Lyophilisation pharmaceutique

L'importance de son suivi

Les ampoules et les sachets de médicaments qui font partie de notre quotidien sont le résultat d'un processus fascinant appelé lyophilisation pharmaceutique.

Mais pourquoi la lyophilisation est-elle si importante dans la production et le stockage des médicaments ? Et quels sont les paramètres à surveiller en permanence lors de la lyophilisation d'un médicament ? C'est ce que nous allons découvrir dans cet article.

Ce qu'est la lyophilisation

L'objectif du processus de lyophilisation est d'éliminer l'eau d'un composé sans affecter ses propriétés chimiques et physiques.

Les produits lyophilisés, étant totalement dépourvus de molécules d'eau, peuvent être stockés pendant une très longue période dans des conditions correctes.

Grâce à la lyophilisation, il est possible de conserver non seulement des médicaments, mais aussi du plasma, des bactéries, des protéines et des tissus biologiques.

Les 3 étapes de la lyophilisation

Malgré la variété des applications pharmaceutiques, le produit à lyophiliser passe toujours par 3 étapes :

La congélation. Le produit est porté à des températures très basses, voire plusieurs dizaines de degrés en dessous de zéro, avec une pression atmosphérique ambiante (ce qui signifie environ 1000 millibars).

La diminution de la pression. L'air est retiré du lyophilisateur, ce qui permet d'atteindre des pressions atmosphériques très basses, de l'ordre de quelques millibars. À cette pression, l'eau congelée ne passe pas à l'état liquide, mais elle se sublime, se transformant en vapeur qui sera expulsée du processus.

Séchage. La température est progressivement augmentée, favorisant le processus de sublimation des dernières particules d'eau.

Processus de lyophilisation : quelles sont les grandeurs physiques à mesurer ?

Lors de la lyophilisation, deux paramètres entrent en jeu :

1. La température. La température peut être contrôlée à l'aide d'enregistreurs de données qui permettent de mesurer des températures inférieures à zéro, comme le S-MicroW L Ultra Freeze.

2. La pression. L'air à l'intérieur d'un lyophilisateur pharmaceutique est presque totalement éliminé. Par conséquent, des pressions de l'ordre de quelques millibars peuvent être atteintes. Le meilleur enregistreur de données dans ces cas est certainement le Pirani Vacuum Logger, basé sur l'innovant Pirani Vacuum Meter.

La base physique du Vacuum Logger Pirani

Le Vacuum Logger Pirani permet de mesurer des pressions extrêmement basses avec une très grande précision, de l'ordre du dix millième de bar.

Pour comprendre le fonctionnement du Vacuum Logger Pirani, nous devons commencer par le monde des petites quantités.

La physique de la chaleur

Nous sommes habitués à considérer les molécules comme des objets statiques reliés entre eux. En réalité, elles ne sont jamais immobiles, mais elles vibrent. Le mouvement des molécules libère de l'énergie sous forme de chaleur. Par conséquent, plus les molécules d'un objet vibrent, plus l'objet est chaud.

Et voici la jauge à vide de Pirani

À l'intérieur de la jauge à vide Pirani, il y a un fil métallique qui fonctionne à l'électricité qui le chauffe. Les molécules d'air plus froides entrent en contact avec le fil.

En conséquence, les molécules d'air acquièrent une partie de la vibration, tandis que le fil la perd. Cela signifie que la température de l'air augmente, tandis que celle du fil diminue.

Plus il y a de molécules d'air, plus le contact avec les molécules du fil est important. L'échange de chaleur est donc plus rapide.

Si l'on réduit le nombre de molécules d'air, il y aura moins de contact entre elles et les molécules du fil. Le fil mettra donc plus de temps à changer de température.

Et puis, si nous pouvions supprimer complètement ou presque complètement les molécules d'air, il n'y aurait plus d'échange de chaleur, puisque le fil ne trouverait pas de molécules auxquelles il pourrait transférer sa température.

Jusqu'à présent, le système est parfait. Mais le problème initial reste non résolu..

Comment mesure-t-on le vide ?

Pour répondre à cette question, revenons à notre fil alimenté par un courant électrique. Maintenant que nous avons éliminé la plupart des molécules d'air, les molécules du fil n'ont plus la capacité de libérer de la chaleur, et la température du fil continue donc d'augmenter.

À mesure que la température augmente, la résistance électrique augmente également. C'est le point d'inflexion. Mais nous ne pouvons pas mesurer cette valeur directement.

La résistance est obtenue en appliquant la formule de la loi d'Ohm, dans laquelle

V=RI

La tension (V) est égale au produit de la résistance (R) par le courant électrique (I)

Nous pouvons facilement mesurer la tension d'une extrémité à l'autre du fil. De plus, nous connaissons déjà l'intensité du courant électrique qui le traverse. Nous pouvons donc obtenir la valeur de la résistance électrique en appliquant une simple expression algébrique.

Une fois que nous connaissons la résistance électrique du fil, nous pouvons calculer très précisément la "quantité de vide" dans laquelle notre fil est immergé.

Les avantages du Pirani Vacuum Logger

Il peut détecter des pressions avec une très haute résolution, impossible à obtenir avec d'autres capteurs de pression.

Il peut enregistrer même dans des conditions de vide extrême.

Il résiste à des variations de température très importantes : de 85°C à -60°C.

Il nécessite très peu d'électricité. C'est pourquoi les piles ont une très longue durée de vie.

De plus, notre enregistreur sous vide Pirani est équipé d'un filetage ½ Gass pour le visser sur l'autoclave.

Un cas réel d'application du Vacuum Logger Pirani pour la lyophilisation pharmaceutique

L'un de nos clients actif dans le domaine de la validation pharmaceutique avait besoin d'obtenir des données très précises qui indiquent le succès de l'ensemble du processus. Dans un premier temps, pour valider les armoires de lyophilisation, il a installé notre enregistreur S-MicroW L Ultra Freeze pour mesurer les températures cryogéniques. Malgré cela, il restait des points critiques dans le processus.

Afin d'approfondir les recherches et de comprendre où se situait le problème pour améliorer le résultat final de la procédure, nous avons implémenté dans le système de surveillance quelques enregistreurs de vide Pirani ainsi que des enregistreurs de température dédiés aux ultra congélateurs.

Grâce aux données obtenues, le client a pu recalibrer le processus, obtenant des résultats très précis et fiables du processus de lyophilisation.