केस स्टडी: हाई-शीयर इमल्सीफिकेशन तकनीक के साथ ड्रग-लोडेड फैट इमल्शन उत्पादन का अनुकूलन
फार्मास्युटिकल विनिर्माण उद्योग में, ड्रग-लोडेड फैट इमल्शन का उत्पादन विषम प्रणाली प्रसंस्करण में एक विशिष्ट चुनौती प्रस्तुत करता है। ये इमल्शन, जो वसा-घुलनशील सक्रिय फार्मास्युटिकल अवयवों (एपीआई) के लिए महत्वपूर्ण डिलीवरी वाहन के रूप में काम करते हैं, चिकित्सीय प्रभावकारिता और रोगी सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए बूंद के आकार के वितरण, चरण स्थिरता और एपीआई एकरूपता पर सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। यह केस स्टडी 10% ड्रग-लोडेड फैट इमल्शन (डीएचए मछली तेल-आधारित) के उत्पादन में प्रक्रिया अक्षमताओं और गुणवत्ता विसंगतियों को दूर करने में उन्नत हाई-शीयर इमल्सीफिकेशन उपकरण के कार्यान्वयन का विवरण देती है।
1. पृष्ठभूमि और प्रक्रिया चुनौतियाँ
लक्षित ड्रग-लोडेड फैट इमल्शन की उत्पादन प्रक्रिया में दो प्राथमिक चरण शामिल थे: एक तेल चरण जिसमें सोयाबीन तेल और पाउडर लेसिथिन शामिल थे, और एक जलीय चरण जिसमें शुद्ध पानी, ग्लिसरीन, सक्रिय दवा और एक्सिपिएंट शामिल थे। नए इमल्सीफिकेशन उपकरण को अपनाने से पहले, विनिर्माण प्रक्रिया को तीन मुख्य चुनौतियों का सामना करना पड़ा:
सबसे पहले, लेसिथिन फैलाव संबंधी मुद्दे। एक पायसीकारक के रूप में उपयोग किए जाने वाले पाउडर लेसिथिन में तेल चरण में खराब गीलापन था। पारंपरिक मिश्रण के दौरान, यह गुच्छों में जमा होने या बर्तन के तल पर बसने की प्रवृत्ति रखता था, जिससे एक समान तेल चरण प्रणाली बनाने में विफल रहा। इससे न केवल पायसीकरण दक्षता कम हुई, बल्कि कण अशुद्धियाँ भी आईं जिससे उत्पाद की गुणवत्ता प्रभावित हुई।
दूसरा, असंगत प्राथमिक पायसीकरण। प्रारंभिक पायसीकरण प्रक्रिया पारंपरिक सरगर्मी उपकरण पर निर्भर थी, जिसने अपर्याप्त कतरनी बल उत्पन्न किया। नतीजतन, तेल और जलीय चरणों को पूरी तरह से फैलाने में विफल रहे, जिससे असमान बूंद आकार वितरण हुआ। परीक्षण डेटा से पता चला कि इमल्शन का D90 (कण आकार जिस पर 90% कण छोटे होते हैं) 15 μm से 25 μm तक था, जो 5 μm से 10 μm की स्वीकार्य सीमा से बहुत अधिक था। ऐसी असंगति ने सीधे इमल्शन की स्थिरता से समझौता किया, जिसमें तैयारी के 24 घंटों के भीतर दिखाई देने वाला तेल तैरता हुआ देखा गया।
तीसरा, कम उत्पादन दक्षता और उच्च दोष दर। अक्षम पायसीकरण प्रक्रिया के लिए लंबे समय तक मिश्रण समय की आवश्यकता होती है, जिसमें प्रत्येक बैच को पूरा होने में लगभग 4 घंटे लगते हैं। इसके अतिरिक्त, प्राथमिक इमल्शन की खराब स्थिरता के कारण उत्पाद योग्यता दर केवल 85% थी, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण सामग्री बर्बाद हुई और उत्पादन में देरी हुई। इसके अलावा, पारंपरिक उपकरण में प्रभावी प्रक्रिया नियंत्रण क्षमताओं का अभाव था, जिससे बैचों में लगातार मापदंडों को बनाए रखना मुश्किल हो गया, जिससे गुणवत्ता में उतार-चढ़ाव और बढ़ गया।
इन चुनौतियों को जटिल करने वाली फार्मास्युटिकल उत्पादन के लिए सख्त नियामक आवश्यकता थी। उपयोग किए गए उपकरण को जीएमपी मानकों का पालन करने की आवश्यकता थी, जिसमें उत्पाद के संपर्क में आने वाली खाद्य-ग्रेड और फार्मास्युटिकल-ग्रेड सामग्री का उपयोग शामिल था, और उत्पादन प्रक्रिया के दौरान बाँझपन सुनिश्चित करने के लिए सीआईपी (क्लीन-इन-प्लेस) और एसआईपी (स्टरलाइज़-इन-प्लेस) सिस्टम के साथ संगत होना चाहिए।
2. उपकरण चयन और प्रक्रिया अनुकूलन
प्रक्रिया आवश्यकताओं और तकनीकी विशिष्टताओं के व्यापक मूल्यांकन के बाद, एक दो-चरण इमल्सीफिकेशन प्रणाली को अपनाया गया, जिसमें एक जेट फैलाव मिक्सर और एक पाइपलाइन-प्रकार का हाई-शीयर इमल्सीफायर शामिल था। चयन ड्रग-लोडेड फैट इमल्शन उत्पादन की विशिष्ट आवश्यकताओं पर आधारित था, जिसमें मुख्य विचार कतरनी दक्षता, सामग्री संगतता और प्रक्रिया नियंत्रणीयता शामिल थे।
मुख्य उपकरण विशेषताओं में शामिल हैं:
1. जेट फैलाव मिक्सर: तेल चरण के पूर्व-फैलाव के लिए डिज़ाइन किया गया, इस उपकरण में एक विशेष चूषण और परिसंचरण संरचना थी जो पाउडर लेसिथिन को प्रभावी ढंग से खींचती और काटती थी। इसका मॉड्यूलर डिज़ाइन कार्यशील सिरों के त्वरित प्रतिस्थापन की अनुमति देता था, और यह 316L स्टेनलेस स्टील से बना था जिसकी सतह खुरदरापन Ra ≤ 0.4 μm था, जो फार्मास्युटिकल उत्पादन के लिए जीएमपी आवश्यकताओं को पूरा करता था। मिक्सर एक चर गति सीमा पर संचालित होता था, जिससे तेल चरण की चिपचिपाहट के आधार पर सटीक समायोजन सक्षम होता था।
2. पाइपलाइन-प्रकार का हाई-शीयर इमल्सीफायर: एक तीन-चरण रोटर-स्टेटर प्रणाली से लैस, इस इमल्सीफायर ने 40 मीटर/सेकंड की अधिकतम रैखिक गति और 0.1 मिमी का न्यूनतम रोटर-स्टेटर अंतर प्राप्त किया, जिससे तेल की बूंदों को समान आकार में तोड़ने के लिए तीव्र कतरनी बल उत्पन्न हुआ। पाइपलाइन डिज़ाइन ने ऑन-लाइन निरंतर पायसीकरण और परिसंचरण की सुविधा प्रदान की, जिससे इमल्शन को आगे के शोधन के लिए सिस्टम के माध्यम से पुन: परिचालित किया जा सकता है। उपकरण ने एक आवृत्ति रूपांतरण गति नियंत्रण प्रणाली को भी एकीकृत किया, जिससे ±1% की त्रुटि मार्जिन के साथ घूर्णी गति का सटीक विनियमन सक्षम हुआ, जिससे प्रक्रिया दोहराव सुनिश्चित हुआ। इसके अतिरिक्त, इसे 150°C तक के ऑपरेटिंग तापमान और 0.4 MPa तक के दबाव का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जो बाद की नसबंदी प्रक्रियाओं के साथ संगत था।
अनुकूलित उत्पादन प्रक्रिया को इस प्रकार लागू किया गया:
1. पूर्व-उपचार चरण: तेल चरण (सोयाबीन तेल + पाउडर लेसिथिन) को मिश्रण बर्तन में जोड़ा गया, और जेट फैलाव मिक्सर को एक अशांत प्रवाह क्षेत्र बनाने के लिए सक्रिय किया गया। मिक्सर के मजबूत चूषण बल ने पाउडर लेसिथिन को हाई-शीयर ज़ोन में खींच लिया, जिससे जमावट को रोका गया और एक पारदर्शी तेल चरण बनाने के लिए पूर्ण फैलाव सुनिश्चित किया गया।
2. प्राथमिक पायसीकरण चरण: पूर्व-फैला हुआ तेल चरण और जलीय चरण (शुद्ध पानी + ग्लिसरीन + एपीआई + एक्सिपिएंट) को एक नियंत्रित अनुपात में पाइपलाइन-प्रकार के हाई-शीयर इमल्सीफायर में लगातार डाला गया। तीन-चरण रोटर-स्टेटर प्रणाली ने दो चरणों को तीव्र कतरनी, प्रभाव और गुहिकायन बलों के अधीन किया, जिससे तेल की बूंदों को महीन कणों में तोड़ दिया गया।
3. परिसंचरण शोधन चरण: प्रारंभिक रूप से पायसीकृत उत्पाद को मिश्रण बर्तन में लौटा दिया गया और पाइपलाइन इमल्सीफायर के माध्यम से 2-3 चक्रों के लिए पुन: परिचालित किया गया, प्रत्येक चक्र लगभग 30 मिनट तक चला। इस बहु-चक्र प्रक्रिया ने समान बूंद आकार वितरण सुनिश्चित किया और इमल्शन स्थिरता को बढ़ाया।
4. पोस्ट-प्रोसेसिंग चरण: अंतिम इमल्शन को 131-145°C और 0.3-0.4 MPa पर नसबंदी के अधीन किया गया, जिसमें इमल्सीफिकेशन उपकरण के सामग्री और संरचनात्मक डिजाइन ने इन नसबंदी मापदंडों के साथ संगतता सुनिश्चित की।
3. कार्यान्वयन परिणाम और प्रदर्शन सत्यापन
अनुकूलित प्रक्रिया और उपकरण के कार्यान्वयन के बाद, उत्पाद की गुणवत्ता, उत्पादन दक्षता और प्रक्रिया स्थिरता में महत्वपूर्ण सुधार हासिल किए गए, जैसा कि निरंतर उत्पादन डेटा और गुणवत्ता परीक्षण द्वारा सत्यापित किया गया:
उत्पाद की गुणवत्ता के संदर्भ में, ड्रग-लोडेड फैट इमल्शन के बूंद आकार वितरण को काफी परिष्कृत किया गया। परीक्षण के परिणामों से पता चला कि इमल्शन का D90 5 μm और 10 μm के बीच स्थिर रूप से नियंत्रित किया गया था, जो पूर्व-परिभाषित गुणवत्ता मानकों को पूरा करता था। दृश्य निरीक्षण ने 72 घंटे के भंडारण के बाद इमल्शन में कोई तेल तैरता हुआ या अवसादन की पुष्टि नहीं की, और चिपचिपाहट खाद्य तेल के समान स्तर पर बनी रही, जो उत्कृष्ट चरण स्थिरता का संकेत देती है। इसके अतिरिक्त, एपीआई वितरण की एकरूपता में सुधार हुआ, विभिन्न नमूनों में एपीआई सामग्री का सापेक्ष मानक विचलन (आरएसडी) 3.2% से घटकर 0.8% हो गया, जो ±1.0% की स्वीकार्य सीमा के भीतर है।
उत्पादन दक्षता के संदर्भ में, प्रति बैच कुल प्रसंस्करण समय 4 घंटे से घटकर 1.5 घंटे हो गया, जो उत्पादन दक्षता में 62.5% सुधार दर्शाता है। उत्पाद योग्यता दर 85% से बढ़कर 98% हो गई, जिससे सामग्री की बर्बादी और उत्पादन लागत में काफी कमी आई। इमल्सीफिकेशन प्रणाली के पाइपलाइन डिज़ाइन ने मौजूदा उत्पादन लाइन के साथ निर्बाध एकीकरण को भी सक्षम किया, अर्ध-स्वचालित संचालन का एहसास किया और मैनुअल हस्तक्षेप को कम किया, जिससे मानवीय त्रुटि का जोखिम कम हुआ।
प्रक्रिया अनुपालन और स्थिरता के संदर्भ में, उपकरण का 316L स्टेनलेस स्टील निर्माण और Ra ≤ 0.4 μm सतह खुरदरापन फार्मास्युटिकल उत्पादन के लिए जीएमपी आवश्यकताओं को पूरा करता है। उपकरण की सीआईपी/एसआईपी संगतता ने प्रभावी सफाई और नसबंदी सुनिश्चित की, सफाई के बाद के परीक्षण में कोई अवशिष्ट संदूषक नहीं पाया गया। आवृत्ति रूपांतरण गति नियंत्रण प्रणाली और ऑन-लाइन निगरानी क्षमताओं ने बैचों में लगातार प्रक्रिया पैरामीटर नियंत्रण को सक्षम किया, जिसमें प्रमुख प्रक्रिया मापदंडों (जैसे घूर्णी गति और फीड दर) का भिन्नता गुणांक (सीवी) 2% से नीचे बनाए रखा गया, जिससे बैच-से-बैच स्थिरता सुनिश्चित हुई।
दीर्घकालिक संचालन डेटा ने इमल्सीफिकेशन उपकरण की विश्वसनीयता और स्थायित्व की भी पुष्टि की। निरंतर 6 महीने के संचालन के दौरान, उपकरण ने बिना किसी बड़ी विफलता के स्थिर प्रदर्शन बनाए रखा, रखरखाव चक्र को हर 2 महीने से बढ़ाकर हर 6 महीने कर दिया गया, जिससे रखरखाव लागत में लगभग 60% की कमी आई।
4. मुख्य अंतर्दृष्टि और निष्कर्ष
यह केस स्टडी ड्रग-लोडेड फैट इमल्शन उत्पादन से जुड़ी चुनौतियों को दूर करने में उन्नत इमल्सीफिकेशन तकनीक की महत्वपूर्ण भूमिका को प्रदर्शित करती है। लेसिथिन जमावट, असंगत बूंद आकार और कम उत्पादन दक्षता के सफल समाधान से फार्मास्युटिकल फॉर्मूलेशन और उत्पादन प्रक्रिया की विशिष्ट विशेषताओं के अनुरूप उपकरण का चयन करने का महत्व उजागर होता है।
इस कार्यान्वयन से मुख्य अंतर्दृष्टि में शामिल हैं: सबसे पहले, पायसीकारकों (जैसे लेसिथिन) का पूर्व-फैलाव इमल्शन गुणवत्ता सुनिश्चित करने में एक महत्वपूर्ण कदम है, और विशेष जेट फैलाव उपकरण जमावट को प्रभावी ढंग से रोक सकते हैं और पायसीकरण दक्षता में सुधार कर सकते हैं। दूसरा, परिसंचरण शोधन के साथ बहु-चरण हाई-शीयर इमल्सीफिकेशन समान बूंद आकार वितरण प्राप्त करने और इमल्शन स्थिरता को बढ़ाने के लिए आवश्यक है, विशेष रूप से जटिल फार्मास्युटिकल फॉर्मूलेशन के लिए। तीसरा, जीएमपी आवश्यकताओं, सीआईपी/एसआईपी सिस्टम और बाद की नसबंदी प्रक्रियाओं के साथ उपकरण संगतता फार्मास्युटिकल उत्पादन के लिए एक मौलिक आवश्यकता है, जो उत्पाद सुरक्षा और नियामक अनुपालन सुनिश्चित करती है।
निष्कर्ष में, दो-चरण हाई-शीयर इमल्सीफिकेशन प्रणाली को अपनाने से न केवल ड्रग-लोडेड फैट इमल्शन उत्पादन में सामना की जाने वाली विशिष्ट प्रक्रिया चुनौतियों का समाधान हुआ है, बल्कि एक स्थिर, कुशल और अनुपालन उत्पादन प्रक्रिया भी स्थापित हुई है। यह कार्यान्वयन जटिल फॉर्मूलेशन के लिए पायसीकरण प्रक्रियाओं को अनुकूलित करने वाले फार्मास्युटिकल निर्माताओं के लिए एक मूल्यवान संदर्भ प्रदान करता है, जो बेहतर उत्पाद गुणवत्ता, बढ़ी हुई उत्पादन दक्षता और कम लागत में योगदान देता है।
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