Die Außenreinigung von Pharma-Packmitteln wie Flaschen, Vials und Karpulen nach dem Abfüllen verhindert, dass eventuell anhaftende Produktreste zu einer Gefahr für Mensch und Umwelt werden. Dieser bisher flüssigkeitsbasierte Prozess verbraucht enorme Mengen Energie und Wasser und verursacht hohe Kosten. Um eine sichere aber ressourcenschonendere Lösung bieten zu können, beteiligte sich ein führender Hersteller von Fill- und Finish-Anlagen an einem Verbundprojekt, in dem die Eignung der quattroClean-Schneestrahltechnologie untersucht wurde. Die Ergebnisse belegen, dass das nachhaltige Reinigungsverfahren alle Anforderungen der Pharmaindustrie erfüllt. Eine parallel durchgeführte Basisvalidierung vereinfacht die Zulassung des Verfahrens nach FDA- und GMP-Regularien.
Die Herausforderungen des weltweiten Marktes annehmen und ihnen mit technisch und ökonomisch besten Lösungen gerecht werden, entsprechend diesem Unternehmensziel konstruiert, baut und vertreibt die Bausch+Ströbel SE + Co. KG seit 1967 Verpackungs- und Produktionssysteme für die pharmazeutische und artverwandte Industrie. Aus anfänglich vier Beschäftigten entstand eine international tätige Unternehmensgruppe mit rund 2.800 Mitarbeitenden und einem Exportanteil von über 90 %, die heute zu den Weltmarktführern im pharmazeutischen Verpackungsbereich zählt.
Hightech-Verpackungslösungen inklusive Außenreinigung nach dem Abfüllen
Auf den kundenspezifisch ausgelegten Fill- und Finish-Anlagen werden hochwertige flüssige und pulverförmige Arzneimittel in Vials, Flaschen, Spritzen oder Karpulen vollautomatisiert abgefüllt. Dies beginnt beim Reinigen und Sterilisieren der Objekte und geht bis hin zum Etikettieren oder der Spritzenmontage.
„Durch den Trend zum Einsatz immer hochpotenterer Wirkstoffe besteht die Möglichkeit, dass die Außenseiten der Behältnisse nach dem Abfüllen mit einem potenziell gefährlichen Stoff benetzt sein könnten. Wir verzeichnen deshalb eine steigende Nachfrage nach Lösungen für eine Außenreinigung nach dem Abfüllen. Dabei sind nicht nur zunehmend höhere Anforderungen an die Reinigungsqualität zu erfüllen, sondern die zuverlässige Entfernung von Produktresten auch nachzuweisen“, berichtet Werner Iländer, Gruppenleiter Research, Technology, Pharma Services bei Bausch+Ströbel.
Trockene Schneestrahltechnologie statt hochreinem Wasser
Die Außenreinigung erfolgt bisher üblicherweise flüssigkeitsbasiert durch Abspritzen mit hochreinem Wasser und anschließendem Trocknen mit reiner Druckluft. Dafür muss eine große Menge Wasser energieintensiv aufbereitet und je nach abgefülltem Produkt als Sondermüll entsorgt werden. Daraus resultieren einerseits hohe Betriebskosten für die Kunden. Andererseits ein verschwenderischer Umgang mit der Ressource Trinkwasser, was in manchen Regionen der Erde bereits problematisch ist. „Aus diesen Gründen haben wir uns nach einem alternativen Reinigungsverfahren umgeschaut, mit der dieser Prozess kosteneffizienter und ressourcensparender sowie mit einem geringeren CO2-Fußabdruck durchgeführt werden kann. Mit der trockenen quattroClean-Schneestrahlreinigungstechnologie von acp systems beschäftigten wir uns bereits seit einiger Zeit und wussten, dass damit abhängig von der zu entfernenden Substanz sehr hohe Sauberkeitslevels erreicht werden können. Allerdings lagen uns keine validen Daten zur Materialverträglichkeit des Verfahrens vor“, beschreibt Werner Iländer die Ausgangssituation.
Bei der quattroClean-Schneestrahlreinigung handelt sich um ein trockenes Reinigungsverfahren für ganzflächige und lokale Anwendungen, das sich einfach in vollautomatisierte Fertigungslinien integrieren lässt. Reinigungsmedium ist flüssiges, recyceltes Kohlendioxid, das als Nebenprodukt bei industriellen Prozessen entsteht und unter anderem in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz kommt. Das flüssige CO2 wird durch eine verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse geleitet und entspannt beim Austritt zu feinen Schneekristallen. Diese bündelt ein separater, ringförmiger Druckluft-Mantelstrahl. Auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, entwickelt der gut fokussierbare Schnee-Druckluftstrahl beim Auftreffen auf die zu reinigende Oberfläche eine Kombination aus thermischem, mechanischem, Lösemittel- und Sublimationseffekt, auf der die Reinigungswirkung basiert. Entfernte Kontaminationen werden in der kompakten Reinigungszelle abgesaugt, eine Rückverschmutzung der Teile sowie Verunreinigung der Umgebung wird damit verhindert. Da das kristalline Kohlendioxid während des Prozesses vollständig sublimiert, sind die rückstandsfrei gereinigten Flächen trocken – aufwendige sowie energieintensive Spül- und Trocknungsprozesse entfallen.
Verbundprojekt bringt erforderliche Nachweise
Daher überlegte man bei Bausch+Ströbel auch nicht lange, sich an einem von Invest BW geförderten Verbundprojekts mit insgesamt fünf Industriepartnern sowie den Instituten Fraunhofer IPA und NMI der Universität Tübingen zu beteiligen, in dem die Materialverträglichkeit und Zytotoxizität dieser Reinigungstechnologie auf diversen, produkttypischen Oberflächen von Medizin- und Pharmaprodukten untersucht wurde.
„In diesem Projekt ging es vor allem um den Nachweis, dass durch die mechanischen Kräfte der Schneekristalle die Oberfläche der Objekte nicht verändert, beeinträchtigt oder beschädigt wird. Darüber hinaus sollte festgestellt werden, ob die thermische Belastung und/oder die chemischen Eigenschaften des Kohlendioxids die Oberflächen beziehungsweise die Biokompatibilität der Materialen beeinflusst, beispielsweise durch Freisetzen von zytotoxischen Materialbestandteilen“, konkretisiert der Gruppenleiter.
Neben Vials aus Glas wurden Prüfkörper aus Edelstahl 1.4301 und 1.4305 mit unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten sowie aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyether (PE), Polyoxymethylen (POM), Nitinol und Cobalt-Chrom in die Untersuchungen einbezogen.
Für die Bewertung der Testreihen wurden die Oberflächen der Prüfkörper durch das Fraunhofer IPA im Ausgangszustand und nach der Reinigung mikroskopisch (Licht- und/oder Rasterelektronenmikroskop) untersucht. Die trockene Strahlreinigung erfolgte unter Worst-Case-Bedingungen: Die Prüflinge wurden mittig und am Rand mit dem CO2-Schnee mit hohem Druck von zwölf bar für zehn Sekunden kontinuierlich lokal bestrahlt. Bei der anschließenden mikroskopischen Untersuchung der Glasvials wurde keine Rissbildung festgestellt und es wurde keine Ausbreitung bestehender Risse beobachtet. Mit Hilfe eines fluoreszierenden Eindringmittels konnte auch nachgewiesen werden, dass die Schneekristalle keine zusätzlichen Spannungen im Glas verursachen. Ebenfalls führte die abrupte Kälteeinwirkung und das anschließende Erwärmen der Vials auf Umgebungstemperatur zu keinen Mikrorissen. Darüber hinaus belegten In-vitro-Zytotoxizitätsuntersuchen nach DIN EN ISO 10993-12: 2021-05 und DIN EN ISO 10993-12: 2021-08, dass es durch den CO2-Schnee zu keinen negativen Einflüssen auf die Zellvitalität kommt. Die durchgeführten VOC- und SVOC-Analysen gemäß ISO 16017-1 ergaben Tenax-Werte im beziehungsweise unter dem Bereich der Messgrenzen.
GMP- und FDA-konformes Verfahren
Damit besitzt das Verfahren alle in der Pharmaindustrie in diesem Bereich geforderten Eigenschaften und ist hinsichtlich der Materialverträglichkeit auch GMP- und FDA-konform, so dass praktisch eine Basis-Validierung vorliegt. „In diesem Projekt konnten wir die für unsere Kunden wesentlichen Daten generieren und eine grundlegende Lösung erarbeiten. Als nächsten Schritt werden wir uns jetzt an die Umsetzung in ein marktreifes Produkt machen, mit dem die Betriebskosten und der Ressourcenverbrauch bei der Außenreinigung anwendungsspezifisch signifikant verringert werden können“, ergänzt Werner Iländer.
Kontakte:
acp systems AG, 71254 Ditzingen, Deutschland, Telefon +49 7156 480140,
info@acp-systems.com, www.acp-systems.com
Bausch+Ströbel SE + Co. KG, Werner Iländer, 74532 Ilshofen, Deutschland,
Telefon +49 7904 7010, info@bausch-stroebel.de, www.bausch-stroebel.com
Autor: Doris Schulz
Die Herausforderungen des weltweiten Marktes annehmen und ihnen mit technisch und ökonomisch besten Lösungen gerecht werden, entsprechend diesem Unternehmensziel konstruiert, baut und vertreibt die Bausch+Ströbel SE + Co. KG seit 1967 Verpackungs- und Produktionssysteme für die pharmazeutische und artverwandte Industrie. Aus anfänglich vier Beschäftigten entstand eine international tätige Unternehmensgruppe mit rund 2.800 Mitarbeitenden und einem Exportanteil von über 90 %, die heute zu den Weltmarktführern im pharmazeutischen Verpackungsbereich zählt.
Hightech-Verpackungslösungen inklusive Außenreinigung nach dem Abfüllen
Auf den kundenspezifisch ausgelegten Fill- und Finish-Anlagen werden hochwertige flüssige und pulverförmige Arzneimittel in Vials, Flaschen, Spritzen oder Karpulen vollautomatisiert abgefüllt. Dies beginnt beim Reinigen und Sterilisieren der Objekte und geht bis hin zum Etikettieren oder der Spritzenmontage.
„Durch den Trend zum Einsatz immer hochpotenterer Wirkstoffe besteht die Möglichkeit, dass die Außenseiten der Behältnisse nach dem Abfüllen mit einem potenziell gefährlichen Stoff benetzt sein könnten. Wir verzeichnen deshalb eine steigende Nachfrage nach Lösungen für eine Außenreinigung nach dem Abfüllen. Dabei sind nicht nur zunehmend höhere Anforderungen an die Reinigungsqualität zu erfüllen, sondern die zuverlässige Entfernung von Produktresten auch nachzuweisen“, berichtet Werner Iländer, Gruppenleiter Research, Technology, Pharma Services bei Bausch+Ströbel.
Trockene Schneestrahltechnologie statt hochreinem Wasser
Die Außenreinigung erfolgt bisher üblicherweise flüssigkeitsbasiert durch Abspritzen mit hochreinem Wasser und anschließendem Trocknen mit reiner Druckluft. Dafür muss eine große Menge Wasser energieintensiv aufbereitet und je nach abgefülltem Produkt als Sondermüll entsorgt werden. Daraus resultieren einerseits hohe Betriebskosten für die Kunden. Andererseits ein verschwenderischer Umgang mit der Ressource Trinkwasser, was in manchen Regionen der Erde bereits problematisch ist. „Aus diesen Gründen haben wir uns nach einem alternativen Reinigungsverfahren umgeschaut, mit der dieser Prozess kosteneffizienter und ressourcensparender sowie mit einem geringeren CO2-Fußabdruck durchgeführt werden kann. Mit der trockenen quattroClean-Schneestrahlreinigungstechnologie von acp systems beschäftigten wir uns bereits seit einiger Zeit und wussten, dass damit abhängig von der zu entfernenden Substanz sehr hohe Sauberkeitslevels erreicht werden können. Allerdings lagen uns keine validen Daten zur Materialverträglichkeit des Verfahrens vor“, beschreibt Werner Iländer die Ausgangssituation.
Bei der quattroClean-Schneestrahlreinigung handelt sich um ein trockenes Reinigungsverfahren für ganzflächige und lokale Anwendungen, das sich einfach in vollautomatisierte Fertigungslinien integrieren lässt. Reinigungsmedium ist flüssiges, recyceltes Kohlendioxid, das als Nebenprodukt bei industriellen Prozessen entsteht und unter anderem in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz kommt. Das flüssige CO2 wird durch eine verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse geleitet und entspannt beim Austritt zu feinen Schneekristallen. Diese bündelt ein separater, ringförmiger Druckluft-Mantelstrahl. Auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, entwickelt der gut fokussierbare Schnee-Druckluftstrahl beim Auftreffen auf die zu reinigende Oberfläche eine Kombination aus thermischem, mechanischem, Lösemittel- und Sublimationseffekt, auf der die Reinigungswirkung basiert. Entfernte Kontaminationen werden in der kompakten Reinigungszelle abgesaugt, eine Rückverschmutzung der Teile sowie Verunreinigung der Umgebung wird damit verhindert. Da das kristalline Kohlendioxid während des Prozesses vollständig sublimiert, sind die rückstandsfrei gereinigten Flächen trocken – aufwendige sowie energieintensive Spül- und Trocknungsprozesse entfallen.
Verbundprojekt bringt erforderliche Nachweise
Daher überlegte man bei Bausch+Ströbel auch nicht lange, sich an einem von Invest BW geförderten Verbundprojekts mit insgesamt fünf Industriepartnern sowie den Instituten Fraunhofer IPA und NMI der Universität Tübingen zu beteiligen, in dem die Materialverträglichkeit und Zytotoxizität dieser Reinigungstechnologie auf diversen, produkttypischen Oberflächen von Medizin- und Pharmaprodukten untersucht wurde.
„In diesem Projekt ging es vor allem um den Nachweis, dass durch die mechanischen Kräfte der Schneekristalle die Oberfläche der Objekte nicht verändert, beeinträchtigt oder beschädigt wird. Darüber hinaus sollte festgestellt werden, ob die thermische Belastung und/oder die chemischen Eigenschaften des Kohlendioxids die Oberflächen beziehungsweise die Biokompatibilität der Materialen beeinflusst, beispielsweise durch Freisetzen von zytotoxischen Materialbestandteilen“, konkretisiert der Gruppenleiter.
Neben Vials aus Glas wurden Prüfkörper aus Edelstahl 1.4301 und 1.4305 mit unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten sowie aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyether (PE), Polyoxymethylen (POM), Nitinol und Cobalt-Chrom in die Untersuchungen einbezogen.
Für die Bewertung der Testreihen wurden die Oberflächen der Prüfkörper durch das Fraunhofer IPA im Ausgangszustand und nach der Reinigung mikroskopisch (Licht- und/oder Rasterelektronenmikroskop) untersucht. Die trockene Strahlreinigung erfolgte unter Worst-Case-Bedingungen: Die Prüflinge wurden mittig und am Rand mit dem CO2-Schnee mit hohem Druck von zwölf bar für zehn Sekunden kontinuierlich lokal bestrahlt. Bei der anschließenden mikroskopischen Untersuchung der Glasvials wurde keine Rissbildung festgestellt und es wurde keine Ausbreitung bestehender Risse beobachtet. Mit Hilfe eines fluoreszierenden Eindringmittels konnte auch nachgewiesen werden, dass die Schneekristalle keine zusätzlichen Spannungen im Glas verursachen. Ebenfalls führte die abrupte Kälteeinwirkung und das anschließende Erwärmen der Vials auf Umgebungstemperatur zu keinen Mikrorissen. Darüber hinaus belegten In-vitro-Zytotoxizitätsuntersuchen nach DIN EN ISO 10993-12: 2021-05 und DIN EN ISO 10993-12: 2021-08, dass es durch den CO2-Schnee zu keinen negativen Einflüssen auf die Zellvitalität kommt. Die durchgeführten VOC- und SVOC-Analysen gemäß ISO 16017-1 ergaben Tenax-Werte im beziehungsweise unter dem Bereich der Messgrenzen.
GMP- und FDA-konformes Verfahren
Damit besitzt das Verfahren alle in der Pharmaindustrie in diesem Bereich geforderten Eigenschaften und ist hinsichtlich der Materialverträglichkeit auch GMP- und FDA-konform, so dass praktisch eine Basis-Validierung vorliegt. „In diesem Projekt konnten wir die für unsere Kunden wesentlichen Daten generieren und eine grundlegende Lösung erarbeiten. Als nächsten Schritt werden wir uns jetzt an die Umsetzung in ein marktreifes Produkt machen, mit dem die Betriebskosten und der Ressourcenverbrauch bei der Außenreinigung anwendungsspezifisch signifikant verringert werden können“, ergänzt Werner Iländer.
Kontakte:
acp systems AG, 71254 Ditzingen, Deutschland, Telefon +49 7156 480140,
info@acp-systems.com, www.acp-systems.com
Bausch+Ströbel SE + Co. KG, Werner Iländer, 74532 Ilshofen, Deutschland,
Telefon +49 7904 7010, info@bausch-stroebel.de, www.bausch-stroebel.com
Autor: Doris Schulz
