Die Leistung von PAT im Maßstab einer API-Pilotanlage

Die Augen im Prozess - PAT für effiziente Prozessentwicklung

Die prozessanalytische Technologie (PAT) wird in den Entwicklungslabors von AbbVie für datenreiche Experimente eingesetzt. In dieser Präsentation erläutern Dr. James C. Marek und Dr. Eric G. Moschetta von AbbVie, wie diese Werkzeuge sowohl die effiziente Entwicklung von API-Prozessen als auch das grundlegende Verständnis erleichtern.

In der API-Pilotanlage von AbbVie ist die Erfassung von PAT-Daten aus FTIR, Raman, FBRM, einfachen Sensoren (Leitfähigkeit, pH-Wert usw.) und Massenspektrometrie von unschätzbarem Wert, um das Scale-up unter den Bedingungen des prototypischen Wärme-, Massen- und Impulstransports zu bestätigen. Die Echtzeitüberwachung von Reaktionen, Kristallisationen, Destillationen, Wäschen, Trocknung und anderen Arbeitsschritten ermöglicht ein besseres Verständnis der Prozessabläufe. Die In-Situ-Analyse, die PAT bietet, ermöglicht eine rechtzeitige Fehlersuche mit besseren Chancen, die richtige Antwort zu finden, da PAT im Wesentlichen "Augen" für den Prozess bietet.

Several applications of PAT at scale are provided. In one project, FTIR calibration models were developed in the lab to provide a reliable method for measuring the kinetics of what appeared to be a consecutive series reaction. The study led to incorporating an autocatalytic step in the mechanism to accurately predict the kinetics. The lab calibration models were applied to the FTIR trends from the API pilot plant, yielding quantitative predictions in excellent agreement with the expected values and the trends demonstrated scalability of the reaction.

Crystallization is another key API unit operation that also benefits from online PAT monitoring. FBRM tracking of particle chord lengths is valuable as an indicator of wet milling performance, as well as, crystallization progress. FTIR is often valuable for tracking the species concentration to confirm de-supersaturation and monitor crystallization progress. Particle vision systems are expected to provide even more benefits in the future. Raman spectroscopy was used to monitor the humidified drying of an API with dihydrate and trihydrate polymorphs, while mass spectrometry is useful for indicating drying endpoints. Using PAT in a GMP Pilot Plant required overcoming some unique challenges, and these aspects are also addressed.

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James Marek

James Marek, Ph.D.

AbbVie

Geboren und aufgewachsen im Großraum Chicagoland, erwarb Jim Marek seinen BSChE an der University of Illinois, UIUC. Nach seinem Abschluss ging er an die Purdue University, wo er seinen Master of Science und seinen Doktortitel in Chemieingenieurwesen erwarb und seine Frau Sandra kennenlernte. Seine Doktorarbeit mit Lyle Albright führte zu einem umfassenden Verständnis der Mechanismen der Koksbildung in thermischen Pyrolysereaktoren für die Ethylenproduktion. Jim zog nach Augusta, GA, wo er seinen ersten Job bei du Pont an der DOE-eigenen Savannah River Site in Aiken, SC, antrat. Jim entwickelte Prozesse für die Defense Waste Processing Facility (DWPF), die 1996 in Betrieb genommen wurde, um hochaktive nukleare Abfälle in einer Borosilikatglasmatrix zu immobilisieren. Nach 13 Jahren wechselte Jim zu Abbott als einer der ersten Chemieingenieure in der chemischen F&E-Gruppe. Bis zum Wechsel zu AbbVie im Jahr 2013 war Jim weiterhin in der Prozessentwicklung tätig. Während seiner 24-jährigen Tätigkeit in der Pharmaindustrie hat Jim aktiv an mehr als 30 Projekten in der Medikamentenpipeline mitgewirkt. Im Jahr 2018 wurde Jim zum technischen Verbindungsmann des neu gegründeten Zentrums für PAT und setzt PAT bei fast all seinen Arbeiten an der Waage und beim Scale-up aktiv ein.

Eric Moschetta

Eric G. Moschetta, Ph.D.

AbbVie

Eric Moschetta stammt aus Pittsburgh, PA, und erwarb seinen BSE in Chemieingenieurwesen an der Case Western Reserve University in Cleveland, OH, und seinen Doktortitel in Chemieingenieurwesen an der Penn State unter der Leitung von Rob Rioux, wo er sich mit der Kinetik und Thermodynamik von Flüssigphasen-Interaktionen befasste, die für metallorganische Katalysemechanismen von grundlegender Bedeutung sind. Anschließend zog er nach Atlanta, GA, um als Postdoktorand bei Chris Jones und Ryan Lively an der Georgia Tech zu arbeiten. Sein Schwerpunkt lag auf molekular strukturierten Materialien für die Flüssigphasenkatalyse, CO2-Abscheidung und -trennung. Während seiner Zeit an der Georgia Tech gehörte Eric zum Center for Selective C-H Functionalization (CCHF), einem von der NSF finanzierten Zentrum für die funktionsübergreifende Zusammenarbeit von Chemikern und Ingenieuren, um Innovationen in der Chemie der C-H-Funktionalisierung voranzutreiben. Er arbeitete eng mit der Gruppe von Huw Davies an der Emory University zusammen, um Hohlfaser-Durchflussreaktoren für heterogene katalytische Reaktionen, einschließlich C-H-Funktionalisierung, zu implementieren. Er kam 2016 zu AbbVie und ist derzeit leitender Wissenschaftler in der Abteilung Process Engineering in Process R&D. Zu seinen aktuellen Forschungsinteressen gehören flow chemistry, kontinuierliche Extraktion, Photochemie, kinetische Modellierung, Photochemie und Kristallisation.