Forscher verbessern Kugelbildung für Medikamenten-Kapseln
Viele Medikamente sind in Form von Kapseln erhältlich. Darin befinden sich Kügelchen, in denen der Wirkstoff enthalten ist. Mit dem Produktionsverfahren solcher Kugeln beschäftigen sich Forscher an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) mit Kollegen der Technischen Universität Dortmund. Zum Einsatz kommt dabei ein sogenannter Sphäronisator, der die Kugeln formt. Die Ingenieure arbeiten daran, diesen Prozess zu verbessern und untersuchen, welche Parameter die Kugelbildung fördern. Dabei nutzen sie auch Computersimulationen.
Professor Sergiy Antonyuk (li.) und Dominik Weis arbeiten daran, die Prozesse der Kugelbildung im Sphäronisator zu verbessern.
TUK/Thomas Koziel
Oft kommen Arzneimittel als Kapseln in die Apotheke, in denen eine Vielzahl winziger Kugeln enthalten ist. Als Ausgangssubstanz dienen dabei meist zylindrisch geformte Pellets, die aus verschiedenen kleinen Partikeln besteht. Um in Medikamenten Verwendung zu finden, müssen sie aber aufbereitet werden.
Dabei bietet sich die Kugelform aus zwei Gründen an, wie Professor Dr. Sergiy Antonyuk vom Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik an der TU Kaiserslautern erläutert: „Die gleichen Kugeln enthalten immer dieselbe Menge Wirkstoff. Zum anderen spielt auch die Größe der Kugeloberfläche bei der Produktion eine Rolle.“ Denn bevor die Kügelchen in eine Kapsel gefüllt werden, werden sie noch mit einer speziellen Beschichtung überzogen. „Diese macht sie entweder haltbar gegenüber der Magensäure oder sorgt dafür, dass die ihre Wirkung erst nach einer gewissen Zeit entfalten“, so der Professor weiter. Für die pharmazeutische Industrie ist es somit einfacher, genau zu berechnen, wie viel sie davon verwenden muss.
Um die Kugeln herzustellen, nutzt die Industrie einen Sphäronisator. Auch auf dem Kaiserslauterer Campus kommt ein solcher Apparat zum Einsatz. Die Forscher arbeiteten daran, die Bildung der Kugeln weiter zu verbessern. Die Technik ähnelt einer Salatschleuder oder einer rotierenden Schüssel. Das Besondere dabei: Der Boden des Sphäronisators weist eine raue Oberfläche auf. „Diese kleinen pyramidenähnlichen Erhebungen sorgen für eine hohe Reibung und letztlich dafür, dass sich aus den Pellets, in Fachkreisen auch Extrudat genannt, innerhalb von ungefähr 15 Minuten Kugeln bilden“, sagt Dominik Weis, der im Rahmen seiner Promotion an diesem Projekt forscht, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird. Die Anlage dreht sich dabei zwischen 1200 und 1600-mal in der Minute. „Dies lässt sich je nach Bedarf einstellen“, erläutert Denis Goldnik, der auch am Vorhaben beteiligt ist.
Die Forscher möchten herausfinden, wie die Parameter bei diesem Verfahren gestaltet sein müssen, damit der Prozess optimal abläuft und somit zum Beispiel auch weniger Materialausschuss übrig bleibt und weniger Energie verbraucht wird. „Neben den Untersuchungen im Labor nutzen wir Computersimulationen, in denen wir verschiedene Situationen einfacher durchspielen können und etwa Parameter wie Geschwindigkeit oder Füllgrad variieren können“, so Goldnik weiter.
Die Kaiserslauterer Ingenieure vom Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik arbeiten dabei eng mit Kollegen um Professor Dr. Markus Thommes von der TU Dortmund zusammen, die ihnen die Ausgangsmaterialien für die Experimente sowie experimentelle Daten für die Simulationen zur Verfügung stellen.
Auf der Prozesstechnik-Messe Achema in Frankfurt stellen die Forscher der TU Kaiserslautern ihr Projekt und einen Sphäronisator vor.
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