Pharma-verpakkingsmiddelen na het vullen veilig en milieuvriendelijk reinigen

Om ervoor te zorgen dat stoffen die mogelijk aan de buitenkant van vials terechtkomen tijdens het vullen geen gevaar vormen voor mens en milieu, wordt steeds vaker een externe reiniging van de containers uitgevoerd. (Beeldbron: Bausch+Ströbel)

Met het doel om het verbruik van hulpbronnen bij het reinigen van medische en farmaceutische producten aanzienlijk te verminderen, zijn de materiaaleigenschappen en cytotoxiciteit van de droge quattroClean-sneeuwstraalreiniging succesvol onderzocht in een samenwerkingsproject. (Beeldbron: acp Systems)

De microscoopopnames van vials met bestaande beschadigingen tonen aan dat de defecten vóór (links) en na (rechts) de Worst Case-reiniging met de CO2-ijs niet zijn veranderd. (Beeldbron: Fraunhofer IPA)

Onderzoekresultaten met verschillende teststoffen vóór en na de reiniging. (Beeldbron: Bausch+Ströbel)

De buitenreiniging van farmaceutische verpakkingsmiddelen zoals flessen, vials en karpulen na het vullen voorkomt dat eventueel achtergebleven productresten een gevaar voor mens en milieu vormen. Dit tot nu toe vloeistofgebaseerde proces verbruikt enorme hoeveelheden energie en water en brengt hoge kosten met zich mee. Om een veilige maar meer hulpbronnenefficiënte oplossing te bieden, participeerde een toonaangevende fabrikant van fill- en finish-installaties in een samenwerkingsproject waarin de geschiktheid van de quattroClean-sneeuwstraaltechnologie werd onderzocht. De resultaten bewijzen dat de duurzame reinigingsmethode aan alle eisen van de farmaceutische industrie voldoet. Een parallel uitgevoerde basisvalidatie vereenvoudigt de goedkeuring van de procedure volgens FDA- en GMP-regelgeving.

De uitdagingen van de wereldwijde markt accepteren en deze met technisch en economisch optimale oplossingen tegemoet treden, volgens dit bedrijfsdoel, bouwt en verkoopt Bausch+Ströbel SE + Co. KG sinds 1967 verpakkings- en productiesystemen voor de farmaceutische en verwante industrie. Uit aanvankelijk vier werknemers is een internationaal opererende groep met circa 2.800 medewerkers en een exportaandeel van meer dan 90% ontstaan, die tegenwoordig tot de wereldleiders in de farmaceutische verpakkingssector behoort.

Hightech-verpakkingsoplossingen inclusief buitenreiniging na het vullen

Op maat gemaakte fill- en finish-installaties worden gebruikt om hoogwaardige vloeibare en poedervormige geneesmiddelen volledig automatisch te vullen in vials, flessen, spuiten of karpulen. Dit begint bij het reinigen en steriliseren van de objecten en gaat tot het etiketteren of het monteren van spuiten.

„Door de trend naar het gebruik van steeds krachtiger werkzame stoffen bestaat de mogelijkheid dat de buitenkanten van de verpakkingen na het vullen met een potentieel gevaarlijke stof kunnen worden bevlekt. Daarom zien we een toenemende vraag naar oplossingen voor buitenreiniging na het vullen. Hierbij moeten niet alleen steeds hogere eisen aan de reinigingskwaliteit worden gesteld, maar ook moet de betrouwbare verwijdering van productresten kunnen worden aangetoond“, vertelt Werner Iländer, groepsleider Research, Technology, Pharma Services bij Bausch+Ströbel.

Droog sneeuwstraaltechnologie in plaats van hoogwaardig water

De buitenreiniging gebeurt momenteel meestal vloeistofgebaseerd door te spuiten met hoogwaardig water en daarna te drogen met zuivere perslucht. Hiervoor moet een grote hoeveelheid water energie-intensief worden behandeld en, afhankelijk van het gevulde product, als gevaarlijk afval worden afgevoerd. Dit leidt enerzijds tot hoge bedrijfskosten voor de klanten. Anderzijds tot een verspilling van de hulpbron drinkwater, wat in sommige regio’s van de wereld al problematisch is. „Om deze redenen hebben we gezocht naar een alternatieve reinigingsmethode waarmee dit proces kostenefficiënter en hulpbronnensparender kan worden uitgevoerd, met een kleinere CO2-voetafdruk“, aldus Werner Iländer. „We waren al enige tijd bezig met de droge quattroClean-sneeuwstraalreinigingstechnologie van acp systems en wisten dat hiermee afhankelijk van de te verwijderen stof zeer hoge reinheidsniveaus kunnen worden bereikt. Maar we hadden geen valide gegevens over de materiaaleigenschappen van de procedure“, beschrijft Iländer de uitgangssituatie.

Bij de quattroClean-sneeuwstraalreiniging gaat het om een droog reinigingsproces voor vlakke en lokale toepassingen dat eenvoudig in volledig geautomatiseerde productielijnen kan worden geïntegreerd. Het reinigingsmedium is vloeibaar, gerecycled kooldioxide dat ontstaat als bijproduct bij industriële processen en onder andere in de levensmiddelenindustrie wordt gebruikt. Het vloeibare CO2 wordt door een onderhoudsvrije tweefasige ringdüse geleid en ontspant bij het verlaten tot fijne sneeuwkristallen. Deze worden gebundeld door een aparte, ringvormige persluchtmantelstraal. Op supersonische snelheid versneld, ontwikkelt de goed te richten sneeuw-persluchtstraal bij het raken van het te reinigen oppervlak een combinatie van thermisch, mechanisch, oplosmiddel- en sublimatie-effect, waarop de reinigingswerking is gebaseerd. Verwijderde contaminaties worden in de compacte reinigingscel afgezogen, waardoor herbesmetting van de onderdelen en vervuiling van de omgeving wordt voorkomen. Omdat het kristallijne kooldioxide tijdens het proces volledig sublimeert, blijven de gereinigde oppervlakken droog – uitgebreide en energie-intensieve spoel- en droogprocessen komen te vervallen.

Samenwerkingsproject levert noodzakelijke bewijzen

Daarom overwoog Bausch+Ströbel niet lang om deel te nemen aan een door Invest BW gesubsidieerd samenwerkingsproject met in totaal vijf industriële partners en de instituten Fraunhofer IPA en NMI van de Universiteit Tübingen, waarin de materiaaleigenschappen en cytotoxiteit van deze reinigingstechnologie op diverse, producttype-specifieke oppervlakken van medische en farmaceutische producten werden onderzocht.

„In dit project ging het vooral om het bewijs dat de mechanische krachten van de sneeuwkristallen het oppervlak van de objecten niet veranderen, beschadigen of aantasten. Daarnaast moest worden vastgesteld of de thermische belasting en/of de chemische eigenschappen van het kooldioxide de oppervlakken of de biocompatibiliteit van de materialen beïnvloeden, bijvoorbeeld door het vrijmaken van cytotoxische materiaalcomponenten“, verduidelijkt de groepsleider.

Naast glazen vials werden proefstukken uit roestvrij staal 1.4301 en 1.4305 met verschillende oppervlakken, evenals uit polyetheretherketon (PEEK), polyethyleen (PE), polyoxymethyleen (POM), Nitinol en Cobalt-Chroom in de onderzoeken betrokken. 

Voor de beoordeling van de testreeksen werden de oppervlakken van de proefstukken door het Fraunhofer IPA microscopisch onderzocht in de uitgangstoestand en na de reiniging (licht- en/of rasterelektronenmicroscoop). De droge straalreiniging werd onder worst-case omstandigheden uitgevoerd: de proefstukken werden centraal en aan de rand met de CO2-sneeuw met hoge druk van twaalf bar gedurende tien seconden continu lokaal bestraald. Bij het microscopisch onderzoek van de glazen vials werden geen scheurvorming vastgesteld en er werd geen uitbreiding van bestaande scheuren waargenomen. Met behulp van een fluorescerend indringmiddel kon ook worden aangetoond dat de sneeuwkristallen geen extra spanningen in het glas veroorzaken. Ook de plotselinge kou-inwerking en het daaropvolgende opwarmen van de vials tot kamertemperatuur leidden niet tot microcracks. Verder toonden in-vitro cytotoxiciteitstests volgens DIN EN ISO 10993-12: 2021-05 en DIN EN ISO 10993-12: 2021-08 aan dat er door de CO2-sneeuw geen negatieve invloed is op de celvitaliteit. De uitgevoerde VOC- en SVOC-analyses volgens ISO 16017-1 gaven Tenax-waarden die binnen of onder de meetgrenzen lagen.

GMP- en FDA-conform proces

Hiermee beschikt de procedure over alle eigenschappen die in de farmaceutische industrie in dit gebied worden geëist en is qua materiaaleigenschappen ook GMP- en FDA-conform, zodat er praktisch sprake is van een basisvalidatie. „In dit project hebben we de voor onze klanten essentiële gegevens kunnen genereren en een fundamentele oplossing ontwikkeld. Als volgende stap gaan we nu over tot de implementatie in een marktgereed product, waarmee de bedrijfskosten en het hulpbronnenverbruik bij buitenreiniging aanzienlijk kunnen worden verminderd“, voegt Werner Iländer toe.