Ako sa vyrábajú tabletky?

Asi väčšina z nás by otázku v nadpise článku položila farmaceutom alebo chemikom. Tabletka je produkt vedcov a výskumníkov z rôznych oblastí farmaceutického, chemického, ale aj strojárskeho priemyslu. Strojári majú hlavné slovo vo finálnej fáze výroby tohto malého oblého predmetu.

Podiel farmaceutického a chemického priemyslu býva v tabletkách ľahko identifikovateľný, strojarinu tu však už hľadá málokto. Práve precízny strojársky postup hrá rozhodujúcu úlohu pri samotnej výrobe farmaceutických prípravkov. Proces premeny viacerých komponentov, ktoré sú prevažne v práškovej podobe, do formy tabletky s presne daným zložením účinnej látky a mechanicko-fyzikálnymi parametrami býva veľmi náročný. Je nevyhnutné, aby sa už pred začatím výroby tabletiek analyzoval celý proces výroby v jej jednotlivých operáciách s cieľom zamerania sa na vlastnosti finálneho produktu.

Analýza výrobného procesu
Účinná látka v tabletke má po jej požití v tele človeka reagovať tak, aby jej uzdravujúci účinok na pacienta bol maximálny. Na efektívne využitie liečivých látok v tabletke v najväčšej miere vplýva  proces jej výroby. Po tom, ako farmaceuti preskúmajú a navrhnú presné zloženie účinnej látky a pomocných látok, prichádza na rad strojárska technika – konkrétne oblasť procesnej techniky a mechaniky partikulárnych látok. Najskôr je potrebné analyzovať jednotlivé operácie a vlastný proces výroby tabletky. Od parametrov žiadaného finálneho produktu – tabletky závisí, aké operácie treba primerane použiť. Niekoľko základných operácií je však rovnakých pri výrobe každej tabletky.

Precízny strojársky postup hrá rozhodujúcu úlohu pri výrobe liekov vo forme tabletiek.

Miešanie a granulácia

Granulátor, foto Glatt

Prvou a základnou operáciou pri výrobe tabletiek je proces miešania prevažne suchého práškového materiálu. Miešanie má vytvoriť vsádzku s presne definovaným množstvom a koncentráciou jednotlivých komponentov tabletky. Na túto operáciu sa využívajú miešadlá, alebo je možné na zmiešanie v niektorých prípadoch využiť špeciálnu operáciu – granuláciu. Granulácia obyčajne prebieha v tzv. vysokošmykových granulátoroch pri použití aglomeračnej kvapaliny. Výsledkom tohto procesu je dokonale premiešaná prášková zmes v podobe malých zárodkov aglomerátov (čo je zlepenec mechanickej zmesi jednotlivých komponentov tabletky) s cielene upravenými mechanicko-fyzikálnymi vlastnosťami. Zariadenie granulátora je vsádzkové a obsahuje dva na seba kolmé, rotačné členy – unášač a rozrušovač. Unášač, zvyčajne v podobe trojlopatkovej vrtule, dostáva materiál do pohybu a jeho tvar núti jednotlivé vrstvy, aby sa po sebe kĺzali, čím sa materiál nabaľuje a vznikajú väzby. Týmto procesom sa materiál transformuje do podoby aglomerátov. Rozrušovač veľké aglomeráty opäť rozruší na menšie, s presne definovanou veľkosťou, pričom rozdelené častice sa zase za pomoci unášača po sebe kĺžu. Dôležitými parametrami sú okrem geometrických rozmerov zariadenia, unášača a rozrušovača poloha dýzy na rozprašovanie aglomeračnej kvapaliny aj procesné parametre, napríklad čas samotnej granulácie, čas pridávania aglomeračnej kvapaliny a proces kinetiky rastu aglomerátov.

Modelovanie vysokošmykovej granulácie DEM metódou – rez granulátorom, rýchlostné pole častíc, Ilustrácia Archív ÚPI SjF STU

Sušenie
Takto vytvorený medziprodukt je však značne vlhký a je nevyhnutné vysušiť ho. Presne definovaný proces sušenia je opäť oblasť výskumu pre strojárov. Príkladom je fluidná sušiareň. Ide o sušiareň, v ktorej sa materiál v podobe aglomerátov suší vo vznose. V tomto prípade treba vypočítať parametre samotného procesu – od presných výpočtov základných rozmerov zariadenia až po vlastný konštrukčný výpočet fluidnej sušiarne.

Tabletovanie a obaľovanie
Základnou a najdôležitejšou operáciou s vysušeným medziproduktom je proces tabletovania, aj keď medzi týmito procesmi môžu byť aj operácie, v ktorých sa pridáva ďalší komponent, respektíve opäť zaradený proces miešania. Tabletovanie ako proces jednoosového stláčania slúži práve na zhutnenie presného množstva farmaceutického materiálu do podoby tabletky. V praxi sa pri tejto výrobe používajú tabletovacie stroje – tabletovačky, ktorých výkon presahuje niekoľko desiatok tisíc tabliet za hodinu. Optimalizácia procesu tabletovania je stále predmetom výskumu. V tomto prípade sa nekladie dôraz na kvantitu vyrobených tabliet, ale je nevyhnutné preskúmať a pochopiť proces stláčania, pri ktorom okrajové podmienky v podobe geometrických rozmerov a rýchlosti stláčania musia zostať zachované. Pri výskume tabletovania sa proces lisovania sleduje v prípravkoch v podobe valca a piestov, ktoré sú umiestnené v lise. Keďže sa kladie dôraz na detailné pochopenie priebehu procesu stláčania, takéto prípravky bývajú osadené mnohými snímačmi polohy, sily a tlaku v axiálnej aj v radiálnej osi, prípadne aj snímačmi na tepelnú analýzu. Poslednou finálnou operáciou je proces úpravy povrchu tablety – obaľovanie,  pri ktorej tabletka dostane finálny vzhľad.

Teoretický základ tabletovania
Pred samotnými experimentálnymi skúškami v laboratóriách je nevyhnutné správne naformulovať a zostaviť celý proces tabletovania. Teoretickým základom je oblasť mechaniky partikulárnych látok. Táto oblasť v sebe zahŕňa konštrukčné oblasti jednotlivých zariadení, ako aj procesné hľadisko –  tvorbu a zánik väzbových mechanizmov, bilancie sústav,  bilancie jednotlivých fáz, ako aj kinetiku jednotlivých jednotkových operácií. Bez teoretického pochopenia jednotlivých procesov nie je možné správne zostaviť proces výroby tabletiek.

Počítačové modelovanie
Výskum v oblasti tabletovania výrazne napreduje a s rozvojom výpočtovej techniky a využívaním získaných poznatkov sa upriamuje na počítačové modelovanie. Základnými metódami v tomto prípade sú napríklad metóda konečných prvkov, metóda diskrétnych prvkov alebo populačných bilancií. Materiálové vlastnosti skúmanej farmaceutickej látky sú zadávané do zložitých matematických rovníc s cieľom čo najpresnejšie počítačovo modelovať a tým verifikovať proces tabletovania, ale aj ostatné operácie výroby.

Laboratórium partikulárnych látok ÚPI SjF STU, foto archív ÚPI SjF STU

Aj napriek pokroku v počítačovom modelovaní je nevyhnutné aj experimentálne overovanie tohto postupu v laboratórnych podmienkach, najmä procesu premeny práškového materiálu do podoby pevných foriem – tabliet.

 

 

 

 

Ing. Peter Peciar, PhD.
Ústav procesného inžinierstva, Strojnícka fakulta STU v Bratislave    

 

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 1/2018.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

Komentáre