トップスプレー造粒は、湿った粉末状原料から顆粒を生成するために、製薬業界で広く用いられている技術であり、流動層乾燥機内で行われます。粒子の破砕やバルク材の凝集（粘着）を防ぐためには、残留水分を規定範囲内に維持することが極めて重要です。近赤外分光法（NIRS）を用いることで、乾燥後の粉末中の残留水分をリアルタイムでモニタリングすることが可能です。
本プロセスアプリケーションノートでは、メトローム プロセス アナリティクスの2060 NIRアナライザーを用いて、パイロットスケールの造粒工程中における水分のインライン評価について詳しく解説しています。
2060 NIRアナライザーは、こうした用途に特化した流動層用プローブを用いることで、粉末中の残留水分を迅速に、試薬を使用せず、かつ非破壊で分析することが可能です。
トップスプレー造粒では、粉末を流動層乾燥機で流動化し、液体バインダー溶液を製品に噴霧します。液体を製剤に噴霧して顆粒を形成した後、適切な水分レベルまで製品を乾燥させる必要があります。
顆粒が過度に乾燥すると、流動層内での動きによって顆粒が破砕（望ましくない微粒子が生成）される可能性があり、一部の有効成分および賦形剤の水和変化により製剤に損傷を与える可能性があります。顆粒に残留水分が多すぎると、製品が適切に流動せず、凝集する可能性があります。これは、製品の粘着性や保管中の製品の不安定性など、その後の工程で問題を引き起こす可能性があります。
通常、サンプルは処理中にシーフサンプラー（粉体用サンプル治具）を用いて流動層から採取され、その後、オフラインでラボにて水分含有量を分析します。分析結果がオペレーターに届くまでのこの遅延により、重要な処理決定（例えば、乾燥工程の終了時期の決定）を、最適な製品水分情報なしに行うことになる可能性があります。トップスプレー造粒の完了は、水分含有量ではなく、時間や製品温度に基づいて決定されることがよくあります。
流動床乾燥機における乾燥プロセスは、近赤外分光法（NIRS）技術を用いることで、インラインで迅速にモニタリングできます。NIRSは、オペレーターが残留水分レベルを測定することで、プロセスの理解、制御、そして乾燥プロセスの終了判定を向上させるのに役立ちます。図1bは、NIRSで測定した水分含有量と時間の推移を示すトレンドチャートです。
これらの用途向けに特別に設計された流動床プローブは、「スプーン」とプローブ先端に設けられたパージベント（図1a）と共に使用されます。NIRスペクトルを収集するたびに、プローブのポートから排出されるエアパージによって「スプーン」が洗浄され、新しいサンプルが採取されます。
乾燥サイクル中に水分レベルが漸近的に下限値に近づいた時点で、乾燥工程の終了を判定できます。これにより、作業者は製品が損傷または劣化する前に乾燥工程を終了する判断を下すことができます。製品を次の工程に出荷する前に検査結果を待つことで生じる遅延を最小限に抑え、あるいは完全に排除することができます。
2060 NIRアナライザー（図2）の出力は、流動層乾燥機のプログラマブルロジックコントローラー（PLC）で使用されるか、SIPAT（Siemens Industrial Process Analytical Technology）に統合されて、クローズドループのプロセス制御判断に活用されます。再処理工程の削減により、時間とコストの両方が節約されるとともに、製品品質の向上はさらに高い利益につながる可能性があります。
分光法は、多くの湿式化学分析法に比べて多くの利点を備えています。NIRSは経済的かつ迅速で、非侵襲的かつ非破壊的なin-situ定性・定量分析を可能にします。間接試験法として、NIRSは主要な薬局方（例：Ph. Eur. 2.2.40、USP <1119>）すべてで推奨されており、連続プロセスやFDAのプロセス分析技術（PAT）イニシアチブにも最適です。
メトローム プロセス アナリティクスは、波長精度、再現性、および光度ノイズに関する高い基準を満たすさまざまなバージョンの2060 NIRアナライザーを提供しています。多数の参照標準とユーザーフレンドリーなソフトウェアにより、薬局方で規定された機器の要件を容易に確認することができます。
Visionソフトウェアの医薬品バージョンは、21 CFR Part 11に完全準拠し、完全に検証されています。メトローム・プロセス・アナリティクスは、完全なIQ/OQ文書と機器性能証明書も提供しています。文書化されたパラメータは、機器が適切に動作することを保証します。
ソフトウェアでは、定性分析と定量分析を含むルーチン分析手法を開発できます。リアルタイムの視覚的モニタリングと電子プロセス制御のためのカスタムトレンドチャートも実装されています。
使用波長範囲：1100〜1650 nm。マイクロインタラクタンス反射型プローブを用い、収集先端部のパージ機能を備えた装置により、流動層乾燥機内で直接インラインNIRS分析を行うことが可能です。
表1．流動層乾燥機でモニタリングすべきパラメーター
| 分析項目 | 濃度 [%] |
|---|---|
| 水分 (H2O) | 0–60% |
主要な参照法は引き続き使用する必要があります。正確なNIRSモデルを構築するには、プロセス変動をカバーする適切な範囲のサンプルを両方の方法で分析する必要があります。プロセス仕様との相関関係が求められます。
適切なNIRSプローブは、プローブ先端のウィンドウ部が十分にサンプルと接触するよう、現場で正しく設置されなければなりません。適切なプローブ設計とプロセス装置内への正確な設置は極めて重要です。
表2 用途別サンプリング向け専用プローブ一覧
| プローブタイプ | アプロケーション | プロセス（工程） | 設置方法 |
|---|---|---|---|
| マイクロインタラクタンス反射型プローブ | 固体（例：粉末、顆粒） | バルク重合 | プロセスラインへの直接挿入 |
| 固形分が15％を超えるスラリー | ホットメルト押出成形 | 圧縮継手、溶接フランジ | |
| マイクロインタラクタンス浸漬型プローブ | 透明液体から光散乱液体まで | 溶液状態 | プロセスラインへの直接挿入 |
| 固形分が15％未満のスラリー | 温度・圧力制御型押出成形 | 圧縮継手、溶接フランジ | |
| マイクロ透過型プローブ対 | 透明液体から光散乱液体まで | 溶液状態 | プロセスラインや反応容器内への直接挿入 |
| 固形分が15％未満のスラリー | 温度・圧力制御型押出成形 | I循環路ループへの挿入 | |
| 圧縮継手、溶接フランジ | |||
| 収集先端部にパージ機能を備えたマイクロインタラクタンス反射型プローブ | 固体（例：粉末、顆粒） | 粉末、顆粒の乾燥 | 流動層乾燥機、リアクター、またはプロセスライン内に直接挿入 |
| サンプル量に変動がある環境 | 圧縮継手、溶接フランジ | ||
結論として、メトローム プロセス アナリティクスの2060 NIRアナライザーを用いたインライン分析の導入により、医薬品造粒における水分分析が革新されます。このインライン分光分析手法により、乾燥中に最適な水分レベルが維持され、粒子の破砕や凝集といった問題を防ぐことができます。
- 有効成分含量（API含量）
- 混合均一性 / 含量均一性
- 溶媒純度
- 凍結乾燥製品の水分
- プロセス変動に迅速に対応することで製品品質を最適化し、利益を向上させる
- 投資対効果の向上と迅速な回収
- 手動サンプリングが不要であるため、作業員の危険化学物質への曝露リスクが軽減
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