SynthesisControl - Modelbasierte Strategien zur Echtzeitregelung der pharmazeutischen Wirkstoffsynthese

In der pharmazeutischen Industrie ist in den letzten Jahren ein Paradigmenwechsel im Gange mit dem Ziel, nachhaltige und effiziente Prozessrouten zu etablieren. So wird auch bei der Produktion der Wirkstoffe ein Umstieg von batchbasierter zu kontinuierlicher Produktion angestrebt. Die im Industriemaßstab immer noch weit verbreitete Verwendung von Batchreaktoren zur Wirkstoffsynthese birgt einige Nachteile wie verminderte Prozesssicherheit und –robustheit, schwankende oder mangelnde Produktqualität sowie geringe Effizienz. Neben der Lösung dieser Herausforderungen, erlaubt die kontinuierliche Synthese in Durchflussreaktoren auch die Anwendung von prozessanalytischen Technologien (PAT) zur Überwachung der kritischen Prozessparameter und Qualitätsattribute in Echtzeit. Diese Information erlaubt es, Produkt aus dem Prozess aus zu schleusen, das nicht der spezifizierten Qualität entspricht. Diese Strategie führt jedoch immer noch zu erhöhten Produktionskosten durch Ausschuss und steigert noch nicht die Effizienz des Prozesses an sich. Das Ziel dieses Projektes ist die Umsetzung eines Kontrollkonzepts für den Syntheseprozess, das über die Erkennung von Schlechtprodukt und dessen Ausschleusung hinausgeht. Eine automatisierte Regelstrategie reagiert auf geringe Abweichungen im Prozess, bevor die Produktqualität beeinträchtigt wird. Zu diesem Zweck werden auf Basis von fundamentalem Prozessverständnis Modelle entwickelt, die eine prädiktive Regelung erlauben. Eine erhebliche Menge an Prozessdaten wird in Echtzeit erfasst und zu Information über den Prozess verarbeitet, auf der die Regelaktionen beruhen. Die Prozessmodelle adaptieren sich ebenfalls aufgrund der Prozessdaten und erlauben somit eine weitere Optimierung des Prozesses. Das Kontrollkonzept wird in einen zweistufigen Musterprozesses zur Synthese eines verbreiteten Wirkstoffs im Labormaßstab implementiert und erprobt. Alle im Projekt entwickelten Ansätze sind universell und damit für größere Maßstäbe als auch andere Produkte einsetzbar. Es wird damit ein wesentlicher Beitrag zur Realisierung geregelter, vollautomatisierter kontinuierlicher Produktionsprozesse geleistet, welche die Produktqualität erhöhen und Ausschuss minimieren. Auch höhere Flexibilität, Effizienz und geringere Produktionskosten sind eine Folge dieses Konzepts einer effizienten und ressourcenorientierten Prozessführung.