Terahertz-Wellen im pharmazeutischen Herstellungsprozess

Ganzheitliche Analyse

11.12.2009 Der Einsatz von Terahertz-Strahlung bietet der pharmazeutischen Industrie einzigartige Möglichkeiten für die Untersuchung von Wirkstoffen und die Qualitätskontrolle schon während der Herstellung von Medikamenten. Die besondere Stärke der Terahertz-Messtechnik: Sie kann die Struktur von Tabletten und ihrer Ummantelung analysieren, ohne diese zu zerstören. So können kritische Qualitätsmerkmale pharmazeutischer Inhalts- und Hilfsstoffe wie Härte, Dichte, Manteldicke, Feuchtigkeitsgehalt sowie Partikelgröße und -temperatur überprüft werden.

Entscheider-Facts Für Anwender


  • Um pharmazeutische Herstellungsprozesse besser zu verstehen, zu messen und zu kontrollieren, insbesondere beim Pressen und Überziehen von Tabletten, wird das Verfahren Terahertz Pulsed Imaging (TPI) eingesetzt.
  • Mit Hilfe der Terahertz-Technologie soll es jetzt möglich sein, kritische Qualitätsmerkmale pharmazeutischer Inhalts- und Hilfsstoffe während der Produktion zu beobachten.
  • Solche Eigenschaften sind Härte, Dichte, Manteldicke, Feuchtigkeitsgehalt sowie Partikelgröße und -temperatur.
  • Die besondere Stärke der Terahertz-Messtechnik: Sie kann die Struktur von Tabletten und ihrer Ummantelung analysieren, ohne diese zu zerstören.
  • Der Einsatz der Terahertz-Technologie im Herstellungsprozess hilft Unternehmen somit, die Qualität von Pharmaprodukten zu verbessern und das Risiko der Nichteinhaltung von Vorschriften zu vermindern.

Pharmazeutische Unternehmen sehen sich einem zunehmendem Druck ausgesetzt, wenn es um das Einhalten geltender gesetzlicher Vorschriften geht. Die Prinzipien der Good Manufacturing Practice (GMP) ändern sich, und Process Analytical Technology (PAT), die Initiative der US Food and Drug Administration, wird auch in Deutschland und Europa zunehmend als regulatorische Herausforderung gesehen. PAT, 2002 ins Leben gerufen und Teil der FDA-Aktivitäten zur Erhöhung der Arzneimittelqualität im 21. Jahrhundert (Risk-based Approach to Pharmaceutical Current Good Manufacturing Practices [cGMP] for the 21st Century) dient als Katalysator für weitere Verbesserungen und Innovationen bei Herstellung und Kontrolle von Arzneimitteln.

Konztrollieren, ohne zu zerstören

Um pharmazeutische Herstellungsprozesse besser zu verstehen, zu messen und zu kontrollieren, insbesondere beim Pressen und Überziehen von Tabletten, wird das Verfahren Terahertz Pulsed Imaging (TPI) eingesetzt. Mit Hilfe der Terahertz-Technologie soll es jetzt möglich sein, kritische Qualitätsmerkmale pharmazeutischer Inhalts- und Hilfsstoffe während der Produktion zu beobachten. Solche Eigenschaften sind Härte, Dichte, Manteldicke, Feuchtigkeitsgehalt sowie Partikelgröße und -temperatur. Die besondere Stärke der Terahertz-Messtechnik: Sie kann die Struktur von Tabletten und ihrer Ummantelung analysieren, ohne diese zu zerstören.

Tera steht für eine Zahl mit zwölf Nullen, Terahertz bezeichnet demnach eine Frequenz von tausend Milliarden Schwingungen pro Sekunde. Terahertz-Strahlung liegt damit im elektromagnetischen Spektrum zwischen der Infrarot- und der Mikrowellen-Strahlung und vereinigt Vorteile der beiden angrenzenden spektralen Bereiche: Sie besitzt hohe Eindringtiefe und geringe Streuung bei gleichzeitig guter räumlicher Auflösung. Im Gegensatz beispielsweise zu Röntgenstrahlung löst aber Terahertz-Strahlung keine Veränderung in der chemischen Struktur hervor und ist daher unbedenklich für den Menschen. Während aber der größte Teil des elektromagnetischen Spektrums technisch längst genutzt wird, werden Terahertz-Wellen bisher kaum eingesetzt. Der Grund: Der Bau von Sendern und Empfängern war bislang technisch aufwendig und teuer. Doch während die Geräteentwicklung noch am Anfang steht, halten viele Fachleute die Terahertz-Messtechnik bereits für eine Zukunftstechnologie. Die „Technology Review“ des renommierten Massachusetts Institute of Technology MIT reihte die im Englischen „T-Ray“ genannte Strahlung schon 2004 unter den zehn neuen Technologien ein, die unser Leben verändern werden. Denn seit den ersten Forschungen vor fast 20 Jahren hat das Thema stark an Dynamik gewonnen und die Technologie sich vom Status eines reinen Forschungstools verabschiedet. Aktuell hat sie einen Entwicklungsstand erreicht, die sie für industrielle Anwendungen interessant macht.

Detaillierte Informationen überinnere Struktur

Der In-situ-Einsatz der Terahertz-Technologie beim Pressen und Beschichten von Tabletten ist bislang einzigartig, obwohl keine andere Technologie derart detaillierte Informationen über die innere Struktur von Tabletten mit Hilfe einer zerstörungsfreien Methode und in Echtzeit liefern kann. In Testläufen haben die Sensoren bewiesen, dass sie schnell und präzise die Beschichtungsdicke von Tabletten messen können, die sich in rasender Geschwindigkeit in einer Wirbelschichtanlage bewegen. Hierbei wird das Prinzip der Pulszeitanalyse angewendet: Hohlräume oder Fremdkörper können durch die veränderte Absorption oder durch die dadurch verursachte Zeitverzögerung des Pulses erkannt werden. Mit Hilfe dieses Prinzips lässt sich auch die Stärke von Beschichtungen bestimmen.

Die Terahertz-Technologie ermöglicht es somit, einen beträchtlichen Teil der gesamten Produktionsmenge zu prüfen und gegebenenfalls in das Produktionssystem zurückzuführen. Ihr Einsatz im Herstellungsprozess hilft Unternehmen somit, die Qualität von Pharmaprodukten zu verbessern und das Risiko der Nichteinhaltung von Vorschriften zu vermindern. Dies führt einerseits zu sicheren Medikamenten, anderseits können Hersteller neu entwickelte Produkte schneller testen, in den Markt einführen und gleichzeitig eine höhere Produktionsqualität erreichen. In zahlreichen Studien in Kooperation mit der FDA und großen Pharma-Unternehmen hat die Terahertz-Technologie bewiesen, dass sie strukturelle und chemische Informationen über die Inhalte von Tabletten und Kapseln liefern kann, die durch die üblicherweise eingesetzten Messtechniken nicht erreicht werden können. Eine FDA Studie hat 2007 bereits bestätigt, dass der Einsatz der Terahertz-Technologie ein potenzieller Ersatz für die bislang geläufigen Nassauflösungtests sein kann – sowohl in der Produktentwicklung als auch in der Prozessanalyse.

Maximum an Qualitätskontrolle

An der Entwicklung sind neben verschiedenen Unternehmen auch die Fakultät für Chemische Verfahrenstechnik und Biotechnologie der Universität Cambridge sowie die Fakultät für elektronische und elektrische Verfahrenstechnik der Universität Liverpool beteiligt. Beide Institute sind weltweit führend in der Entwicklung neuer Terahertz-Anwendungen für den Pharma- und Werkstoffsektor. Darüber hinaus weisen sie bedeutende Erfolge in der Terahertz-Spektroskopie und Bildverarbeitung auf und sind über den Pharmaceutical Solid State Research Cluster eng in die pharmazeutische Festkörperforschung eingebunden. Mit dieser Erfahrung im Hintergrund wird es jetzt möglich sein, die nächste Generation Tabletten produzierender Anlagen zu entwickeln, die dem aktuell höchsten Niveau der Qualitätskontrolle entsprechen. Das Projekt wird durch ein Programm des Technology Strategy Board der britischen Regierung gefördert, das Innovationen in neuartigen Technologien unterstützen soll. Dieses Programm zielt besonders darauf, die Forderungen der US Food and Drug Administration (FDA) hinsichtlich der Process Analytical Technology (PAT) zu erfüllen.

Die Terahertz-Strahlung eignet sich für die Untersuchung von Wirkstoffen und die Qualitätskontrolle während der Produktion

Heftausgabe: November 2009
Thomas Hoffmann, freier Fachjournalist

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