Evaluering af nye behandlingsplatforme til farmaceutisk produktion

Medicinalindustrien er en af ​​de mest relevante sektorer i nutidens økonomi. I mere end et århundrede har den farmaceutiske produktion været afhængig af batchproduktion, men denne mangler smidighed, fleksibilitet og robusthed til at imødekomme nutidens udfordringer. Med en eksponentielt voksende befolkning og hurtigt aftagende ressourcer konfronteres medicinalindustrien med trusler mod folkesundheden såsom medicinmangel. Ud over batchteknologiens begrænsninger for at øge produktionen, er medicinalindustrien ansvarlig for store mængder affald. For hendes ph.d. forskning, så Olivia Morales Gonzalez på nye procestilgange, der kan overvinde disse begrænsninger i den farmaceutiske industri.

Alternative produktionsplatforme er nødvendige for at overvinde nuværende og fremtidige miljømæssige og økonomiske udfordringer i medicinalindustrien. Olivia Morales Gonzalez har undersøgt nye procesplatforme, nemlig reaktiv ekstraktion med ioniske væsker, polymere nanoreaktorer og nye procesvinduer.

Morales Gonzalez udførte livscyklusvurderinger og tekno-økonomiske evalueringer for at identificere hot spots i disse proceskoncepter før deres industrielle implementering, og fra hendes forskning foreslår Morales Gonzalez en række optimeringer.

Kontinuerlig behandling

For det første vurderede Morales Gonzalez nye procesvinduer ved at se på livscyklusvurderingen af ​​produktionen af ​​vitamin D3. Nye procesvinduer er en ny måde til procesdesign til at booste mikroprocesteknologi til fremstilling af finkemikalier med høj værditilvækst under barske forhold (f.eks. høj temperatur og tryk). Dette vitamin blev valgt til forskningen, fordi det er et meget almindeligt og nødvendigt næringsstof, der produceres og indtages over hele verden.

Desuden blev de nye procesvinduer benchmarked mod flere batchprocesser. D3-vitaminet produceres kontinuerligt i mikroreaktorer (dvs. mikroflow) og kombinerer UV-fotobestråling og højtryks- og højtemperaturbehandling (fotobestråling-højtryk og temperatur). Derefter renser kontinuerlig krystallisation produktet.

Processerne blev modelleret med ASPEN Plus processimuleringssoftware ved hjælp af forgrundsdata fra den eksperimentelle kontinuerlige opsætning og baggrundsdata fra forskellige patenter. Miljøpåvirkningen af ​​den kontinuerlige proces skyldes hovedsageligt brugen af ​​acetonitril og methyl-tertiær-butylether (t-BME), som begge er opløsningsmidler.

Sammenlignet med batchprocesserne giver den kontinuerlige proces en væsentlig reduktion af miljøbelastningen. Selv i betragtning af de høje genanvendelsesprocenter (95%) af opløsningsmidler i batch-scenarier, er virkningen mindst dobbelt. Desuden er det nødvendigt at genbruge dem uden yderligere rensningstrin.

Teknisk-økonomisk evaluering

Dernæst gennemførte Morales Gonzalez en tekno-økonomisk evaluering af produktionen af ​​tværbundne enzym nanoaggregater (c-CLEnA) i laboratorieskala. Disse er skålformede polymere vesikler, der blev brugt som understøtninger med fordelen ved høj aktivitetsretention og nem genanvendelse.

Støtten repræsenterer en stor del af omkostningerne i tilfælde af enzymatiske processer. Morales Gonzalez vurderede således produktionen for at finde hot spots, der kunne optimeres. Den anslåede pris pr. 0,5 ml CalB-fyldt c-CLEnA er €139, og dette er hovedsageligt drevet af kapitaludgifterne (omkostninger relateret til køb af anlægsaktiver såsom udstyr). Disse omkostninger blev sammenlignet med traditionelle tværbundne understøtninger, hvis produktion er enklere sammenlignet med c-CLEnA, men der er flere lækage. Morales Gonzalez fandt ud af, at c-CLEnA skal genbruges omkring 20 gange for at opnå nogen form for økonomisk fordel. Til sidst blev procesændringer diskuteret med hensyn til indvirkningen på produktionsomkostningerne.

Funktionel opløsningsmiddelfabrik

Til sidst introduceres konceptet Functional Solvent Factory (FSF) samt opløselighed, som er dens vigtigste KPI. Et casestudie (til syntese af benzylazid) vurderede den kombinerede brug af reaktiv ekstraktion med ioniske væsker. Dette casestudie var baseret på litteratur på grund af dette koncepts lave teknologiberedskabsniveau (TRL). To modeller til FSF blev skabt ved hjælp af ASPEN Plus-software. Derefter blev konceptet benchmarket mod to andre procesalternativer, state-of-the-art (batch) og opløsningsmiddelfri (kontinuerlig). En livscyklusvurdering blev udført for at sammenligne og identificere hot spots. Hot spots er de processer og aktiviteter i livscyklussen, der har et stort bidrag til den samlede miljøbelastning. At identificere dem hjælper i beslutningsprocessen med at designe optimale produktionsprocesser.

Resultater viser, at miljøbelastningen af ​​begge FSF-sager er større end benchmark-sagen. Især den opløsningsmiddelfrie sag resulterede i den laveste miljøpåvirkning. På trods af resultaterne var forskningsfokus på at indsamle de nødvendige data til yderligere udviklingsstadier og for andre opløsningsmiddelfabrikker.

For at bringe denne platform på markedet er det nødvendigt at optimere brugen af ​​ioniske væsker, lave mængder af opløsningsmiddelforbrug, lave behandlingstemperaturer, høj genanvendelighed og undgå kontaminering af de ioniske væsker. Morales Gonzalez konkluderer, at disse præstationsindikatorer vil påvirke den fremtidige udvikling af denne platform.

Morales Gonzalez adresserede også usikkerheden i det tidligere casestudie, især FSF-scenarierne. At anvende en livscyklusvurdering på tidlige udviklingsstadier er mere udfordrende sammenlignet med ikke-kommercialiserede teknologier. Mange usikkerheder opstår blandt andet som følge af manglende eller unøjagtige data, tidsmæssige og rumlige variationer og unøjagtighed af modellerne.

For at imødegå disse usikkerheder blev stokastiske parametre med sandsynlighedsfordelinger i stedet for faste værdier og udbredelse af prøvetagningen udført ved hjælp af Monte Carlo-simuleringer. Derefter blev overlapningsområdets tilgang brugt til at vurdere resultaterne af disse sammenlignende LCA'er. Dette skabte et andet resultat sammenlignet med den deterministiske LCA, da ligheden i begge tilfælde er højere i forhold til tidligere resultater. Desuden fremhævede det behovet for at tage fat på den korrekte brug af ioniske væsker. + Udforsk yderligere

Nyt materiale vist til mere effektivt at afsalte vand