Kategoria: Pharma 4.0

Industry-4-0-pl, Pharma-4-0-pl 11 czerwca 2025

Spektroskopia Ramana w procesie diafiltracji liposomów

Spektroskopia Ramana

Spektroskopia Ramana w diafiltracji liposomów

Przemysł farmaceutyczny często polega na enkapsulacji substancji czynnych (API) w systemach liposomowych w celu poprawy ich stabilności, biodostępności oraz kontrolowanego uwalniania. Kluczowym etapem tego procesu jest diafiltracja, która usuwa niepożądane związki po utworzeniu liposomów, w tym rozpuszczalniki organiczne, takie jak etanol, używane do rozpuszczania lipidów tworzących dwuwarstwę liposomową. Dokładne oznaczanie resztkowego etanolu przy użyciu analizatorów opartych na spektroskopii Ramana jest niezbędne do zapewnienia jakości produktu końcowego, spełnienia norm regulacyjnych oraz optymalizacji czasu i zasobów procesowych.

Spektroskopia Ramana i system Visum Raman In-Line™

Spektroskopia Ramana to technika wibracyjna oparta na nieelastycznym rozpraszaniu światła laserowego. Jest wysoce specyficzna dla każdej cząsteczki, co czyni ją idealną do identyfikacji i ilościowego oznaczania składników chemicznych, nawet w złożonych matrycach. System Visum Raman In-Line™, opracowany przez IRIS Technology Solutions, umożliwia stosowanie spektroskopii Ramana bezpośrednio w środowiskach przemysłowych lub laboratoryjnych dzięki kompaktowej, solidnej i elastycznej konstrukcji. Eliminuje potrzebę przygotowania próbek, umożliwia szybką analizę w czasie rzeczywistym i idealnie nadaje się do ciągłego monitorowania procesów farmaceutycznych podlegających ścisłej regulacji.

Oznaczanie resztkowego etanolu za pomocą spektroskopii Ramana

Projekt koncentrował się na wdrożeniu modelu ilościowego oznaczania resztkowego etanolu przy użyciu spektroskopii Ramana podczas procesu diafiltracji po utworzeniu liposomów. Ze względów poufności analizowano dwie substancje czynne, określane jako: 1) NLPZ (niesteroidowy lek przeciwzapalny) oraz 2) biomolekuła. Próbki analizowano w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych przy użyciu systemu Visum Raman In-Line™. System Raman został zamontowany na mobilnym stojaku z uchwytem na próbki dostosowanym do fiolek typu Falcon, zapewniającym bezpieczeństwo lasera podczas pracy.

Analizę widmową uzupełniono danymi uzyskanymi metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), będącą metodą referencyjną do określania rzeczywistego stężenia etanolu w próbkach. Dane te posłużyły do treningu i walidacji modeli predykcyjnych opartych na spektroskopii Ramana. Docelowe stężenie etanolu w produkcie końcowym ustalono na poziomie poniżej 0,1% v/v, a próbki treningowe obejmowały cały zakres od 0% do 10% v/v etanolu.

Spektroskopia Ramana

Obraz systemu analizatora Raman In-Line™ zamontowanego na mobilnym stojaku.

Opracowywanie modeli predykcyjnych z Visum Master™

W celu opracowania modelu predykcyjnego przygotowano w laboratorium syntetyczne próbki poprzez mieszanie wody z różnymi stężeniami etanolu, specjalnie zaprojektowane tak, aby objąć cały zakres operacyjny przewidywany w rzeczywistym procesie. Próbki te zapewniły, że model mógł dokładnie przewidywać stężenia w całym zakresie zainteresowania.

Widma Ramana uzyskane z tych roztworów za pomocą systemu Visum Raman In-Line™ posłużyły do opracowania modelu predykcyjnego w oprogramowaniu Visum Master™, które jest zautomatyzowaną platformą pozwalającą każdemu użytkownikowi tworzyć kalibracje bez zaawansowanej wiedzy chemometrycznej. Oprogramowanie automatycznie wybierało najbardziej odpowiedni algorytm, optymalne metody wstępnego przetwarzania (pochodne Savitzky-Golaya, centrowanie średnie, korekcja tła itp.) oraz konfigurowało model końcowy, korzystając z próbek kalibracyjnych i ich wartości referencyjnych (określonych metodą HPLC).

Opracowane modele zostały następnie zweryfikowane z wykorzystaniem niezależnego zestawu rzeczywistych próbek zebranych podczas eksperymentalnej produkcji liposomów.

Wyniki i ocena modelu predykcyjnego Ramana dla etanolu resztkowego

Modele opracowane z wykorzystaniem spektroskopii Ramana do ilościowego oznaczania substancji czynnych i związków resztkowych wykazały doskonałą wydajność zarówno podczas kalibracji, jak i walidacji zewnętrznej. Dla etanolu model osiągnął współczynnik determinacji (R²) powyżej 0,99 w kalibracji i walidacji, a średni błąd kwadratowy prognozy (RMSEP) był niższy niż 0,35% v/v, co potwierdza jego przydatność do monitorowania w czasie rzeczywistym w procesach suszenia lub czyszczenia.

Stale niski błąd systematyczny (bias) we wszystkich przypadkach potwierdza solidność kalibracji i brak błędów systematycznych, co dowodzi, że spektroskopia Ramana jest wiarygodną technologią do ilościowego monitorowania substancji czynnych w krytycznych procesach farmaceutycznych.

Wnioski

Zastosowanie spektroskopii Ramana za pośrednictwem przemysłowego analizatora Visum Raman In-Line™ umożliwiło opracowanie solidnego i dokładnego modelu do monitorowania etanolu podczas etapu diafiltracji w procesach farmaceutycznych. Wysoka korelacja i niskie odchylenia wyników potwierdzają przydatność systemu zarówno w zastosowaniach laboratoryjnych — na mobilnym stojaku — jak i w monitorowaniu in-line. Spektroskopia Ramana może być również rozszerzona na inne procesy farmaceutyczne, w których wymagane jest precyzyjne kontrolowanie rozpuszczalników lub związków krytycznych, co zwiększa efektywność operacyjną i jakość końcowego produktu.

IRIS Technology Solutions
Innovation-pl, Pharma-4-0-pl 24 kwietnia 2025

Identyfikacja surowców farmaceutycznych (RMID) z Visum Palm GxP™

raw material identification

Identyfikacja surowców farmaceutycznych (RMID) z Visum Palm GxP™

Analiza identyfikacji surowców lub weryfikacji jest kluczowym procesem w przemyśle farmaceutycznym, ponieważ zapewnia tożsamość i jakość wszystkich materiałów, które zostaną wykorzystane w produkcji. Praktycznym i wydajnym sposobem jej przeprowadzenia jest zastosowanie przenośnego analizatora NIR Visum Palm GxP™, który umożliwia wykonanie testu bezpośrednio w magazynie i uzyskanie precyzyjnych wyników w mniej niż 3 sekundy, co zapobiega przeciążeniu laboratorium i skraca czasy cyklu produkcyjnego.

Istnieje wiele technologii powszechnie stosowanych do identyfikacji surowców (NIR, FT-NIR lub Raman), ale żadna z nich sama w sobie nie stanowi uniwersalnego rozwiązania obejmującego całą listę materiałów stosowanych przez producenta farmaceutycznego.

Technika NIR jest szczególnie skuteczna w identyfikacji związków organicznych, choć może być również stosowana do niektórych materiałów nieorganicznych w bardzo specyficznych warunkach, takich jak substancje higroskopijne (sole), związki uwodnione lub rozpuszczone w roztworze wodnym.

Z kolei spektroskopia Ramana stanowi alternatywną technikę z własnymi ograniczeniami, szczególnie w przypadku:

• Związków organicznych wykazujących fluorescencję (barwniki i niektóre API).
• Substancji o słabych sygnałach Ramana.
• Czysto jonowych związków nieorganicznych (NaCl, KCl, HCl).

Ogólnie rzecz biorąc, NIR jest szeroko ugruntowany w środowiskach regulowanych ze względu na swoją skuteczność, natychmiastowość i łatwość użycia przez każdego operatora. Dodatkową zaletą jest brak konieczności stosowania dodatkowych środków bezpieczeństwa (jak w przypadku Ramana, gdzie potrzebne są okulary ochronne) oraz znacznie niższy koszt w porównaniu z analizą ilościową i identyfikacją surowców farmaceutycznych.

CUP_HOLDER_RENDER
analiza ilościowa postaci farmaceutycznych Identyfikacja surowców

Dlaczego Visum Palm GxP™ do identyfikacji surowców farmaceutycznych?

Visum Palm GxP to analizator autonomiczny (self-contained), który nie wymaga podłączenia ani połączenia z żadnym urządzeniem zewnętrznym (smartfonem, komputerem, tabletem lub innym).

Posiada podwójną funkcjonalność, co pozwala na jego użycie zarówno jako przenośnego urządzenia ręcznego (w bezpośrednim kontakcie z próbką), jak i w trybie stacjonarnym. Oferuje rozdzielczość spektralną 5 nm lub 256 pikseli, co czyni go przenośnym analizatorem NIR o największej pojemności spektralnej w swojej kategorii.

Spełnia główne międzynarodowe ramy regulacyjne: CFR 21 Part 11, USP 1119, Ph. Eur. 2.2.40, JP18 i GAMP 5. Jako system autonomiczny z oprogramowaniem klasy 4, procedura kwalifikacji farmaceutycznej jest znacznie szybsza i prostsza w porównaniu z innymi analizatorami zależnymi od zewnętrznego oprogramowania lub dodatkowych jednostek przetwarzających.

Obszar pomiarowy ma średnicę 10 mm, a obszar oświetlenia 50 mm, co zapewnia większą ilość informacji chemicznych i czyni go szczególnie przydatnym rozwiązaniem do identyfikacji surowców w dużych, przezroczystych workach.

System jest wyposażony w zestaw akcesoriów umożliwiających pracę w trybie stacjonarnym lub jako analizator ręczny, w tym adaptery do kuwety spektrofotometrycznej laboratoryjnej oraz fiolki do cieczy i proszków. Ponadto posiada reduktor optyczny zaprojektowany do kontroli tabletek i innych niewielkich obszarów analitycznych.

Visum Palm GxP jest zoptymalizowany nie tylko do identyfikacji surowców farmaceutycznych, lecz także oferuje wsparcie dla analiz ilościowych. Automatycznie generowane raporty techniczne są zgodne z wytycznymi ICH Q2(R2) – Validation of Analytical Procedures – Scientific Guideline, zapewniając identyfikowalność i zgodność z przepisami.

handheld nir analyzer BENCHTOP MODE AND BRIGHT RENDER

Rysunek 1: Podstawa do pracy w trybie stacjonarnym z Visum Palm GxP™. Umożliwia mocowanie statywów laboratoryjnych do proszków, ciał stałych, granulatów i cieczy.

Funkcjonalności GxP i CFR 21 Part 11

Visum Palm GxP integruje najbardziej kompletny i aktualny zestaw funkcji zaprojektowanych specjalnie w celu zapewnienia identyfikacji surowców i zgodności regulacyjnej w środowiskach farmaceutycznych regulowanych przez GMP. Jego architektura sprzętowa i programowa sprawia, że jest to narzędzie referencyjne do zapewnienia jakości, identyfikowalności i niezawodności analitycznej na każdym etapie procesu.

Do jego głównych cech należą:

• Pełny Audit Trail: szczegółowa rejestracja zarówno urządzenia, jak i wyników, z zaszyfrowanymi plikami binarnymi dla maksymalnego bezpieczeństwa.
• Zaawansowane zarządzanie rolami i uprawnieniami: trzy predefiniowane poziomy (Analityk, Supervisor i Menedżer Użytkowników) z możliwością tworzenia nieograniczonej liczby użytkowników.
• Bezpieczna kontrola dostępu: silne hasła z intuicyjnymi procedurami zmiany i odzyskiwania.
• Konfigurowalne parametry czasowe: zarządzanie czasem sesji i wygaśnięciem haseł.
• Elastyczna synchronizacja czasu: wiele metod zapewniających dokładność daty i godziny urządzenia.
• Zintegrowany asystent kwalifikacji: prowadzone sprawdzanie dokładności długości fali, szumu i liniowości fotometrycznej.
• Podpis elektroniczny na dwóch poziomach: z niezależną walidacją przez Analityka i Supervisora.
• Procedury tworzenia kopii zapasowych i przywracania: zaprojektowane w celu utrzymania integralności systemu i ciągłości operacyjnej.

Dzięki temu zestawowi funkcji Visum Palm GxP umacnia swoją pozycję jako najbardziej zaawansowany przenośny analizator na rynku, gwarantując nie tylko zgodność z międzynarodowymi regulacjami (CFR 21 Part 11, GAMP 5, farmakopee), lecz także maksymalną wydajność w identyfikacji surowców farmaceutycznych i zastosowaniach analizy ilościowej.

Tryby analizy z Visum Palm GxP™ do identyfikacji surowców

Analizator Visum Palm GxP™ umożliwia przeprowadzenie analizy identyfikacji surowców lub weryfikacji w mniej niż 3 sekundy dla różnych związków w stanie stałym, granulowanym, proszkowym lub ciekłym. Procedura polega na porównaniu widma uzyskanego z próbki z widmami referencyjnymi przechowywanymi w bibliotece.

Porównanie odbywa się za pomocą matematycznego kryterium podobieństwa (HQI, Hit Quality Index), które przekształca różnice widmowe w wartość liczbową. W rezultacie urządzenie podaje substancję lub klasę o najwyższym uzyskanym stopniu podobieństwa (Rysunek 3) oraz wyświetla listę pozostałych substancji uporządkowanych od największego do najmniejszego dopasowania.

System umożliwia również przeprowadzenie analizy weryfikacyjnej poprzez wcześniejsze wybranie z biblioteki konkretnego materiału, którego tożsamość ma zostać potwierdzona. W tym przypadku wynik jest prezentowany jako PASS lub FAIL, a w przypadku FAIL analizator wskazuje także prawidłową substancję o najwyższym podobieństwie (Rysunek 4).

Wszystkie wyniki, w tym odrzucone lub te, które nie zostały podpisane elektronicznie przez użytkownika za pomocą poświadczeń, są przechowywane w zaszyfrowanym Audit Trail, co zapewnia identyfikowalność, integralność danych i zgodność z przepisami GMP.

Główne ekrany Visum Palm™

Analiza surowców

Rysunek 2: Menu główne   Rysunek 3: Analiza identyfikacji surowców   Rysunek 4: Analiza weryfikacyjna, PASS i FAIL z potwierdzeniem prawidłowej substancji.

W określonych przypadkach może się zdarzyć, że technologia nie zapewni dokładnego wyniku, tak jak ma to miejsce podczas analizy materiałów chemicznie bardzo podobnych lub niemal identycznych albo gdy występują różnice w granulometrii. W takich sytuacjach Visum Palm GxP™ oferuje możliwość tworzenia i stosowania bibliotek klasyfikacyjnych.

W przeciwieństwie do trybów identyfikacji/weryfikacji, klasyfikacja (Rysunek 5) umożliwia precyzyjne rozróżnianie bardzo subtelnych różnic widmowych, takich jak wielkość cząstek lub stężenie określonego analitu, nawet jeśli chodzi o ten sam API lub substancję pomocniczą obecne w różnych stężeniach w podobnych matrycach. W ten sposób klasyfikacja uzupełnia początkową analizę identyfikacji surowców za pomocą potężniejszego algorytmu dla złożonych lub problematycznych przypadków.

We wszystkich opisanych scenariuszach system oprócz wyniku generuje pełne widmo analizowanej substancji przy każdym pomiarze (Rysunek 6), co zapewnia identyfikowalność i większą wartość analityczną.

raw material analysis

Rysunek 5: Analiza klasyfikacyjna.  Rysunek 6: Widmo każdej analizy.

Opracowywanie metod i bibliotek do identyfikacji surowców za pomocą oprogramowania Visum Master GMP™ na PC

Visum Master™ - Main Menu

Rysunek 7: Visum Master™ – Menu główne   Rysunek 8: Visum Master™ – Model Builder

the spectra of each material and the reference to create the raw material identification library window

Rysunek 9: Wstaw widma każdego materiału oraz odniesienie (nazwę), aby utworzyć bibliotekę identyfikacji surowców.

Visum Palm GxP™ jest jedynym analizatorem NIR na rynku, który pozwala użytkownikowi końcowemu w prosty i całkowicie automatyczny sposób opracowywać własne biblioteki identyfikacji surowców, klasyfikacji, a nawet metody do testów ilościowych, bez konieczności korzystania ze złożonego oprogramowania lub posiadania wcześniejszej wiedzy z zakresu chemometrii. Innymi słowy, użytkownik musi jedynie dysponować próbkami i odniesieniami (jakościowymi lub ilościowymi), pozostawiając zintegrowanemu Model Builderowi realizację procesu tworzenia.

Tworzenie, utrzymywanie lub aktualizowanie bibliotek nigdy nie było tak proste jak z Visum Master™, ponieważ umożliwia generowanie nieograniczonej liczby bibliotek i metod dla różnych typów analiz. Do każdej z nich automatycznie generowany jest również raport techniczny zawierający wszystkie informacje o sposobie jej opracowania, zastosowanym algorytmie, wstępnym przetwarzaniu, zmiennych ukrytych, metrykach jakości, użytym zbiorze danych, kontroli jakości wartości odstających, wykresie i ilościowej ocenie wykrytych i usuniętych wartości odstających, a także inne dane, które stanowią kluczowe źródło do przygotowania wewnętrznego lub zewnętrznego raportu walidacyjnego, identyfikacji potrzeb ulepszeń lub aktualizacji.

Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak Visum Palm GxP może być użytecznym narzędziem do identyfikacji surowców, możesz skontaktować się z IRIS lub naszymi dystrybutorami za pośrednictwem poniższego linku.

IRIS Technology Solutions
Pharma-4-0-pl 9 kwietnia 2024

Blending process monitoring with in-line NIR spectroscopy

Real-Time blending process monitoring with NIR spectroscopy

Powders blending process is the most popular to achieve content uniformity in solid forms. Despite its apparent simplicity, i.e., taking advantage of shear forces for mixing APIs and excipients by merely moving the container for a certain time, any specialist in galenic does know that the real behavior of the mixture is not that simple. In fact, the final distribution results from a chaotic combination of microscopic interactions among the particles and macroscopic flow mechanics, not to mention that, once the homogeneity has been achieved, there is a real risk of demixing as a consequence of the affinity among homologous particles. That is why, regardless of the mechanical improvements in the blender’s design, systematically checking for mixture homogeneity is a key requirement in the pharmaceutical and nutraceutical sector. This is where NIR becomes important as a technique for real-time blending process monitoring.

Traditional control of the blending process vs. Blending process monitoring (PAT)

Up to now, periodically stopping the blending process after several cycles in order to take some samples from different points, which are further analysed by chromatography, has been the traditional way to do it. However, such an approach has also certain unwanted drawbacks, namely added lead time (due to the involved cumbersome lab procedures), suboptimal blending time (because of arbitrary extended blending intended for guaranteeing homogeneity) and blending artifacts (such as demixing and lumps as a consequence of keeping the load in static conditions while waiting for the lab results).

 

On the contrary, a PAT approach, such as a spectroscopy-based real time blending process monitoring, could be deemed the optimal way to check if the endpoint condition has been reached. In fact, both FDA and EMA have described such an approach as a recommended new paradigm.

In principle, as thoroughly described in the scientific literature, there are two ways for implementing a PAT-based endpoint determination: by using a supervised machine learning predictive model (for example, a PLS model that quantitatively predicts the API concentration) or by using an algorithm agnostic to the specific composition of the mixture. The first one usually renders more direct and accurate results but, in turn, it requires developing specific models on the basis of suitable reference samples, which is not always feasible, especially when there are too many different formulations. The agnostic approach for blending process monitoring, on the contrary, is based on spectral similarity; no ground truth data on the specific composition of each formulation is required in advance.

The agnostic approach: Moving-block Standard Deviation and the dynamic algorithm by IRIS Technology Solutions

Spectral stability is, in fact, agnostic to the specific composition of each formulation. No quantitative predictive model has to be developed for assessing the components concentrations because the underlying rationale states that, regardless of the composition, no improvement in homogeneity can be made once the spectra remain unchanged, at least for the major components. Indeed, a mixture can be deemed homogeneous once their spectra remain unchanged after several blending cycles. 

Since the NIR spectroscopy is sensitive to 0.1-1 % or higher concentrations, during during blending process monitoring the homogeneity of minor components cannot be assessed by means of such a technology. However, it can be inferred from the homogeneity of major components and opportunely validated with traditional lab methods if required.

Moving-block Standard Deviation (MBSD) is the most widely described agnostic algorithm, at least in the scientific literature. Usually, the MBSD endpoint criterion is rather arbitrary.  Even when a statistically-founded criterion is used [Critical evaluation of methods for end-point determination in pharmaceutical blending processes. M. Blanco, R. Cueva-Mestanza and J. Cruz. Anal. Methods, 2012, 4, 2694], some restrictive hypothesis on the distribution of the similarity metric should be fulfilled in order to be properly applicable. Moreover, the mean of the standard deviation has a rather “smoothing” effect that could veil to some extent the real trend of the spectral similarity.

The dynamic approach with Visum NIR In-Line™ for blending process monitoring

IRIS Technology Solutions’ proprietary algorithm, on the contrary, is based on checking for the stability of a true similarity metric (MSD: mean squared difference between two successive spectra) by using strong statistical criteria on the blending-specific MSD distribution. In fact, our moving block approach dynamically adapts the threshold to each formulation-wise spectral-similarity statistical distribution. Consequently, it provides a robust endpoint criterion for blending process monitoring regardless of the specific behavior of each formulation, which is particularly required when mixing anomalies such as demixing or lumps formation take place. 

For the sake of flexibility, the users can set both the moving block size and the statistical significance at their convenience. Whenever possible, such parameters should be tuned in the commissioning stage although the factory-set values should work for the most frequent circumstances.

 

Image 1: Sapphire window adapter module for Visum NIR In-Line analyser ™ manufactured by IRIS Technology Solutions S.L.

The adapter module with sapphire window allows easy integration of the Visum NIR In-Line™ analyser via a tri clamp connection. There are different sizes of the adapter module depending on the blending machine’s own configurations.

Unlike other analysers on the market, the Visum NIR In-Line™ is a self-contained analyser (embedded computer) and can communicate with multiple communication protocols. It also complies with the pharmaceutical regulation 21 CFR Part 11 (FDA), the requirements of the American (USP) and European (Ph. Eur.) Pharmacopoeia and the European Medicines Agency (EMA) Guidelines 2014 and 2023.

In its Blender version, the Visum NIR In-Line™ analyser is wireless, powered by rechargeable and replaceable batteries with a battery life of more than 3 hours and connected via Wi-Fi, as shown in the image below.

 

Image 2: Visum NIR In-Line™ analyser in a blending process monitoring cycle.

Control of the blending end point

Table 1: Visum NIR In-Line analyser ™ technical specifications

Conclusions

The IRIS Technology Solutions S.L. In-Line™ NIR analyser presents a more robust and realistic dynamic method for blending process monitoring than the Moving-block Standard Deviation (MBSD) algorithm  in that it is based on the quadratic mean of two successive spectra and not on the average of the standard deviation as a similarity index used by the MBSD approach.

As it has an embedded computer, it does not need to be connected to other electronic devices or external computers, making it an excellent stand-alone tool for working at the plant production level and in GMP environments.

In addition, it has a much larger illumination and spectrum acquisition area than other NIR analysers, especially those very small ones, with a resolution of 256 pixels, obtaining more chemical information and spectral quality for optimal monitoring of each blending cycle.

IRIS Technology Solutions
Digitalization-pl, Industry-4-0-pl, Pharma-4-0-pl 3 kwietnia 2024

Control of the coating process of granular forms by NIR spectroscopy

Control of the coating process of granular forms by NIR spectroscopy

In the pharmaceutical industry, there are many granular formulations that are coated to achieve a sustained or controlled release of the drug or active pharmaceutical ingredient (API) over time, a clear and well-known example being Omeprazole. In this paper we will discuss these extended release formulations and how it is possible to optimize the release time and potency analyses during the coating process using NIR spectroscopy.

Pelletisation process and traditional analysis

During the pelletisation process of modified release dosage forms, the correct application of the coating (e.g. an enteric release coating intended to prevent gastric digestion or degradation) will determine the subsequent efficacy of the drug and the mg/API release time of the drug and therefore controls are carried out throughout this process to ensure the quality and thus the expected pharmacological action.

 

Currently, this control is performed during the coating process with samples obtained from the coating equipment at different times and analysed in the laboratory using the analytical technique of HPLC or liquid chromatography and dissolution testing to demonstrate that the release of the active ingredient(s) is satisfactory. Both methods require sample preparation prior to analysis, require specialised personnel and consumables (materials), in addition to the duration (hours) of a dissolution test, whose main objective is to determine the bioavailability of the drug, meaning the relative amount of the drug that has entered the general circulation after administration, and the rate at which this access has occurred.

Therefore, the major problem with traditional analytics is that it is time-consuming to obtain the results and therefore does not allow for timely rectification of the coating process in case of failures or, in the frequent case of stopping the process for sampling, there is a risk that the quality of the semi-product will be altered.

 

An alternative and very effective tool that allows real-time monitoring of the coating process is NIR technology, since the spectral signature of each pellet can be related to its coating conditions, dosage and release times without the need to resort to traditional methods.

Development of an NIRS method for predicting release time and potency

In order to develop a predictive model for the real-time determination of release times and potency (mg API/g pellet) that is released at 1, 4 and 7 hours, we worked in coordination with a major Spanish pharmaceutical laboratory and the portable NIR spectroscopic analyser Visum Palm™ manufactured and marketed by IRIS Technology Solutions S.L. 

The data provided by the laboratory consists of the NIR spectra of several batches of two drugs based on, on the one hand, an antihistamine which, for confidentiality reasons, we will refer to as „DS”, and on the other hand, a form of vitamin B6 which, for the same reasons, we will refer to as „PH”.  In both cases, the active substance was part of the coating of the pellets constituting the vehicle. 

The spectra of the pellets were acquired at different times of the coating process, from both wet and dry samples and, in parallel, the respective sample was subjected to the usual analyses in these cases to determine the drug release at 1, 4 and 7 hours and the potency mg PI/g. 

The predictive models developed on the basis of the spectral data showed that it is not necessary to dry the samples for the acquisition of the spectra – so the control can be performed directly on the wet sample, saving time and handling – and that there is a clear relationship between the NIR spectra, the power and the release times of 1h, 4h and 7h, as we will see below.

PH compound - Coating process and NIR spectroscopy

Table 1: Quality parameters of the prediction models for the release at 1, 4, 7 hours and the potency in the samples with different stages of the PH coating process. The * symbol indicates that the model was built by using the average NIR spectra of the replicates of each sample.

Figure 1: Regression curves for PH a) All samples; b) Batches 1,3,4 y 7; c) Mean spectra of batches 1,3,4 y 7; d) Batch 7.

DS compound

Table 2 shows the quality parameters of the models for the analysis of wet DS samples. All samples were studied simultaneously: samples from batches 6, 8 and 10 together, and batch 6 separately. Batches 6, 8 and 10 were chosen for the study of a set of batches because they had the largest number of samples. In addition, batch 6 was chosen for individual analysis as it contained the most samples with the optimal release parameters for the case study.

Table 2: Quality parameters of the prediction models for the release at 1, 4, 7 hours and the potency in the samples with different stages of the DS coating process.

Figure 2 shows the regression curves resulting from the study for the active substance DS. The values of the quality parameters for the DS models show, in general, a good correlation. As an observation, it is noted that the error increases when data from different batches are used, probably because the process conditions of each batch are different due to the fact that the data come from the development and fine-tuning phase of the production process. The prediction of the release at 7 hours is worse than that of the other parameters, probably because the end of the release process has been reached in many cases before that time.

 

Figure 2: Regression curves for DS a) all samples; b) Batches 6, 8 y 10; c) Mean spectra of batches 6, 8 y 10; d) Batch 6.

Prediction of dry samples

Table 3: Quality parameters of the prediction models for the dry samples of DS batch 6 and PH batch 7.

The prediction models of the dry samples for individual batches of PH and DS show a good correlation. It should be noted that the prediction error is due to the few validation samples used.

 

Figure 3: Regression curves for Dry simples of a) DS batch 6 y b) PH batch 7.

Conclusions - Coating process and NIR spectroscopy

  • There is a clear correlation between NIR spectra with release times of 1h, 4h and 7h, as well as with potency, for both DS and PH, although it is slightly worse for PH.
  • In the case of the 7h release, the correlation seems a bit weaker, possibly because it is close to the maximum release (at the release plateau) or due to differences in the pH of the samples.
  • The different batch production conditions affect the robustness of this correlation, an inherent variability factor because the samples come from the development phase of the production process (fine-tuning phase) and not from the NIRS method.
  • Individual batch tests show a good correlation for both wet and dry samples. Since the results in both cases are similar, it can be concluded that drying is not necessary to correlate the studied parameters (release time and potency) with the NIR spectra.
  • Finally, from the analysis of the results analysed, it can be concluded that NIR spectroscopy can be used to optimise the control of the coating process of granular forms and that, from a technical point of view, it is a robust and evidence-based method. However, for all the cases evaluated in this document, definitive models have to be made once the production process has been fully developed.
IRIS Technology Solutions
Ai-pl, Digitalization-pl, Industry-4-0-pl, Innovation-pl, Pharma-4-0-pl 5 września 2023

New Visum Palm™ AI-assisted handheld NIR analyser

handheld nir analyser

New Visum Palm™ AI-assisted handheld NIR analyser

IRIS Technology Solutions introduces the latest version of its Visum Palm™ portable NIR analyser to complement its Visum® range of real-time process analysers for industry.

The new Visum Palm™ is a fully portable NIR spectrophotometer that allows real-time analysis of different substances, products or mixtures, without the need for traditional laboratory and sampling techniques, allowing industry to obtain results on the spot to make decisions or correct production process parameters.

The new generation Visum Palm™ brings with it an innovative design and a radical change in the way users experience NIR technology, now assisted by AI with the Visum Master™ software, so that each manufacturer can automatically create their own predictive models or calibrations according to their control and analysis needs.

 

Design, autonomy and robustness

The Visum Palm™ handheld nir analyser offers an innovative and ergonomic design, as well as the possibility to perform analysis at any time and place without having to connect it to any external electronic device. This is possible because it incorporates an embedded touch screen and computer, which enable all the routine functionalities of the device.

The Visum Palm™ operates in the 900 to 1700 nm range, as this is the band that best combines availability of chemical information with price and technological maturity. It operates mainly in diffuse reflectance mode, for which it has specially designed and patented optics to extract as much information as possible from the sample. Specifically, it has a large illumination area (50 mm diameter) and a collection area of 10 mm. These features differentiate it from similar analysers in terms of its suitability for analysing heterogeneous samples, which is most often the case in real working conditions. In cases where heterogeneity is more evident, the device is configurable to calculate and report the average of a given number of repetitions.

The Visum Palm™ handheld NIR analyser is IP65 compliant, making it resistant to dust, moisture and water. It is also rugged enough to be carried and tested almost anywhere indoors or outdoors and even comes with a stand for desktop or tabletop use.

 

A new AI-assisted user experience

Unlike most common modelling and calibration software on the market, which requires the user to have some technical knowledge of chemometrics or entrust the task to a third party, Visum Master™ PC-based software makes NIR technology even more accessible by automating pre-processing, multivariate analysis algorithm selection and validation. This allows any user to generate models by simply inputting spectra and references (quantitative or qualitative) for routine real-time analysis to replace traditional analysis.

najlepszy przenośny analizator NIR

The new software also allows to extend and edit pre-existing models, synchronise with the portable analyser to import spectra, export models, download measurement results, automatically generate analytical method validation reports and audit reports for GMP environments, and to check the metrological performance of the device in a guided manner when needed.

 

For industry and GMP environments

While NIR technology has a myriad of applications in numerous industries such as plastics, food, chemical, agribusiness, wood, biofuels, to mention the most relevant but not the only ones; it is for the pharmaceutical industry and GMP environments where the new Visum Palm™ device introduces significant novelties at the level of usability and functionality. It is 21 CFR Part 11 compliant, allowing the generation and display of an automatic Audit Trail report, the record of all device activity, where comments and observations can be incorporated. It also allows the user to automatically generate the analytical method validations developed and perform metrological checks of the device when required and download the results at a later date.

„NIR technology today must be easy to use and understand, and at the same time it must give the user the freedom and autonomy to exploit it to the full and facilitate their day-to-day work. Technology must be an enabler. We will continue to take further steps in terms of automation and new functionalities because we are convinced that this is the right way forward and what the industry and the people in it need”, says Oonagh Mc Nerney, Director of IRIS Technology Solutions, S.L.

 

The new Visum Palm™ handheld NIR analyser is now available here, where you can also find technical information about the device, videos and contact IRIS Technology Solutions, S.L. for a demonstration or specific enquiry.

 

IRIS Technology Solutions