6 Mühlenarten in der pharmazeutischen Industrie

In der Pharmabranche kommen verschiedene Feinmahlverfahren zum Einsatz, um Arzneimittel aufzubereiten, bevor sie den Verbraucher erreichen. Eines dieser Verfahren ist das Mahlen, d. h. der mechanische Prozess, mit dem die Größe fester Partikel verringert wird, um deren Wirkung zu verstärken. Da jedoch nicht für alle Arzneimittel dieselbe Partikelgröße geeignet ist, erfordern verschiedene Wirkstoffe den Einsatz unterschiedlicher Mahlanlagen in der pharmazeutischen Industrie.

Jede Mühle hat ihre eigene Art, Arzneimittel zu verarbeiten. Einige nutzen Schlagkraft, während andere die Granulate durch Scherkräfte zerkleinern. Lesen Sie weiter, um mehr über die verschiedenen Mühlenarten in der Branche und ihre Funktionsweise zu erfahren!

Warum das Mahlen in der pharmazeutischen Industrie so wichtig ist

Bevor wir uns mit den verschiedenen Mühlenarten befassen, die in der pharmazeutischen Industrie zum Einsatz kommen, ist es wichtig zu verstehen, warum dieser Mechanismus überhaupt von Bedeutung ist. Im Grunde handelt es sich um ein Verfahren, mit dem sichergestellt wird, dass Arzneimittel wie vorgesehen wirken, indem ihre Morphologie so verändert wird, dass der Wirkprozess unterstützt wird. Hier sind die Gründe, warum dies insbesondere in der Pharmabranche so wichtig ist:

Verbesserte Auflösung und Bioverfügbarkeit

Untersuchungen zufolge erreichen gemahlene Arzneimittel physikalische Eigenschaften, die ihre Auflösungsgeschwindigkeit erhöhen. Wenn Arzneimittel in kleinere Partikel zerlegt werden, vergrößert sich dadurch naturgemäß ihre Oberfläche (Wirkstoffe). Dies gilt insbesondere dann, wenn Arzneimittel auf Mikro- oder sogar Nanogröße reduziert werden. Aufgrund verbesserte Bioverfügbarkeit, werden diese winzigen Partikel schnell in den Blutkreislauf aufgenommen.

Gleichmäßiges/homogenes Mischen

Die Herstellung einer gleichmäßigen Pulverkonsistenz während der Granulierung ist ein entscheidender Schritt, um sicherzustellen, dass sich das Arzneimittel gut vermischen lässt. Durch die schrittweise Zerkleinerung stellen Apotheken sicher, dass die Tablette (oder das Pulver) jedes Mal die gleiche Wirkung entfaltet und die richtige Dosis abgibt. Dies verringert wiederum das Risiko einer ungleichmäßigen Verteilung des Wirkstoffs im Körper.

Einfachere Abwicklung von Medikamenten

Neben einer gleichmäßigen Durchmischung vereinfacht das Mahlen die Verarbeitung von Arzneimitteln erheblich. Dank einheitlicher Korngrößen lassen sich Arzneimittel problemlos durch Maschinen wie Tablettenpressen oder Kapselfüllmaschinen befördern. Dadurch verläuft die Produktionscharge reibungslos. Die gesamte Korngrößenverteilung (PSD) beeinflusst zudem, wie leicht sich das Material zu festen Formen pressen lässt.

Gezielte Wirkstoffabgabe

Einer der größten Vorteile der Zerkleinerung von Wirkstoffen auf Nanogröße besteht darin, dass Medikamente dadurch gezielt bestimmte Bereiche im Körper ansteuern können. Die Partikel werden dabei so winzig, dass sie im Blutkreislauf zu bestimmten Zellen oder Geweben geleitet werden können. Dies ist ein unglaublicher Vorteil in der modernen Medizin, da Arzneimittel den Patienten so eine personalisierte Behandlung ermöglichen.

In der pharmazeutischen Industrie verwendete Mühlenarten

In der pharmazeutischen Industrie kommen verschiedene Arten von Mühlen zum Einsatz, die jeweils nach einem spezifischen Prinzip arbeiten. Grob unterteilt lassen sich die Mahlverfahren in zwei Kategorien einteilen: Nassmahlen und Trockenmahlen. Wie der Name schon sagt, werden bei Nassmühlen Flüssigkeiten zur Verarbeitung von Arzneimitteln verwendet, während bei Trockenmühlen Gas oder Luft zum Einsatz kommt.

Hier ist eine typische Aufschlüsselung der gängigsten Produktionsanlagen im Medizinbereich:

Kugelmühle

Die gängigste Mühlenart, die Kugelmühle, wird verwendet, um verschiedene Arzneimittelwirkstoffe zu feinen, gleichmäßigen Pulvern zu zermahlen. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um einen großen, hohlen Zylinder, der sich langsam um seine eigene Achse dreht. Im Inneren des Zylinders befinden sich kleine Kugeln, die als Mahlwerkzeuge dienen und die Arzneimittelbestandteile gleichmäßig vermischen. Sie eignen sich für zähe, abrasive und sogar feuchte Materialien.

So funktioniert es

Das zu mahlende Material wird über ein Rohr in den rotierenden Zylinder eingefüllt. Während sich der Zylinder dreht, rollen die Kugeln umher und kommen mit dem eingefüllten Material in Kontakt. Beim Kompressionsmahlen zerkleinern die wiederholten Stöße und die Reibung zwischen den Kugeln das Material in feine Partikel.

Hammermühle

Wie der Name schon sagt, werden in einer Hammermühle Hochgeschwindigkeitshämmer (oder Messer) eingesetzt, um Materialien in der pharmazeutischen Industrie zu zerkleinern und zu mahlen. Die Klingen sind an einem schnell rotierenden Rotor im Inneren einer massiven Stahltrommel befestigt. Zwar erzeugen diese Mühlenpartikel unterschiedlicher Größe, diese sind jedoch im Vergleich zu kompressionsbasierten Mühlen in der Regel weniger einheitlich. Darüber hinaus sind sie GMP-konform, um die Sicherheit zu gewährleisten.

So funktioniert es

Wenn das Material in den Einfülltrichter der Hammermühle gegeben wird, gelangt es schließlich in die Zerkleinerungskammer. Dort schwingen die rotierenden Hämmer mit extrem hoher Geschwindigkeit und treffen wiederholt auf die Partikel, wodurch diese in kleinere Körner zerkleinert werden. Die Größe des Endprodukts hängt von der Intensität der Hammerschläge und der Maschenweite des Siebs im Einfülltrichter ab.

Fluid-Energie-Mühle

Eine Fluidenergiemühle, auch Strahlmühle genannt, ist eine Art von Mahlwerk, das nach dem Prinzip von Wirkung und Abnutzung. Sie wurde speziell für Arzneimittel oder Chemikalien entwickelt, die in extrem feine Partikel, d. h. 1–20 Mikrometer, zerkleinert werden müssen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mühlen arbeitet diese mit Hochgeschwindigkeitsgasströmen, in denen sich die Partikel in der Luft selbst zermahlen.

So funktioniert es

Zunächst wird das pharmazeutische Material in die Mühle eingefüllt, wo über Düsen kräftige Luft- oder Gasstrahlen in die Mühlenkammer eingeleitet werden. Diese Strahlen mit extrem hoher Geschwindigkeit prallen aufeinander, wodurch das Material in einer elliptischen Bahn innerhalb des Rohrs zirkuliert. Durch die wiederholten, heftigen Zusammenstöße entstehen ultrafeine Partikel.

Walzenmühle

Walzenmühlen eignen sich am besten für die schonende Verarbeitung pharmazeutischer Materialien und zerkleinern Arzneimittelpartikel mithilfe gegenläufiger Walzen. Sie sind ideal für die Herstellung von Salben, Cremes und anderen halbfesten Arzneimitteln. In der Regel arbeitet diese Mühle nach dem Prinzip der Kompression durch Druckausübung. Darüber hinaus eignet sie sich hervorragend für wärmeempfindliche Materialien.

So funktioniert es

Pulver oder viskose Materialien werden in einen schmalen Spalt zwischen den Walzen der Mühle geleitet. Da der Prozess auf Kompression basiert, gelangt das Material an die engste Stelle der Anlage, wo es starkem Druck ausgesetzt wird. Die gegenläufigen Walzen üben hohe Scherkräfte und Kompression aus, um die Partikel aufzubrechen.

Cutter Mill

Obwohl sie einer Hammermühle sehr ähnlich sind, werden hier anstelle von Hämmern scharfe Messer verwendet, um das Material in kleinere Stücke zu zerkleinern. Einfach ausgedrückt sind Schneidmühlen wie Küchenmaschinen, die Materialien in Scheiben schneiden, anstatt sie vollständig zu zerkleinern. Dadurch eignen sich diese Mühlen ideal für die Tablettenherstellung und helfen Apotheken dabei, zähe, faserige Materialien mühelos zu zerkleinern.

So funktioniert es

Um mit dem Mahlen zu beginnen, wird das Material in den Trichter eingefüllt und durch die Schwerkraft in Richtung der Kammer befördert. Die zentrale Welle dreht sich, wobei scharfe, rotierende Messer an ihr vorbeilaufen. Durch diese kraftvolle Scherwirkung wird das Material in kleinere Stücke zerkleinert. Schließlich werden die zerkleinerten Partikel durch ein Sieb geleitet, wobei die größeren Partikel in der Mahlzone verbleiben, bis sie auf die richtige Größe zerkleinert sind.

Oszillierender/rotierender Granulator

Der Schwinggranulator, der insbesondere für die Nass- und Trockengranulierung eingesetzt wird, ist mit einer Stange ausgestattet, die sich gegen ein Drahtgitter hin und her bewegt. Die Leistungsfähigkeit dieser Mühle hängt von der Bewegung, der Art der Bewegung und der Größe der Sieböffnungen ab. Darüber hinaus eignet sich diese Mühle ideal für wärmeempfindliche oder wachsartige Materialien, vor allem weil sie nur sehr wenig Wärme erzeugt.

So funktioniert es

Das Pulver oder Material wird über einen Einfülltrichter in die Mühle eingefüllt. Dort kommt es mit Stäben in Kontakt, die sich oszillierend oder rotierend bewegen. Diese Stäbe zerkleinern das Material und drücken es durch das Sieb. Das Ergebnis sind kleine, gleichmäßige Körner, die sich ideal für pharmazeutische Zwecke eignen.

Hier finden Sie eine tabellarische Übersicht über die in der pharmazeutischen Industrie verwendeten Mühlenarten, um diese besser zu verstehen:

Abschluss

Auch wenn das Thema Mahlen zunächst einschüchternd wirken mag, ist es wichtig zu wissen, dass Pharmaunternehmen bei der Arzneimittelherstellung in hohem Maße auf diesen Mechanismus angewiesen sind. Sobald man die in der Pharmaindustrie verwendeten Mühlenarten kennt, lässt sich die optimale Wirksamkeit der Arzneimittel und die Einhaltung der Vorschriften problemlos sicherstellen.

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