Modellazione matematica del processo di liofilizzazione spray applicato a farmaci = Mathematical modelling of the spray-freeze-drying process applied to biopharmaceuticals

La realizzazione di un processo di liofilizzazione in continuo apporterebbe grandi vantaggi all’industria, implementando un controllo on-line della qualità del prodotto finito e offrendo una maggiore flessibilità al processo. Una delle tecniche di liofilizzazione più innovative per lo sviluppo di una tecnologia in continuo è lo spray-freeze-drying (SFD). Il carico in flaconi delle particelle sferiche, generate durante il congelamento spray, risulta in un letto impaccato. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di sviluppare un modello matematico in grado di prevedere il comportamento del letto durante la fase di essiccamento. La derivazione del modello, detto ad interfaccia diffusa, ha richiesto la definizione di alcuni parametri che sono stati determinati per mezzo di un secondo modello che descrive la liofilizzazione di una singola particella. Nel modello ad interfaccia diffusa, il letto è stato schematizzato attraverso un singolo dominio le cui proprietà fisiche locali cambiano con il quantitativo di ghiaccio presente all’interno dei singoli granuli. Il fronte di sublimazione è stato invece descritto tramite un meccanismo diffusivo. Grazie al modello ad interfaccia diffusa è stato dimostrato come il meccanismo controllante i fenomeni di trasporto nel letto sia il trasporto di calore. È stato inoltre evidenziato come un riscaldamento da una fonte di calore posta superiormente alla fiala crei un ulteriore fronte di sublimazione all’interno del letto. Il modello ha permesso di evidenziare come la resistenza al trasporto di massa offerta dalla particella aumenti all’aumentare del diametro delle particelle del letto, divenendo il meccanismo controllante il trasporto di massa qualora le particelle fossero dell’ordine dei millimetri con pori di dimensioni dell’ordine dei micron. Lo sviluppo di un modello ad interfaccia diffusa ha permesso di evidenziare come la possibilità di controllare la morfologia e le dimensioni dei prodotti attraverso la SFD permetta di controllare i fenomeni che avvengono durante l’essiccamento del letto impaccato.