausgetragen und über eine Rückführleitung erneut der Eintrittsöffnung der Trockenkammer zugeführt wird, wobei innerhalb der Rückführleitung ein Kondensator für die Abscheidung des im Trockengas enthaltene Lösungsmitteldampfes und für die Kühlung des Trockengases angeordnet ist.
  • Darüber hinaus ist in der Rückführleitung ein Strömungsteiler vorgesehen, mittels dessen ein Teilstrom des in der Rückführleitung zur Eintrittsöffnung der Trockenkammer führbaren Trockengases abzweigbar und einer Tiefkühleinrichtung zuführbar ist, in welcher der abgezweigte Teilstrom eine weitere Abkühlung erfährt. Die Tiefkühleinrichtung selbst ist über eine Speiseleitung mit dem Einfrierrohr verbunden, dergestalt, dass das Einfrierrohr mit dem abgezweigten Teilstrom des Trockengases aus der Tiefkühleinrichtung beaufschlagbar ist. Insofern wird der abgezweigte Teilstrom über das Einfrierrohr wieder der Trockenkammer zugeführt, so dass die Massenbilanz ausgeglichen ist und das gesamte Trockengas in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird. Dabei wird jedoch das Einfrierrohr permanent mit extrem gekühlten Gas beaufschlagt, was die hochpräzise Injektion und Lyophilisierung von Tröpfchen bzw. daraus erhaltenen Partikeln mit enger Größenverteilung, sogenannten Sphärolyophylisaten, in einem kontinuierlichen Prozess gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird somit die im Einfrierrohr abwärts, d. h. in vertikaler Fallrichtung der injizierten Tröpfchen gerichtete Strömung des kalten Einfriergases im unteren Bereich der Trockenkammer durch die entgegengesetzte aufwärts gerichtete Strömung des wärmeren Trockengases verdünnt und deren Richtung umgekehrt. Das gleiche gilt für die Bewegungsrichtung der im Einfrierrohr aus den injizierten Tröpfchen entstandenen gefrorenen Partikel. In einem geschlossenen Kreislauf wird das Trockengas am oberen Ende der Trockenkammer mit den getrockneten Partikeln ausgetragen und nach Abscheidung der Partikel, Trocknung und Temperierung der Trockenkammer an deren unterem Ende wieder zugeführt.
  • Im Sinne der Erfindung wird unter dem Begriff „Lösungsmittel” typischerweise Wasser verstanden, wobei jedoch auch andere Flüssigkeiten mit geeignetem Siedepunkt und geeigneten Löseeigenschaften in Betracht kommen.
  • Das als Trockengas in dem Trockenraum geführte Gas und das abgezweigte, in das Einfrierrohr geleitete Gas sind identisch zusammengesetzt, aber von unterschiedlicher Temperatur. Dabei handelt es sich typischerweise um Luft, aber auch andere Gase, wie z. B. Stickstoff, Helium oder Wasserstoff können hierfür verwendet werden.
  • Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren herstellbaren Sphärolyophilisate können vorteilhaft als Träger von Arzneistoffen, z. B. für pulmonale Applikation mit Durchmessern zwischen 5 bis 50 μm oder zur topischen Anwendung am Auge oder auf Schleimhäuten mit Durchmessern zwischen 100 und 250 μm eingesetzt werden. Dabei gewährleistet die enge Partikelgrößenverteilung eine vollständigere Kontrolle des Dispositionsmusters als sie bei Pulvern mit breiterer Partikelgrößenverteilung möglich ist, wie sie durch Mahlung oder Sprühtrocknung entstehen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Trockenkammer in Form eines annähernd rotationssymmetrischen, vertikal angeordneten Doppelkegels ausgebildet, d. h. die Trockenkammer erweitert sich inwendig ausgehend von der am unteren Ende derselben ausgebildeten Eintrittsöffnung kegelförmig und verjüngt sich anschließend zur am oberen Ende derselben angeordneten Antrittsöffnung kegelförmig.
  • Insofern werden die in das Einfrierrohr erfindungsgemäß injizierten Tröpfchen im entgegengesetzten und wärmeren Trockengasstrom innerhalb der Trockenkammer turbulenzarm verdünnt. Durch die Geometrie des sich kegelförmig erweiternden unteren Teils der Trockenkammer, dessen Querschnitt von unten nach oben zunächst zunimmt, entsteht in der Strömung des aufsteigenden Trockengases ein Geschwindigkeitsgradient, in dem die aus den injizierten Tröpfchen gebildeten gefrorenen Partikel unter dem Einfluss von Gravitation und Reibung mit dem Trockengas eine Gleichgewichtslage in Richtung der vertikalen Achse der vorzugsweise rotationssymmetrischen Trockenkammer einnehmen.
  • Die Geschwindigkeit des Trockengasstroms sowie die Größen der Tröpfchen werden so aufeinander abgestimmt, dass die weitgehend aus Eis bestehenden Partikel etwa im unteren Viertel der Trockenkammer stationär werden. Die Wandtemperatur des unteren Teils der Trockenkammer wird so eingestellt, dass sie zwischen der Eintrittstemperatur des Trockengases in die Trockenkammer und der Kollapstemperatur der Partikel liegt. Typische Werte für die Wandtemperatur der Trockenkammer in diesem unteren Bereich liegen zwischen 200 und 250 K.
  • Im Verlauf der Trocknung verschiebt sich das Gleichgewicht von Gravitations- und Reibungskräften ständig, weil die Masse der Partikel durch Sublimation des gefrorenen Lösungsmittels abnimmt, ohne dass sich die Abmessungen der Partikel wesentlich ändern. Deshalb verschiebt sich die Gleichgewichtslage der Teilchen in der divergenten Gasströmung im unteren Teil der Trockenkammer langsam nach oben. Die Geschwindigkeiten des Gasstroms im Einfrierrohr und des Trockengases in der Trockenkammer sowie die Geometrie der Trockenkammer sind so aufeinander abgestimmt, dass der Einfluss von Turbulenzen auf die Lageveränderung der Partikel im Verlauf der Trocknung eingeschränkt wird. Im oberen konvergent-konischen Teil der Trockenkammer werden die weitgehend getrockneten Teilchen beschleunigt, nachfolgend aus der Trockenkammer ausgetragen und in einen oder mehrere Feststoffseparatoren bekannter Bauart, z. B. Filter oder Zyklone, überführt. Daraus kann sodann das Trockengut periodisch durch eine Schleuse oder kontinuierlich z. B. durch eine Zellenradschleuse aus dem Prozess entfernt werden.
  • Nach Abtrennung der Feststoffpartikel, d. h. des Trockenguts, wird der größte Teil des vom Trockengas aufgenommenen Lösungsmittels an der typischer Weise auf eine Temperatur von 180 bis 220 K gekühlten zylindrischen Innenfläche des Hauptkondensators in Form von Eis abgeschieden.
  • Bei der Tiefkühleinrichtung handelt es sich bevorzugt um einen Tiefkühlkondensator, der beispielsweise mit einem flüssigen Kühlmittel gespeist werden kann.
  • Da das Trockengas beim Durchtritt durch den Kondensator und/oder den Tiefkühlkondensator eine erhebliche Abkühlung erfährt, in Folge dessen mitgeführter Lösemitteldampf an den Kondensatorwänden kondensiert und zu Eis gefriert, ist für den gewünschten kontinuierlichen Betrieb ein Austrag des sich niederschlagenden Eises notwendig. Erfindungsgemäß wird hierzu vorgesehen, dass der Kondensator und/oder der Tiefkühlkondensator eine mittels eines Antriebes drehbare Abstreifspirale zum Abstreifen von Kondensat von der rotationssymmetrischen, bevorzugt zylindrischen Innenwandung des Kondensators bzw. Tiefkühlkondensators aufweisen. Diese Abstreifspiralen können kontinuierlich oder diskontinuierlich bei Bedarf betätigt werden.
  • Um die im Trockengasstrom innerhalb der Trockenkammer sich bildenden und gemeinsam mit dem Trockengas aus der Trockenkammer ausgetragenen Partikel aus dem Gasstrom des Trockengases abzuscheiden, ist bevorzugt in der Rückführleitung ein Feststoffabscheider vorgesehen, der weiter bevorzugt zwischen der Trockenkammer und dem Kondensator angeordnet ist. Bei dem Feststoffabscheider kann es sich beispielsweise um einen Zyklon handeln, aus welchem die abgeschiedenen Partikel kontinuierlich oder diskontinuierlich bei Bedarf ausgetragen werden.
  • Ferner ist bevorzugt in der Rückführleitung eine Heizeinrichtung für den Gasstrom des Trockengases vorgesehen, um dass aus dem Kondensator herangeführte und abgekühlte Trockengas auf eine knapp oberhalb der Kollapstemperatur der auszubildenden Partikel liegende Temperatur vorzuwärmen, bevor das Trockengas in die Trockenkammer eintritt. Demzufolge ist die Heizeinrichtung bevorzugt vor der Eintrittsöffnung in die Trockenkammer angeordnet.
  • Um eine Umwälzung des Trockengases und insbesondere die Aufrechterhaltung des aufwärts gerichteten Gasstromes innerhalb der Trockenkammer zu gewährleisten, kann nach einem Vorschlag der Erfindung ein Gebläse innerhalb der Rückführleitung vorgesehen sein, das eine zwangsweise Förderung des Trockengases in der gewünschten Richtung bewirkt.
  • Alternativ kann ein kontinuierlicher Kreislauf des Trockengases einschließlich des abgezweigten Teilstromes allein durch die Dichtunterschiede des Gases erreicht werden, die durch die Erwärmung in der Trockenkammer und die Abkühlung im Kondensator bzw. Tiefkühlkondensator entstehen. Insofern kann auf ein Gebläse gegebenenfalls vollständig verzichtet werden.
  • Um den für die Prozesskontrolle zweckmäßigen Regelbereich der Strömungsgeschwindigkeit des Gases zu erweitern, wird jedoch vorgeschlagen, den Kreislauf des Gases durch mindestens ein Gebläse und eine optionale Zusatzheizung zu unterstützen, die z. B. stromaufwärts der Trockenkammer und zwischen dieser und dem Kondensator angeordnet werden können. Bei Bedarf kann der Volumenstrom durch eine Regeleinrichtung, z. B. eine Stauscheibe, herabgesetzt werden, die zwischen dem Gebläse und der Trockenkammer angeordnet ist.
  • Um eine gleichmäßige Trocknung der in den Trockenraum injizierten Partikel und eine möglichst lineare Geschwindigkeitsabnahme des aufsteigenden Trockengasstromes zu erreichen, welche für eine kontinuierliche und gleichmäßige Trocknung der sich bildenden Partikel notwendig ist, sind bevorzugt innerhalb der Trockenkammer, der Rückführleitung und des Einfrierrohres Strömungsgleichrichter für den Gasstrom vorgesehen, um die Bildung von turbulenten Wirbelströmen zu vermeiden. Derartige Strömungsgleichrichter können beispielsweise von handelsüblichen Aluminium-Wabenstrukturprofilen gebildet sein, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung „Aluminium-Honeycomb” handelsüblich erhältlich sind und für die Erstellung von Sandwichstrukturen verwendet werden. Derartige Materialien weisen hexagonale Zellen auf, die eine Durchgangsbohrung aufweisen und sich im Rahmen der Erfindung für die Linealisierung von Gasströmen, d. h. als Strömungsgleichrichter bewährt haben.
  • Es versteht sich, dass die Trockenkammer beispielsweise mittels außenseitiger Temperierelemente auf der Wandung temperierbar ausgestaltet sein kann, um das gewünschte Temperaturprofil einzustellen.
  • Zur Erzeugung der aus den injizierten Tröpfchen sich bildenden gefrorenen Partikel wird ein Teil des Gasstromes erfindungsgemäß vor dem Eintritt in die Trockenkammer durch einen einstellbaren Strömungsteiler abgetrennt und im Nebenstrom über die Abzweigleitung dem Tiefkühlkondensator zugeführt, in welchem die Temperatur des abgeteilten Nebenstroms soweit abgesenkt wird, wie es für das Einfrieren der Tröpfchen im Einfrierrohr erforderlich ist. Dieser abgezweigte Teilstrom des Trockengases, der üblicher Weise einen Anteil von etwa 1 bis 10% des Gesamtvolumenstroms entspricht, wird vor dem Eintritt in das Einfrierrohr bevorzugt auf eine Temperatur von 70 K bis 100 K abgekühlt. Im Tiefkühlkondensator wird ein weiterer Teil des im Trockengas noch vorhandenen Lösungsmittels kondensiert und mit Hilfe einer Abstreifspirale durch eine Schleuse aus dem System entfernt. Im Tiefkühlkondensator wird somit das Einfriergas stark abgekühlt und entsprechend nimmt auch seine Dichte zu. Insoweit kann zur Aufrechterhaltung des Gasstromes auf ein Gebläse verzichtet werden, wobei jedoch im Hinblick auf die Prozessstabilität und – steuerbarkeit der Einsatz eines Gebläses für die zwangsweise Förderung wünschenswert ist. Die Gebläseleistung kann dadurch reduziert werden, dass der Tiefkühlkondensator oberhalb der Trockenkammer angeordnet wird.
  • Das im Nebenstrom tiefgekühlte Einfriergas wird sodann dem Einfrierrohr zugeführt, wobei radiale und tangentiale Komponenten des Strömungsvektors durch einen Strömungsgleichrichter reduziert werden, bevor die Lösung in Form von Tröpfchen in den vertikal nach unten gerichteten Gasstrom innerhalb des Einfrierrohres injiziert wird.
  • Das im Rahmen der Erfindung ferner vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines lyophilisierten Materials beruht darauf, dass eine aus dem zu lyophilisierenden Material und einem Lösungsmittel bestehende Lösung hergestellt und dosiert in Form von Tröpfchen in ein Einfrierrohr vertikal nach unten gerichtet injiziert wird, die Tröpfchen durch Kontakt mit einem gekühlten Gas eingefroren werden und unter dem Einfluss der Schwerkraft in eine Trockenkammer gelangen, innerhalb derer sie mit einem aufwärts gerichteten Gasstrom des Trockengases beaufschlagt werden und Feuchtigkeit an den Gasstrom abgeben, wobei die Tröpfchen mit steigender Feuchtigkeitsabgabe in der Trockenkammer unter Bildung von Partikeln aufsteigen und am oberen Ende derselben gemeinsam mit dem Trockengas ausgetragen und nachfolgend vom Trockengas separiert werden und wobei das Trockengas nachfolgend unter Feuchtigkeitsentzug gekühlt und der Trockenkammer wieder zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass ein Teilstrom des Trockengases vor der Zuführung in die Trockenkammer abgezweigt und einer weiteren Kühlung unterzogen wird und anschließend dem Einfrierrohr zugeführt wird.
  • Der abgezweigte Teilstrom des Trockengases kann bevorzugt auf eine Temperatur von 170 K bis 100 K gekühlt werden.
  • Vor Abzweigung des Teilstromes weist das Trockengas bevorzugt eine Temperatur von 230 K bis 180 K auf, was auch der Temperatur des nicht abgezweigten Teilstromes des Trockengases entspricht, mit welchem dieser der Trockenkammer zugeführt wird.
  • Es kann allerdings im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass Trockengas vor dem Eintritt in die Trockenkammer auf eine Temperatur von 220 K bis 250 K zu erwärmen, wozu eine entsprechende Heizeinrichtung vorgesehen sein kann.
  • In jedem Falle ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine kontinuierliche Arbeitsweise, wobei weiterhin auf die Erzeugung eines Unterdrucks im Innern des Systems vollständig verzichtet werden kann, d. h. das System kann mindestens unter Atmosphärendruck betrieben werden. Es ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung aber auch möglich, einen leichten Überdruck von beispielsweise 100 hPa bis 500 hPa innerhalb des Systems vorzusehen, was zuverlässig dem Zutritt von Mikroorganismen von außen in das System verhindert und von daher die Sterilität der gewonnenen Materialien weitgehend sicherstellt. Alle inneren Oberflächen der Vorrichtung bestehen bevorzugt aus Materialien, die mit in der pharmazeutischen Technik bekannten Verfahren von lebenden Mikroorganismen befreit werden können.
  • Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Ein- und Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
  • 2: die Aufsicht auf einen Strömungsgleichrichter
  • 3: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
  • 4: einen schematischen Schnitt durch einen Injektorkopf.
  • Die 1 zeigt die schematische Anordnung der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Vorrichtung, bestehend aus einer Trockenkammer 3 in Form eines sich vertikal von unten nach oben erstreckenden und nach oben hin konisch erweiternden Gehäuses, an dessen oberen Ende ein Einfrierrohr 2 vorgesehen ist, welches sich ebenfalls vertikal erstreckt und mit seinem unteren Ende 21 in die Trockenkammer 3 hineinragt. Am oberen Ende des Einfrierrohres 2 ist ein Injektor 1 zur Injektion einer aus dem zu lyophilisierenden Material und einem Lösungsmittel bestehenden Lösung angeordnet.
  • Man erkennt ferner am unteren Ende 31 der Trockenkammer 3 eine Eintrittsöffnung 310 für einen Gasstrom, welcher gemäß Pfeilen G aufwärts gerichtet durch den Trockenraum 3 strömt. Am oberen Ende 30 der Trockenkammer 3 befindet sich eine Austrittsöffnung 300 für den Gasstrom, an den eine Rückführleitung anschließt, die global mit Bezugszeichen 9 bezeichnet ist, während die einzelnen Teilabschnitte der Rückführleitung 9 zwischen weiteren Vorrichtungsteilen mit 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 gekennzeichnet sind.
  • Entsprechend dieses Verlaufes schließt sich innerhalb der Rückführleitung 9 an die Austrittsöffnung 300 des Trockenraumes 3 ein Feststoffabscheider 4, nachfolgend ein Kondensator 5, ein Gebläse 6 sowie ein Strömungsteiler 90 und eine im Bereich der Eintrittsöffnung 310 für den Gasstrom vorgesehene Heizeinrichtung 7 an, durch welche der Gasstrom des Trockengases im Kreislauf geführt wird. Als Trockengas kann beispielsweise Luft verwendet werden.
  • Vom Strömungsteiler 90 geht eine Abzweigleitung 800 für einen abgezweigten Teilstrom des Trockengases über einen Tiefkühlkondensator 8 und eine Speiseleitung 801 in das Einfrierrohr 2 ab.
  • Entsprechend der Funktion der jeweiligen Bauteile werden die inneren Oberflächen der Hauptbaugruppen Trockenkammer 3, Kondensator 5 sowie Tiefkühlkondensator 8 unterschiedlich temperiert, um das Trockengas zu kühlen und dadurch ein rasches Einfrieren der aus dem Injektor 1 über das Trockenrohr 2 injizierten Tröpfchen sicherzustellen bzw. Lösemittel aus der Gasphase zu kondensieren bzw. um es zu erwärmen und dadurch seine Kapazität zur Aufnahme von Lösemittel und damit die Sublimationsgeschwindigkeit zu erhöhen.
  • Zu diesem Zweck ist die Trockenkammer 3 zumindest im unteren Wandbereich mit einem außenseitigen Temperierelement 32 ausgestattet, während der Kondensator 5 mit einem Kühlmantel 52 versehen ist und der Tiefkühlkondensator 8 mit einem Kühlmantel 82 versehen ist, der über ein Verbindungsrohr 88 mit einem Kühlmittelbehälter 87 für ein beispielsweise flüssiges Tiefkühlmittel verbunden ist. Innerhalb der Trockenkammer 3 sollte die Oberflächentemperatur bei etwa 230 K liegen, während innerhalb des Kondensators 5 die Oberflächentemperatur bei 180 K bis 230 K und innerhalb des Tiefkühlkondensators 8 die Oberflächentemperatur bei etwa 90 K bis 120 K liegen sollte.
  • Der Injektor 1 kann bei Bedarf soweit erwärmt werden, dass eine Vereisung verhindert wird. Ferner wird durch das Gebläse 6, welches das Trockengas aus dem Kondensator 5 absaugt und in die nachfolgenden Baugruppen drückt, die für den Kreislaufbetrieb des Trockengases erforderliche Druckdifferenz aufgebaut. In einer thermisch integrierten und gegen die Umgebung hochisolierten Anlage können darüber hinaus Temperaturgradienten energiesparend durch Wärmepumpen aufrechterhalten werden, wobei auch z. B. das Stirlingprinzip zur Erzeugung von Temperaturunterschieden genutzt werden kann.
  • Im Einfrierrohr 2 unterhalb des Injektors 1 liegt die Temperatur bei etwa 120 K bis 150 K, um eine rasche Abkühlung der aus dem Injektorrohr 10 injizierten Flüssigkeitströpfchen zu bewirken, die aus dem Injektorrohr 10 in Pfeilrichtung I vertikal nach unten gerichtet in etwa parallel zur Mittelachse M des Einfrierrohres 3 austreten und unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten fallen. Nebenbei bemerkt verschließt der Injektor 1 bei dieser Ausgestaltung mittels eines Deckels 11 das obere Ende des Einfrierrohres 2, während das untere, in die Trockenkammer 3 ragende Ende 21 des Einfrierrohres 2 unter aerodynamischen Gesichtspunkten mit einer abgerundeten und sich zum unteren Ende hin erweiternden konischen Wand versehen ist.
  • Als Injektor 1 kann beispielsweise eine piezoelektrisch betriebene Injektionsvorrichtung verwendet werden, wie sie z. B. aus der Tintenstrahldrucktechnik bekannt ist.
  • Die Porosität der nach der Injektion erhaltenen und durch Trocknung der Tröpfchen bildenden Partikel wird durch die Einfriergeschwindigkeit beeinflusst. Im oberen Teil der Trockenkammer 3 stellt sich während des Betriebs unterhalb des mit Bezugsziffer 301 gekennzeichneten und aus 2 ersichtlichen Strömungsgleichrichters aus einem Aluminium-Honeycomb-Material ein zeitlich konstantes rotationssymmetrisches Temperaturprofil in einem stationären Strömungsfeld ein. Unter dem Einfrierrohr 2 befindet sich in Umgebung der Mittelachse M zunächst ein annähernd konischer Bereich, dessen Durchmesser dem des Einfrierrohres 2 entspricht und nach unten hin abnimmt. In ihm ist die Strömung des kalten und deshalb dichteren Gases abwärts gerichtet. Im unteren und im peripheren oberen Teil der Trockenkammer 3 herrscht dagegen eine gemäß Pfeilen G aufwärtsgerichtete Strömung des Trockengases mit höherer Temperatur. Dort liegt das Temperaturniveau etwas unterhalb der Kollapstemperatur des Trockengutes, d. h. etwa bei 230 K bis 250 K. Dadurch wird eine schnelle Primärtrocknung erreicht.
  • Die Funktionsweise der aus 1 ersichtlichten Vorrichtung ist folgende: Die zu trocknende Lösung oder Dispersion wird hergestellt, gegebenenfalls auch unter Zusatz eines oder mehrerer strukturbildender Stoffe, z. B. Mannitol und gemäß Pfeil I aus dem Injektor 1 in das auf Einfriertemperatur gekühlte und mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,05 m/s bis 0,1 m/s rotationsfrei abwärts strömende und aus dem Tiefkühlkondensator 8 und der Speiseleitung 801 stammende tiefgekühlte Trockengas im Einfrierrohr 2 injiziert. Bei einem Rohrquerschnitt der Speiseleitung 801 von ca. 5 cm2 entsprechend 5 × 10-4 m2 entspricht das einem Volumenstrom von 0,025 l/s bzw. 0,05 l/s bzw. 0,09 bis 0,18 m3/h. Unter diesen Bedingungen frieren die injizierten Tröpfchen innerhalb von etwa 4 bis 6 Sekunden durch und gelangen als kugelförmige Eispartikel durch das Einfrierrohr 2 in die Trockenkammer 3. Die Tropfen haben jeweils zunächst eine Dichte von etwa 1.100 kg/m3, ihr Durchmesser liegt zwischen 5 und 200 μm.
  • In der Trockenkammer 3 treffen das durch das Einfrierrohr 2 eintretende kalte Gas und die darin befindlichen Eispartikel auf die gemäß Pfeilen G aufsteigende Strömung wärmeren Trockengases, dessen Temperatur unterhalb der Kollapstemperatur des Trockengutes liegt. Die Trockenkammer 3 hat die Form eines auf der Spitze stehenden Kegels, d. h. ausgehend von dem unteren Ende 31 zum oberen Ende 30 erweitert sich die Trockenkammer 3 konisch und das Trockengas tritt ausgehend vom Gebläse 6 über die Eintrittsöffnung 310 und die Heizung 7 mit Heizstab 70 mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 0,50 m/s in die Trockenkammer 3 ein. Durch die konisch erweiternde Form derselben entsteht in erster Näherung ein linearer Geschwindigkeitsgradient in der Gasströmung, in der die Partikel des Trockenguts je nach ihrem Trocknungsgrad verschiedene Gleichgewichtslagen einnehmen und schweben, weil ihr Durchmesser während der Trocknung weitgehend konstant bleibt, während ihre Dichte durch die Sublimation von Wasser abnimmt. Die Geschwindigkeit des Trockengases wird so eingestellt, dass sich für die Eispartikel im unteren Viertel der Trockenkammer 3 das Kräftegleichgewicht von Sedimentation und Strömung einstellt. Partikel mit einem Restwassergehalt von ca. 20% werden hingegen durch den widerstandsarmen Strömungsgleichrichter 301 am oberen Ende 30 der Trockenkammer ausgetragen und gelangen über den Rückführleitungsabschnitt 9.1 in den Feststoffabscheider 4.
  • Der am oberen Ende 30 der Trockenkammer 3 vorgesehene Strömungsgleichrichter 301 besteht ebenso wie der am unteren Ende 31 vorgesehene Strömungsgleichrichter 311 und auch der im oberen Bereich vor dem Ende des Injektionsrohres 10 vorgesehene Strömungsgleichrichter 22 im Einfrierrohr 2 aus Metall- oder Polymerwaben 301a, siehe 2, und verhindert eine Rückwirkung der Rotationsbewegung des Trockengases in den darauf folgenden Abschnitten der Trockenkammer 3 bzw. Einfrierrohr 2, wobei er aufgrund der Vielzahl von Durchbrüchen 301b zwischen den Waben 301a den Strömungswiderstand nicht nennenswert erhöht. Ferner verhindert der Strömungsgleichrichter 22 innerhalb des Einfrierrohres 2, dass Partikel bzw. Tröpfchen aus dem Injektor 1 in Folge der Zentrifugalkraft an die Wände der Trockenkammer 3 bzw. des Einfrierrohres 2 gedrückt werden.
  • Nachdem die solchermaßen ausgetragenen getrockneten Partikel mit dem Trockengasstrom über den Abschnitt 9.1 in den Feststoffabscheider 4 überführt worden sind, der beispielsweise als Zyklon ausgestaltet ist, in welchen der Gasstrom mit den Teilchen über die Eintrittsöffnung 40 eintritt, werden die getrockneten Partikel über eine Schleuse 42 in einem Auffangbehälter 43 gesammelt und aus diesem kontinuierlich oder diskontinuierlich bei Bedarf ausgetragen, während der von Partikeln befreite Trockengasstrom über die Austrittsöffnung 41 und den nachgeordneten Teilabschnitt 9.2 der Rückführleitung 9 weiter in den Kondensator 5 strömt.
  • Im Kondensator 5 wird der Wassergehalt des Trockengases durch Ausfrieren bei Temperaturen zwischen 230 K und 180 K herabgesetzt. Das sich aus dem Kondensat bildende Eis wird durch einen spiralförmigen Abstreifer 55, der von einem Motor 56 in Rotation versetzt wird, laufend oder in Intervallen von der zylindrischen Wand des Kondensators 5 in einen unter den Kondensator befindlichen gekühlten Auffangbehälter 54 befördert, der mittels einer Kondensatschleuse 53 vom Gaskreislauf getrennt und ohne Unterbrechung der Trocknung entleert werden kann.
  • Der Druck des regenerierten Trockengases wird nach dem Austritt aus dem Kondensator 5 über dessen Austrittsöffnung 51 durch ein Gebläse 6 erhöht, dem der Trockengasstrom ausgehend von der Austrittsöffnung 51 des Kondensators 5 über den Abschnitt 9.3 der Rückführleitung zugeführt wird. Von dort gelangt das Trockengas über den Abschnitt 9.4 zur Eintrittsöffnung 310 der Trockenkammer 3 zurück und wird dort mittels der Heizeinrichtung 7 auf die knapp oberhalb der Kollapstemperatur der auszufrierenden Partikel liegende Temperatur erwärmt.
  • Zuvor wird jedoch mit Hilfe des Strömungsteilers 90 aus dem Abschnitt 9.4 ein Teilstrom des Trockengases etwa im Verhältnis 90:10 bis 99:1 abgeteilt, wobei der größere Anteil in die Trockenkammer 3 gelangt und der kleinere Anteil über die Abzweigleitung 800 der Eintrittsöffnung 80 des Tiefkühlkondensators 8 zugeführt wird. In diesem Tiefkühlkondensator 8 wird diese Gasströmung nochmals weiter abgekühlt, was beispielsweise mit Hilfe eines im Vorratsbehälter 87 vorgehaltenen kryogenen Gases erfolgen kann, und zwar auf Temperaturen von etwa 170 K bis 100 K. Hierbei kondensiert weitere Feuchtigkeit als Eis an den Wänden des Tiefkühlkondensators 8 und wird in ähnlicher Weise wie am Kondensator 5 mittels der Abstreifspirale 85 und des Antriebes 86 über die Schleuse 83 in den Auffangbehälter 84 ausgetragen. Der solchermaßen nachgekühlte Teilgasstrom des Trockengases wird sodann am Ausgang 81 des Tiefkühlkondensators 8 über die Speiseleitung 801 dem Einfrierrohr 2 oberhalb des Strömungsgleichrichters 22 zugeführt und sorgt innerhalb des Einfrierrohres 2 dafür, dass die vom Injektor 1 erzeugten Tröpfchen innerhalb der kurzen verfügbaren Zeit und Fallstrecke innerhalb des Einfrierrohres 2 vollständig durchgefroren werden.
  • Die 3 zeigt eine im Vergleich zur 1 abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung, bei der gleiche Teile gleiche Bezugszeichen aufweisen und zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals gesondert erläutert werden, sofern dies nicht für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
  • Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Trockenkammer 3 aus zwei in vertikaler Ausrichtung aufeinander gefügten Elementen 3.1, 3.2, die der Trockenkammer 3 die Form eines annähernd rotationssymmetrischen vertikal angeordneten Doppelkegels verleihen. Ausgehend von der am unteren Ende der Trockenkammer 3 ausgebildeten Eintrittsöffnung 310 erweitert sich die inwendige Oberfläche der Trockenkammer 3 im Bereich des Elementes 3.1 konisch, d. h. der Innenquerschnitt nimmt kontinuierlich zu, während sich vertikal nach oben anschließend der Innenquerschnitt innerhalb des Elements 3.2 konisch in Richtung auf die Austrittsöffnung 300 am oberen Ende der Trockenkammer 3 verjüngt. Die Fügefläche zwischen den beiden Elementen 3.1, 3.2 liegt im Bereich des Einfrierrohres 2.
  • In die Rückführleitung 9 sind außerhalb des Abschnittes 9.1, welcher noch der Führung der Partikel dient, Federbälge z. B. aus Edelstahl eingebaut, um mechanische Spannungen zwischen den Baugruppen zu begrenzen und die Wärmeleitung zwischen den aufeinanderfolgenden Abschnitten mit unterschiedlichen Temperaturniveaus zu reduzieren.
  • Ferner erkennt man im Ausgestaltungsbeispiel gemäß 3 eine alternative Anordnung der Heizeinrichtung 7 mit dem in den Gasstrom hineinreichenden Heizstab 70, welche im Bereich des Abschnittes 9.3 der Rückführleitung 9 zwischen Gebläse 6 und Kondensator 5 angeordnet sind.
  • Stromabwärts des Gebläses 6 ist zur Regulierung des Volumenstromes eine geeignete Regeleinrichtung, z. B. eine Stauscheibe 60 im Abschnitt 9.4 angeordnet, und zwar vor dem Strömungsteiler 90.
  • Das durch Abkühlung getrocknete und der Trockenkammer 3 zugeführte Trockengas wird durch die Heizeinrichtung 7 bei Bedarf erwärmt und dessen Druck durch das Gebläse 6 so weit erhöht, dass am Eintritt in die Trockenkammer 3 eine Temperatur erreicht wird, die mit einem gewissen Sicherheitsabstand unterhalb der Kollapstemperatur der Partikel liegt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Trockengases dort so hoch ist, dass die Sinkgeschwindigkeit der gefrorenen Partikel im aufwärts gerichteten Gasstrom G in einem gewissen Abstand vom unteren Ende 31 der Trockenkammer 3 gegen Null geht. Bei einem Partikeldurchmesser von 200 μm und einer Partikeldichte von 1 mg/μl liegt diese Geschwindigkeit bei etwa 0,8 m/s. Bei Bedarf kann die Strömungsgeschwindigkeit des Trockengases durch die vorgeschaltete Stauscheibe 60 wieder herabgesetzt werden, wobei zweckmäßiger Weise Wirbel in der Gasströmung vor dem Eintritt in die Trockenkammer 3 durch den Strömungsgleichrichter 311 unterdrückt werden.
  • Vor oder wie im Beispiel gemäß 3 hinter der Stauscheibe 60 ist der Strömungsteiler 90 angeordnet und teilt einen Teil des Trockengasstromes ab, um diesen Teilstrom über die Abzweigleitung 800 dem Tiefkühlkondensator 8 zuzuführen. Der Volumenstrom des abgezweigten Gasstromes innerhalb der Abzweigleitung 800 kann beispielsweise über den Kugelhahn 91 geregelt werden.
  • Das Verhältnis der Volumenströme in der Trockenkammer 3 und der Abzweigleitung 800 beträgt beispielsweise 90/10 bis 99/1.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß der 3 ist der Tiefkühlkondensator 3 mitsamt seiner Speiseleitung 801 für das tiefgekühlte und dem Einfrierrohr 2 zuzuführende Gas oberhalb des Einfrierrohres 2 angeordnet.
  • In der 4 ist in einem schematisierten Schnitt der in den vorangehenden Ausführungsbeispielen zum Einsatz kommende Injektor näher erläutert. Man erkennt im unteren Bereich das Einfrierrohr 2, in welchem der Injektor 1 angeordnet ist. Der Injektor 1 weist einen Injektionskopf 104 auf, der beispielsweise aus der Tintenstrahldrucktechnik bekannt ist und piezoelektrisch betrieben wird, so dass monodisperse Tröpfchen gemäß Pfeil I vertikal nach unten in das Einfrierrohr 2 injiziert werden können.
  • Die hierfür notwendige Energie bezieht der Injektor 1 über eine Zuführleitung 101, während die zu injizierende Flüssigkeit, d. h. das in der flüssigen Lösung gelöste Material über eine Leitung 100 zugeführt werden. Die darüber hinaus noch erkennbare weitere Leitung 102 kann z. B. zur Zuführung eines Heiz- oder Kühlmediums dienen, um z. B. ein Einfrieren des Injektionskopfes 104 zu verhindern.
  • Außenseitig ist der Injektor 1 mit isolierendem Material 103 umgeben und oberhalb des Injektorkopfes 104 mündet die Speiseleitung 801 für das aus der Tiefkühleinrichtung zugeführte tiefgekühlte Gas in das Einfrierrohr 2 ein und wird dort vertikal nach unten umgelenkt. Ein Strömungsgleichrichter 22 aus Aluminium-Honeycomb-Material beseitigt eventuelle Turbulenzen innerhalb der Gasströmung.
  • Aus der vorangehenden Schilderung wird deutlich, dass die Vorrichtung und das zugrundeliegende Verfahren kontinuierlich betrieben werden können, wobei die gewünschten Partikel und das als Nebenprodukt anfallende Kondensat periodisch oder kontinuierlich aus dem Feststoffabscheider abgeführt werden können. Die Temperaturen sind in weiten Grenzen kontrollierbar, da der Tiefkühlkondensator 8, der Kondensator 5, die Heizung 7 und die Wandung der Trockenkammer 3 unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer Temperatur regelbar sind. Die Geschwindigkeit der Gasströme in den verschiedenen Abschnitten können über die Temperaturniveaus in den Kondensatoren 5,8 die Leistung des Gebläses 6, der Stauscheibe 60 und den Kegelhahn 91 kontrolliert werden. Da die Tröpfchen bzw. Partikel des erzeugten Materials sehr klein sind, reagiert der Prozess auf veränderte Stellgrößen mit vernachlässigbar kurzer Verzögerung und insofern ist eine flexible und präzise Regelung und damit der Erhalt von Sphärolyophilisaten mit geringer Größenverteilung gewährleistet.
  • Der Austrag des Trockengasstromes und der getrockneten Partikel erfolgt über die auf der Mittelachse der Trockenkammer 3 liegende Austrittsöffnung 300, wodurch negative Effekte durch Umlenken der Gasströmung vermieden werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren ist es möglich, pulverförmige Partikel, die aus kleinen kugelförmigen, hochporösen Teilchen niedriger Dichte mit enger Größenverteilung bestehen, in einer kontinuierlichen und damit wirtschaftlichen Weise herzustellen, die sich besonders für die Applikation von Arzneimitteln über die Atemwege eignen. Dabei werden biotechnologisch hergestellte Arzneistoffe wie Peptide oder Proteine sowie RNA und DNA dem enzymatischen Abbau entzogen, der ihre perorale Resorption ausschließt und bisher meist eine parenterale Applikation erforderlich machte. Auch das Problem der Hydrolyse und Inaktivierung in wässriger Lösung wird durch Lagerungen in fast wasserfreier Form und Rekonstitution unmittelbar vor der Anwendung gelöst. Bei der Entwicklung von Darreichungsformen für diese Wirkstoffklasse wird der pulmonaren Applikation von führenden Fachleuten eine große Bedeutung beigemessen. Durch Einstellung des Durchmessers der annähernd monodispersen Partikel, ihrer Masse und Dichte, der Porosität und der Oberflächeneigenschaften kann die Sorption von Wasser und damit das aerodynamische Verhalten der Partikel in den feuchtigkeitsgesättigten Atemwegen sowie ihre Adhäsion an den Wänden der Bronchiolen und Alveolen vollständiger kontrolliert werden als bei konventionellen Pulveraerosolen. Vor allem wegen der engen Teilchengrößenverteilung kann von daher ein besser reproduzierbares Depositionsmuster erreicht werden als bei sprühgetrockneten oder sprühgefriergetrockneten Pulvern.
  • Alternativ können Sphärolyophilisate auch topisch, z. B. am Auge oder auf den Nasenschleimhäuten, bukkal oder gingival appliziert oder auch intraoperativ gezielt angewendet werden, z. B. in der Neurochirurgie. Für ophthalmologische Trägerlyophilisate (OLCS, ophthalmological lyophilisate carrier systems) wurde gezeigt, dass die Bioverfügbarkeit von Fluorescein um den Faktor 10 gegenüber konventionellen Augentropfen gesteigert werden konnte. Das gleiche ist für Sphärolyophilisate ähnlicher Zusammensetzung, die nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren hergestellt werden in der gleichen Anwendung zu erwarten, die zudem noch leichter handhabbar sind. Angesichts des hohen Standes der Technik zur aseptischen Abfüllung von Pulvern können Sphärolyophilisate selbstverständlich auch für konventionelle parenterale Darreichungsformen verwendet werden, z. B. in Ampullen, Vials oder Einmalspritzen zur Rekonstitution. Schließlich können sie in Hartgelatine-Steckkapseln oder Sachets dispensiert und damit zu peroralen Arzneiformen mit hoher Freisetzungsgeschwindigkeit weiterverarbeitet werden. Bei diesen Anwendungen ist das gute Fließverhalten von Haufwerken vorteilhaft, die aus kugelförmigen Partikeln gleicher Größe bestehen, was für hochporöse Partikel mit Durchmessern um 0,2 mm ungewöhnlich ist, jedoch erfindungsgemäß erreicht wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0278039 A [0004]
    • - EP 0343569 B [0004]
    • - WO 97/20181 [0004]
    • - US 7007406 B2 [0006]
    • - DE 102004005660 A1 [0007]

Claims (19)

  1. Vorrichtung zur Herstellung eines lyophilisierten Material, umfassend – ein sich in vertikaler Richtung erstreckendes Einfrierrohr (2), an dessen oberem Ende ein Injektor (1) zum dosierten Injizieren einer aus dem zu lyophilisierenden Material und einem Lösungsmittel gebildeten flüssigen Lösung in Tröpfchenform in das Einfrierrohr (1) angeordnet ist, – eine sich an das untere Ende des Einfrierrohres (2) anschließende Trockenkammer (3) mit einer am unteren Ende derselben ausgebildeten Eintrittsöffnung (310) für einen nach oben gerichteten Gasstrom eines Trockengases und einer am oberen Ende der Trockenkammer (3) ausgebildeten Austrittsöffnung (300) für den Gasstrom, die über eine Rückführleitung (9) mit der Eintrittsöffnung (310) verbunden ist und – einen in der Rückführleitung (9) angeordneten Kondensator (5) für im Trockengas enthaltenen Lösungsmitteldampf, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (9) einen Strömungsteiler (90) aufweist, mittels dessen ein Teilstrom des in der Rückführleitung (9) zur Eintrittsöffnung (310) der Trockenkammer (3) führbaren Trockengases abzweigbar und einer Tiefkühleinrichtung zuführbar ist und die Tiefkühleinrichtung über eine Speiseleitung (801) mit dem Einfrierrohr (2) verbunden ist, dergestalt, dass das Einfrierrohr (2) mit dem abgezweigten Teilstrom des Trockengases aus der Tiefkühleinrichtung beaufschlagbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenkammer (3) sich in ihrem Querschnitt ausgehend von der am unteren Ende derselben ausgebildeten Eintrittsöffnung (310) kegelförmig erweitert und anschließend zur am oberen Ende derselben ausgebildeten Austrittsöffnung (300) sich kegelförmig verjüngt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefkühleinrichtung von einem Tiefkühlkondensator (8) gebildet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (5) und/oder der Tiefkühlkondensator (8) eine mittels eines Antriebes (56, 86) drehbare Abstreifspirale (55, 85) zum Abstreifen von Kondensat von der Innenwandung des Kondensators (5) bzw. des Tiefkühlkondensators (8) aufweisen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (9) ein Feststoffabscheider (4) zur Abscheidung des lyophilisierten Materials aus dem Gasstrom des Trockengases vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffabscheider (4) zwischen der Trockenkammer (3) und dem Kondensator (5) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (9) eine Heizeinrichtung (7) für den Gasstrom des Trockengases vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (9) ein Gebläse (6) zur Förderung des Gasstromes des Trockengases angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenkammer (3) sich ausgehend von der am unteren Ende desselben ausgebildeten Eintrittsöffnung (310) nach oben konisch erweitert.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Trockenkammer (3) und/oder innerhalb des Einfrierrohres (2) Strömungsgleichrichter (301, 311, 22) für den Gasstrom vorgesehen sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgleichrichter (301, 311, 22) von Wabenprofilen gebildet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenkammer (3) temperierbar ist.
  13. Verfahren zur Herstellung eines lyophilisierten Materials, bei welchem eine aus dem zu lyophilisierenden Material und einem Lösungsmittel bestehende Lösung hergestellt und dosiert in Form von Tröpfchen in ein Einfrierrohr (2) vertikal nach unten gerichtet injiziert wird, die Tröpfchen durch Kontakt mit einem gekühlten Gas eingefroren werden und unter dem Einfluss der Schwerkraft in eine Trockenkammer (3) gelangen, innerhalb deren sie mit einem aufwärts gerichteten Gasstrom eines Trockengases beaufschlagt werde und Feuchtigkeit an den Gasstrom abgeben, wobei die Tröpfchen mit steigender Feuchtigkeitsabgabe in der Trockenkammer (3) aufsteigen und am oberen Ende desselben gemeinsam mit dem Trockengas ausgetragen und nachfolgend vom Trockengas separiert werden und wobei das Trockengas nachfolgend unter Feuchtigkeitsentzug gekühlt und der Trockenkammer (3) wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom des Trockengases vor der Zuführung in die Trockenkammer (3) abgezweigt und einer weiteren Kühlung unterzogen wird und anschließend dem Einfrierrohr (2) zugeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der abgezweigte Teilstrom des Trockengases auf eine Temperatur von 170 K bis 100 K gekühlt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockengas vor der Abzweigung des Teilstromes auf eine Temperatur von 230 K bis 180 K gekühlt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockengas vor dem Eintritt in die Trockenkammer (3) auf eine Temperatur von 220 K bis 250 K erwärmt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die injizierten Tröpfchen einen mittleren Durchmesser von 2 bis 500 μm aufweisen.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es kontinuierlich durchgeführt wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es unter einem Überdruck von bis zu 1 bar betrieben wird.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009019491A1 (de) 2009-05-04 2010-11-11 Süverkrüp, Richard, Prof. Dr. Vorrichtung zur Applikation von Arzneizubereitungen am Auge
WO2013041542A1 (en) 2011-09-19 2013-03-28 Alf Lamprecht Pharmaceutical formulations comprising spherolyophilisates of biological molecules
WO2015059261A1 (en) 2013-10-24 2015-04-30 Spx Flow Technology Danmark A/S Gas distributer for a convective dryer having improved radial gas velocity control
DE102015105375A1 (de) 2015-01-07 2016-07-07 Richard Süverkrüp Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung monodisperser gefrorener Tropfen
CN115096050A (zh) * 2022-07-07 2022-09-23 华北制药河北华民药业有限责任公司 一种头孢呋辛酯气相萃取干燥方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0278039A1 (de) 1987-02-13 1988-08-17 FINN-AQUA SANTASALO-SOHLBERG GmbH Einrichtung zur Gefriertrocknung
EP0343569B1 (de) 1988-05-25 1994-03-23 Nokia Mobile Phones Ltd. FM Zwischenfrequenz-Schaltung
WO1997020181A1 (de) 1995-11-29 1997-06-05 Immuno Aktiengesellschaft Verfahren und einrichtung zum lyophilisieren sowie behälter und füllanlage
DE102004005660A1 (de) 2004-02-04 2005-08-25 Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines lyophilisierten pharmazeutischen Materials
US7007406B2 (en) 2004-01-23 2006-03-07 Zhaolin Wang Powder formation by atmospheric spray-freeze drying

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0278039A1 (de) 1987-02-13 1988-08-17 FINN-AQUA SANTASALO-SOHLBERG GmbH Einrichtung zur Gefriertrocknung
EP0343569B1 (de) 1988-05-25 1994-03-23 Nokia Mobile Phones Ltd. FM Zwischenfrequenz-Schaltung
WO1997020181A1 (de) 1995-11-29 1997-06-05 Immuno Aktiengesellschaft Verfahren und einrichtung zum lyophilisieren sowie behälter und füllanlage
US7007406B2 (en) 2004-01-23 2006-03-07 Zhaolin Wang Powder formation by atmospheric spray-freeze drying
DE102004005660A1 (de) 2004-02-04 2005-08-25 Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines lyophilisierten pharmazeutischen Materials

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009019491A1 (de) 2009-05-04 2010-11-11 Süverkrüp, Richard, Prof. Dr. Vorrichtung zur Applikation von Arzneizubereitungen am Auge
WO2013041542A1 (en) 2011-09-19 2013-03-28 Alf Lamprecht Pharmaceutical formulations comprising spherolyophilisates of biological molecules
WO2015059261A1 (en) 2013-10-24 2015-04-30 Spx Flow Technology Danmark A/S Gas distributer for a convective dryer having improved radial gas velocity control
CN105829818A (zh) * 2013-10-24 2016-08-03 斯必克流体技术丹麦公司 具有改进的径向气体速度控制的用于对流干燥机的气体分配器
DE102015105375A1 (de) 2015-01-07 2016-07-07 Richard Süverkrüp Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung monodisperser gefrorener Tropfen
CN115096050A (zh) * 2022-07-07 2022-09-23 华北制药河北华民药业有限责任公司 一种头孢呋辛酯气相萃取干燥方法
CN115096050B (zh) * 2022-07-07 2024-03-22 华北制药河北华民药业有限责任公司 一种头孢呋辛酯气相萃取干燥方法

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