Sähköisen tomografiakuvantamisen avulla voidaan monitoroida farmasianteollisuuden valmistusprosessien etenemistä

Väitös fysiikan alalta

Väittelijä DI Ville Rimpiläinen

Väitösaika ja -paikka 18.5.2012 klo 12.00, L22, Snellmania, Kuopion kampus

Diplomi-insinööri Ville Rimpiläisen väitöskirjatyössä kuvataan, miten sähköistä tomografiakuvantamista voidaan käyttää hyödyksi farmasian tekniikan valmistus- ja testausprosessien monitoroinnissa. Erityisesti työssä esitetään, miten kolmessa eri tapaustutkimuksessa muodostetaan prosessiin sopiva monitorointisignaali ja miten tomografiatekniikka ylipäänsä implementoidaan kuhunkin prosessiin.

Modernit mittaustekniikat tuovat uusia mahdollisuuksia prosessien hallintaan

Viime vuosina farmasian teollisuudessa on kiinnitetty huomiota vanhentuneisiin, mutta edelleen käytössä oleviin valmistus- ja mittaustekniikoihin. Monissa tapauksissa modernien mittaustekniikoiden avulla voitaisiin paremmin monitoroida valmistusprosesseja ja siten myös tehostaa niiden toimintaa. Väitöskirjatyössä tutkittiin kapasitanssitomografian ja impedanssitomografian käyttöä kolmen eri farmasian tekniikassa käytetyn prosessin monitorointiin.

Tomografia paljastaa kohteen sähköiset ominaisuudet

Sähköisen tomografiakuvantamisen toimintaperiaate on seuraavanlainen: ensin tutkittavan kohteen ulkopinnalle asennetaan metallisia elektrodeja, joita seuraavassa vaiheessa käytetään hyväksi sähköisten mittausten tekemiseen ja lopuksi kerätyn mittausdatan sekä matemaattisten algoritmien avulla muodostetaan tomografiakuva kohteesta. Lopputuloksena saatava kaksi- tai kolmiulotteinen tomografiakuva esittää kohteen sähköisiä ominaisuuksia ja niiden tilajakaumaa.

Tapaustutkimukset osoittavat tomografiatekniikoiden hyödyt

Ensimmäisessä tapaustutkimuksessa käsiteltiin high-shear -rakeistusta. Siinä jauhemaisessa muodossa olevat tablettien raaka-aineet prosessoidaan sekoittimessa nopeasti liikkuvien siivekkeiden ja sidosnesteen avulla jauhepartikkeleita hieman suuremmiksi rakeiksi, joita on jauheita helpompi jatkokäsitellä. Väitöskirjatyössä havaittiin, että kapasitanssitomografian avulla pystyttiin seuraamaan rakeistuksen etenemistä sekä erottamaan prosessin eri vaiheet toisistaan.

Leijupetikuivaus on rakeistusta seuraava prosessi, jossa märät rakeet kuivataan leijupetikuivaimessa lämpimän ilmavirran avulla. Tässä tapaustutkimuksessa havaittiin, että kapasitanssitomografiaa pystyttiin käyttämään sekä kolmiulotteisen kosteusjakauman että materiaalin hydrodynaamisen tilan ja tilamuutosten määrittämiseen prosessin aikana.

Kolmannessa tapaustutkimuksessa käsiteltiin tablettien lääkkeenvapautumiskoetta, jota käytetään sekä tuotekehitys- että laadunvarmistustarkoituksiin. Siinä valmiin tabletin lääkkeenvapautumisominaisuuksia tutkitaan upottamalla tabletti dissoluutionesteeseen, jota sekoitetaan vakioiduissa olosuhteissa. Väitöskirjatyössä havaittiin, että impedanssitomografialla pystyttiin seuraamaan lääkekonsentraation muutoksia kolmiulotteisesti. Lisäksi pystyttiin arvioimaan konsentraatiojakauman homogeenisuutta sekä määrittämään rikkoutumaan suunniteltujen tablettien halkeamisajankohta.

Diplomi-insinööri Ville Rimpiläisen väitöskirja Electrical Tomography Imaging in Pharmaceutical Processes (Farmasian prosessien sähköinen tomografiakuvantaminen) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä on professori Frantisek Stepanek Prahan Kemiantekniikan instituutista (Institute of Chemical Technology, Prague) ja kustoksena professori Marko Vauhkonen Itä-Suomen yliopistosta.

Väittelijän painokelpoinen kuva löytyy osoitteesta: http://www.uef.fi/vaitoskuvat

Lisätietoja: Ville Rimpiläinen, p. 040 355 2069, ville.rimpilainen@uef.fi 11.5.2012

© Itä-Suomen yliopisto Palaute