Новое поколение лабораторного оборудования – новые возможности при создании фармацевтической продукции и контроле ее качества
Для создания современных материалов, необходимых для разработки новейших технологий, без которых невозможно развитие наукоемких отраслей промышленности, используется широкий спектр оборудования.
Так, например, оснащение фармацевтических лабораторий R&D сектора включает в себя разнообразные приборы, например, практически в каждой имеется лабораторный блендер типа штаны, предназначенный для измельчения различных веществ.
V-образный блендер YM-4 типа «штаны» |
V-образный блендер YM-4 наиболее эффективен для обработки склонных к агломерации материалов. Оригинальная V- образная форма смесителя обеспечивает одновременно осевое и перекрестное движение частиц. Объем конуса V-образного смесителя – 4 л, среднее время перемешивания – 5-10 минут. Загрузка материала в смеситель типа «штаны» производится в два верхних порта, а выгрузка полученной смеси происходит через порт, находящийся в нижней части конуса. |
Для очищения материалов, отделения жидкой фракции, определения содержания различных веществ в смеси или отходах при разработке фармацевтических препаратов часто применяются специализированные лабораторные центрифуги. А для таблетирования используется специализированное технологическое пилотное оборудование, такое как эксцентриковый пресс Minipress MII. Наиболее сложные технологические процессы требуют использования принципиально новых устройств.
Разделение и концентрация элементов на уровне нано-частиц
Для того чтобы приборы могли справиться с задачами, поставленными учеными и производителями современной продукции, инженерам приходится разрабатывать уникальное оборудование, предназначенное для решения конкретных технических проблем.
Так, например, одна из недавно созданных лабораторий НИТУ «МИСиС», работает над разделением и концентрированием различных элементов, выделяя частицы порядка нескольких нанометров. Ее исследования применяются в фармакологии, пищевой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, снижая количество отходов и повышая рентабельность производства.
Ученые, работающие в новой лаборатории, отмечают, что ее возможности позволяют производить химическую диагностику функциональных возможностей не только отдельных веществ и материалов, но и комплексных объектов экологических и производственных систем. Как заявил руководитель Петр Федоров, пылевые микрочастицы могут нести серьезные проблемы здоровью людей, работающих, например, на предприятиях металлургии. Другие проблемы, которые поможет решить новая лаборатория, касается производственных процессов. С ее помощью можно выработать технологии переработки отходов, что позволит увеличить выход редких металлов и других элементов. Собранная информация используется для создания современных сплавов, применяемых в самолетостроении. Чтобы создать новые материалы и технологии разрабатываются специализированные физико-химические методики, позволяющие отделять растворимые вещества от твердых частиц.
Методики, применяемые для разделения частиц
В научно-исследовательских системах НИТУ «МИСиС» применяются современные подходы, позволяющие разделять мельчайшие частицы. Для этого используются свойства поперечных силовых полей. Для этого материал загружается в лабораторную центрифугу планетарного типа. Данное устройство было разработано специалистами лаборатории при помощи Института РАН по аналитическому приборостроению.
Лаборатория НИТУ «МИСиС»
Аппарат имеет ряд особенностей, отличающих его от других современных лабораторных центрифуг, успешно решающих абсолютное большинство задач, стоящих перед фармацевтическими, медицинскими и иными научно-исследовательскими и экспертными лабораториями.
В отличие от горизонтального или бакетного ротора центрифуги, его разделительная колонка представляет собой стандартную тефлоновую трубку, которая намотана на специальную катушку. В нее помещается исследуемая жидкость, которая может включать в себя взвешенные частицы разного размера, массы и плотности. Катушка, с помещенной в нее трубкой и жидкостью раскручивается с заданной частотой и скоростью. Вращение происходит как вокруг собственной оси, так и вокруг оси непосредственно центрифуги. Это напоминает движение планет Солнечной системы, которые одновременно вращаются вокруг собственной оси и относительно Солнца.
Одновременно жидкость, в которой содержатся вещества, интересующие исследователя, прокачивается по трубке, причем с различными скоростями, согласно заданной ранее программе. Сложное силовое поле, воздействует на частицы, находящиеся в жидкостном потоке, которые могут свободно скользить по стенкам трубки, при этом их поведение зависит от массы, плотности и размера. Это дает возможность, при введении соответствующей программы получить несколько фракций, каждая из которых будет иметь одинаковые размер, форму, плотность и массу частиц, эффективно разделяя их.
Использование данных технологий в фармацевтической отрасли предоставляет фармацевтам принципиально новые возможности как при создании и испытании лекарственных препаратов, так и при контроле их качества. Помимо фармацевтического сектора, планетарные центрифуги могут быть использованы в целом ряде современных отраслей народного хозяйства.
Так, например, применение новой центрифуги позволяет выделять тяжелые металлы даже из веществ с их ничтожно малым содержанием. При исследовании экологических систем, можно четко определить, сколько этих веществ содержится в почве, песке, речном иле и т.д. Очень важны исследования пыли на улицах или в производственных помещениях. Центрифуга позволит определить точное количество токсичных наночастиц, попадающих в легкие человека при вдохе.
Уже сегодня планетарная центрифуга применяется в исследованиях свойств нанофильтров, позволяя определить, мельчайшую фракцию, которую им предстоит задержать, что позволяет многократно повысить их эффективность.
Планетарная центрифуга
По мнению Алевтины Черниковой, ректора НИТУ «МИСиС», развитие нового перспективного направления в приборостроении поможет многим ученым. Прежде всего, такая центрифуга необходима при разработке современных нанотехнологий, создании уникальных биоматериалов и фармацевтических препаратов нового поколения.
Поэтому новая лаборатория, работающая под руководством профессора Федотова, имеет большое будущее, в том числе в плане сотрудничества с другими университетами, в том числе и зарубежными. Для того чтобы гарантировать успех, лаборатория укомплектована молодыми перспективными кадрами, которые успели проявить себя с самой лучшей стороны. Работы профессора Федотова признаны во всем мире, многие его коллеги тоже успели заявить о себе в научном сообществе. Большинство работ профессора посвящены созданию новых методик разделения, выделения или концентрирования различных веществ. Особое внимание он обращает на физико-химические процессы, позволяющие при помощи изменяющихся динамических полей разделять компоненты систем «жидкость – твердая фракция», а также разделять на части неоднородные жидкости.
Новая лаборатория была одобрена научным советом университета, перед ней были сформулированы основные задания, включая перспективные исследования в различных областях науки. Уже сегодня она официально сотрудничает с такими известными научно-исследовательскими университетами и институтами, как Московский Государственный университет, Французский университет, расположенный в городе По, Брунельский университет из Великобритании. Ведется работа по разработке глобальных научных проектов, позволяющих решать широкий круг проблем с привлечением самых известных мировых лабораторий, ВУЗов, университетов и институтов всего мира.