Suspensionen und deren Abfüllung

Herausforderungen beim Handling der feststoffgefüllten Flüssigkeiten

Bei Suspensionen handelt es sich um Dispersionen von Feststoffpartikeln in einer Flüssigkeit. Die Feststoffe entsprechen dabei der dispersen Phase und die Flüssigkeiten dem Dispersionsmittel. Die Herstellung von Suspensionen ermöglicht die Überführung von schwerlöslichen Wirkstoffen in eine flüssige Arzneiform. Daher werden Suspensionen in unterschiedlichen pharmazeutischen Applikationen eingesetzt – sowohl innerlich als auch auf der Haut. Anwendungsbeispiele sind Suspensionen von säurebindenden anorganischen Wirkstoffen sowie Antibiotikasäfte. Da ungelöste Substanzen geschmacklich nicht wahrgenommen werden, können somit auch unangenehm schmeckende Wirkstoffe oral verabreicht werden. Dies spielt insbesondere in der Pädiatrie eine wichtige Rolle.

Die Teilchen einer pharmazeutischen Suspension haben in vielen Fällen einen Durchmesser von 100 µm und mehr. Somit handelt es sich in der Regel um grobdisperse Systeme. Je nach Anwendungsfall liegt der Feststoffanteil einer Suspension zwischen 0,5 und 50 %.

Hierbei kann es durch im System gespeicherte Grenzflächenenergie und durch den Dichteunterschied zwischen der dispersen Phase und dem Dispersionsmittel zu einer Instabilität kommen. Pharmazeutische Anwendungen mit Suspensionen erfordern allerdings ein homogenes Produkt, da ein gleichmäßiger Feststoffanteil gegeben sein muss.

Instabilität einer Suspension

Instabilität einer Suspension

Der Nachteil, den Suspensionen mit sich bringen, ist die Tendenz zur Sedimentation bei längerer Lagerung. In der Praxis ist es allerdings schwer zu realisieren, solche Eigenschaften einzuschränken oder zu vermeiden. Um das Instabilitätsproblem und eine Sedimentbildung, Flotation oder Flockung zu vermeiden oder zumindest zu verlangsamen, können Stabilisatoren eingesetzt werden. Diese erhöhen die Viskosität der Zubereitung.  Hierfür gibt es in der Pharmazie verschiedene Schleimstoffe, die verwendet werden, um die Viskosität zu erhöhen. Dazu gehören Tragant, Pektin, Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carmellose-Natrium, hydroxyalkylierte Stärkeabkömmlinge, Natriumalginat, Polymerisate der Acrylsäure und Dextrane. Die Art und die Dosis des Stabilisators werden für den jeweiligen Einzelfall empirisch ermittelt. Im Allgemeinen ist bei pharmazeutischen Suspensionen eine Sedimentbildung zulässig. Voraussetzung für eine Dosierung ist jedoch eine leichte Aufschüttelbarkeit, um das Sediment vollständig zu redispergieren. Die pharmazeutischen Hersteller stehen somit vor der Herausforderung, Suspensionen viskositätsunabhängig, produktschonend, homogen und mit einer hohen Genauigkeit abzufüllen. Zudem sollte es möglich sein, auch abrasive Füllstoffe zu dosieren.

Schnittmodell Pharmadispenser Bypass

Schnittmodell Pharmadispenser Bypass

ViscoTec – spezialisiert auf das Bewegen, Bearbeiten und Dosieren von viskosen, struktursensiblen und feststoffbeladenen Flüssigkeiten – bietet hierzu präzise Lösungen an. Aufgrund von abrasiven oder schersensiblen Eigenschaften der Füllstoffe sind Pumpentypen wie zum Beispiel Peristaltik- oder Drehkolbenpumpen nur bedingt für die Dosierung von Suspensionen geeignet. Die Dosiergeräte von ViscoTec haben sich in diesem Gebiet bewährt. Sie zählen als Exzenterschneckenpumpe zu den rotierenden Verdrängerpumpen. Der Edelstahlrotor bewegt sich dabei exzentrisch in einem Stator aus Elastomer. Durch das Zusammenspiel von Rotor und Stator entstehen Kammern. Die Größe der sich alternierend öffnenden Kammern ist auch während der Rotation konstant, sodass es zu keiner Komprimierung des geförderten Produktes kommt. Aufgrund dieser Dosiergeometrie wird drehwinkelproportional pro Umdrehung immer ein konstantes Volumen gefördert – unabhängig von der Viskosität des Mediums und bei pulsationsfreiem Produktstrom.

Pharma Abfüllpumpe Schnittzeichnung

Pharma Abfüllpumpe Schnittzeichnung

Diese Tatsache garantiert eine Dosiergenauigkeit am Pumpenaustritt von 99 % (abhängig vom Medium), die in der Praxis oft überschritten wird. Durch das komprimierungslose Fördern können auch hochviskose und schersensible Medien gefördert bzw. abgefüllt werden. Die Pumpentechnik des Endloskolben-Prinzips weist zusätzliche Vorteile gegenüber anderen Dosiermechanismen auf. So kann zum Beispiel in über 95 % aller Anwendungen auf Abfüll- und Dosierventile völlig verzichtet werden. Durch einen Rückzug (Umkehrung der Drehrichtung des Dispensers) kommt es zu einem kontrollierten Fadenabriss und ein Nachtropfen wird verhindert. Dieser Vorteil ermöglicht u. a. die genaue Dosierung von fadenziehenden Gelen oder Harzen.

Ein weiterer Vorteil gegenüber Schlauch- und Kolbenpumpen ist die Möglichkeit, einen Bypass in die Pumpe zu integrieren. In diesem Bypass kann das Material während des Dosiervorgangs sowie bei Stillstand des Systems in Bewegung gehalten werden. Bei kritischen Anwendungen verhindert dies eine Sedimentation in der Pumpenzuführung. Der in der Abbildung dargestellte Volumenstrom bietet zusätzlich die Möglichkeit, die Pumpe zu entlüften.

Suspensionen für die Blisterabfüllung, halbautomatisch

Suspensionen für die Blisterabfüllung, halbautomatisch

Eine typische Anwendung von Suspensionen ist die Dosierung von pharmazeutischen Produkten in Blisterformen. Die Produkte der Firma ViscoTec werden für diesen Zweck bereits in verschiedenen Produktionsbetrieben erfolgreich eingesetzt. In einem konkreten Anwendungsfall konnte die Sedimentation durch die Verwendung der Dosiertechnik von ViscoTec reduziert und die Langlebigkeit der Dosierpumpe verbessert werden. Die hier eingesetzten Dosierpumpen entsprechen den Anforderungen der GMP- und FDA-Guidelines. Somit wird auch der Reinigung und Dokumentation entsprechend Beachtung geschenkt. Der Dispenser kann nach seinem Einsatz in unter einer Minute werkzeuglos zerlegt werden und kann in Reinigungsbädern oder auch in automatisierten Spülern gereinigt sowie in einem Autoklav sterilisiert werden.

Weitere Informationen zur Dosierung und Abfüllung hochviskoser Pharmazeutika finden Sie hier.

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