Toistettavan prosessin saavuttaminen silikapohjaisten biomateriaalien valmistuksessa
Panosreaktorilla ja sumukuivauksella valmistettujen silikamikropartikkelien biohajoavuuden on havaittu olevan vaihtelevaa valmistusprosessin parametrien pysyessä samoina. Suuren partikkelien käyttötarpeen ja laadunvaihtelun vuoksi panosreaktorista haluttaisiin siirtyä tulppavirtausreaktoriin, jolla on todettu saavutettavan tasalaatuista lopputuotetta ja joka mahdollistaa suuremman tuotantomittakaavan. Suuren tarpeen vuoksi valmistusprosessin olisi hyvä olla toistettavaa, mutta mikä merkitys toistettavuudella on silikamikropartikkelien valmistuksessa ja miten prosessi voidaan saada toistettavaksi?
Silika biomateriaalina
Ennen varsinaista valmistusprosessin ja toistettavuuden käsittelyä käydään läpi biomateriaalina käytettävää silikaa. Silika on bioyhteensopiva materiaali, jota käytetään biomateriaalina kontrolloidussa lääkeannostelussa. Silikamikropartikkeleihin voidaan kapseloida lääkeainetta, joka vapautuu elimistöön tietyllä vapautumisnopeudella riippuen mikropartikkleien ominaisuuksista, muun muassa koko, huokoisuus ja biohajoavuusnopeus. Partikkelit voivat olla lääkeaineella ladattujen lisäksi myös plasebopartikkeleita, joita käytetään mm. in vivo-tutkimuksissa verrokkina sekä materiaalin biologisen turvallisuuden varmistamisessa.
Partikkelien valmistus ja karakterisointi
Opinnäytetyössä silikamikropartikkeleita valmistettiin sooli-geeli-prosessilla, jossa soolin kemiallinen reaktio perustuu metallialkoksidien hydrolyysiin sekä vesi- ja alkoholikondensaatioreaktioihin katalyytin läsnä ollessa. Soolin valmistuksen jälkeen sen pH säädettiin mikropartikkelien muodostumiselle ideaaliksi, minkä jälkeen sooli sumukuivattiin. Sumukuivaukssa muodostuneet mikropartikkelit kerättiin ja karakterisoitiin. Karakterisoinnissa määritettiin mikropartikkelien ominaisuudet, kuten partikkelikoko ja biohajoavuusnopeus. Karakterisoinnin jälkeen mikropartikkeleita voidaan käyttää niille soveltuviin jatkosovelluksiin.
Prosessin toistettavuuden merkitys
Silikamikropartikkelien valmistuksessa on monta vaihetta. Mitä useamman työvaiheen prosessi vaatii, sitä herkempi se on saannon laadulliselle vaihtelulle. Prosessin toistettavuudella on merkitystä saannon tasalaatuisuuden lisäksi tuotannon tehokkuuteen ja täten kustannuksiin. Tiedettäessä prosessin tuottavan kerta kerralta samanlaista lopputulosta, saadaan prosessista tehokas niin kustannusten kuin ajankäytönkin osalta.
Toistettavuuden saavuttaminen
Toistettava valmistusprosessi on saavutettavissa, kun prosessista poissuljetaan vaihtelevat muuttujat. Tätä ennen tulee määritellä, mitkä tekijät vaikuttavat toistettavuuteen. Silikamikropartikkelien tutkimuksessa todettiin mm. soolireaktion sekoittamisen vaikuttavan toistettavuuteen. Toistettava prosessi edellyttää toistettavaa soolia, ja jos ensimmäisen valmistusprosessin vaiheen havaitaan olevan herkkä muutoksille, on lopputuotteesta usean prosessivaiheen jälkeen hankala saada joka kerta tasalaatuista.
Kuten mainittu, toistettava valmistusprosessi on mahdollista saavuttaa poissulkemalla toistettavuuteen vaikuttavat muuttujat, joita itse valmistuksen lisäksi on valmistaja ja ympäristön olosuhteet. Toistettavuuden tutkimuksen perusteella todettiin prosessin olevan herkempi muutoksille, kuin mitä aiemmin oli todettu ja ratkaisuna ongelmaan olisi standardoitujen sekoittimien ja reaktoreiden käyttöönottaminen sekä työvaiheittain standarsoitu valmistusprosessi.
Lähteet:
Luoma, N. 2023. Silikamikropartikkelien valmistusprosessin toistettavuus ja siihen vaikuttavat tekijät – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.