Spray drying of particles intended for inhalation - Investigation of significant process variables and product characteristics, with focus on degradation and solid state properties

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Spraytorkning är ett vanligt sätt att tillverka partiklar från en lösning. Genom att finfördela lösningen med hjälp av gas i ett spraymunstycke bildas miljontals små vätskedroppar, som blandas med varm torkgas i en torkkammare. Då avdunstar vätskan och fasta, torra partiklar bildas. Tekniken kan användas för att tillverka inhalationspartiklar för användning som läkemedel. Detta ställer speciella krav på processen för att partiklarna skall få lämpliga egenskaper med bibehållen aktivitet. I den här avhandlingen har undersökts hur processen kan påverkas så att viktiga egenskaper för inhalationspartiklarna kan styras, t.ex. partikelstorlek, partikelutseende, nedbrytning och kristallinitet. Spraytorkningen har utförts både i labskala och pilotskala. Som modellsubstanser har insulin och olika sockerarter studerats: laktos, mannitol, melezitos, myo-inositol, raffinos och trehalos. För att undersöka hur kristalliniteten av partiklarna kan påverkas har även tillsats av polyetylenglykol (PEG) med olika molekylvikt studerats. Försöken visade att processen kan styras så att partiklar i inhalerbar storlek, < 5 mm, tillverkas. Partikelstorleken kan minskas genom en sänkt fastsubstanshalt i lösningen. Likaså kan partikelstorleken minskas genom att energitillförseln ökas, dvs högt förhållande mellan gas och vätska i spraymunstycket. Generellt är partikelstorleksfördelningen av produkten relativt snäv. Partikelutseendet beror av startmaterialet. Vid produktion av partiklar innehållande insulin erhålls partiklar som liknar skrumpna sfärer. I samtliga fall då sockerarter spraytorkas erhålls runda, släta sfärer. Nedbrytning av insulin kan undvikas vid spraytorkning om torkningsbetingelserna styrs så att den utgående luftens temperatur hålls tillräckligt låg (max ca 120 °C). Annars ökar nedbrytningen av insulin vid ökad torktemperatur. Mannitol och myo-inositol blir kristallina efter spraytorkning medan de andra studerade sockerarterna blir amorfa. För att erhålla en kristallin produkt bör kristallisationstemperaturen hos materialet som torkas inte överstiga den utgående gasens temperatur och kristallisationsförloppet vara tillräckligt snabbt. Tillsats av PEG till laktos vid spraytorkning resulterar i delvis kristallin laktos. Ju lägre molekylvikt av PEG och ju högre koncentration desto mer kristallina laktos/PEG-partiklar erhålls. Detta gäller upp till en viss gräns: ca 50-60% kristallinitet med PEG 200. Orsaken till PEG:s effekt diskuteras i avhandlingen.