Na pierwszy rzut oka mogłoby się wydawać, że izolator farmaceutyczny i rakieta kosmiczna nie mają ze sobą nic wspólnego. Dzieli je ogromna różnica pod względem zastosowania i technologii.
Izolator pracuje w sterylnym środowisku. Jego zadaniem jest ochrona procesu produkcji leków przed nawet najmniejszymi zanieczyszczeniami biologicznymi. Rakieta natomiast służy do wynoszenia na orbitę wielotonowych ładunków, wykorzystując energię gazów wylotowych.
Można więc sądzić, że te dwa rozwiązania dzielą całe lata świetlne. Wspólnym elementem mogłyby wydawać się co najwyżej leki pomagające astronautom radzić sobie z chorobą lokomocyjną w warunkach mikrograwitacji.
W rzeczywistości istnieją jednak substancje i procesy, które w znacznie bardziej bezpośredni sposób łączą te dwa światy. Odgrywają one kluczową rolę zarówno w funkcjonowaniu nowoczesnych izolatorów farmaceutycznych, jak i rakiet kosmicznych.
Środek biobójczy i ekologiczne paliwo rakietowe
Jedną z takich substancji stanowiących podstawę technologiczną
działania zarówno izolatorów aseptycznych jak i rakiet kosmicznych
jest nadtlenek wodoru potocznie zwany wodą utlenioną (H2O2).
W izolatorach farmaceutycznych wykorzystywany jest on jako
środek biobójczy. Stosowany w procesie dekontaminacji tj. do
usuwania zanieczyszczeń biologicznych takich jak np. bakterie,
wirusy czy grzyby.
Czytaj dalej
Woda utleniona posiada niestabilne wiązanie nadtlenkowe
(-O-O-), które łatwo ulega rozerwaniu uwalniając wolne rodniki
oraz reaktywne formy tlenu. Te reaktywne cząstki oddziałują
z mikroorganizmami oraz ich nieaktywnymi formami przetrwalnikowymi
(sporami). Niszcząc składniki ich błon ochronnych
(białka, lipidy) i DNA/RNA, jednocześnie unieszkodliwiając je.
Ze względu na brak toksyczności produktów rozkładu nadtlenku
wodoru (woda i tlen), substancja ta skutecznie wypiera inne
środki biobójcze (np. formaldehyd, kwas nadoctowy).
Obie wyżej wymienione cechy nadtlenku wodoru (to jest niestabilność
chemiczna oraz brak toksyczności) mają kluczowe znaczenie
dla zastosowania tej substancji w przemyśle kosmicznym jako
ekologiczne paliwo rakietowe.
W silnikach jednoskładnikowych stężony (98%) nadtlenek wodoru
przepuszcza się przez złoże katalityczne tj. materiał, który przyspiesza
reakcję chemiczną, sam nie biorąc w niej udziału. Powoduje to
gwałtowny rozkład nadtlenku na parę wodną i tlen, czemu towarzyszy
wydzielenie ogromnej ilości ciepła (reakcja egzotermiczna)
oraz produktów rozkładu. Rozprężone produkty rozkładu w fazie
gazowej wyrzucane przez dyszę wylotową, generują ciąg/odrzut.
Niestety, ciągle jeszcze, tradycyjne silniki rakietowe i satelity często
wykorzystują jako paliwo hydrazynę, która jest substancją skrajnie
toksyczną, rakotwórczą i niebezpieczną dla środowiska. To dlatego,
współczesny sektor kosmiczny dąży do jej zastąpienia „zielonymi”
napędami opartymi na stężonym nadtlenku wodoru.
Katalityczny rozkład nadtlenku wodoru jest podstawą obu procesów
Technologia katalitycznego (przyspieszonego) rozkładu nadtlenku
wodoru jest stosowana w izolatorach farmaceutycznych,
choć w nieco innym celu. Po zakończeniu cyklu dekontaminacji nadtlenek wodoru spełnia już swoją funkcję. Wówczas jego stężenie w komorze izolatora musi zostać obniżone do poziomu poniżej 1 ppm (jednej części na milion).
Aby przyspieszyć ten proces, wykorzystuje się katalityczny rozkład nadtlenku wodoru. Rozwiązanie to pozwala szybciej przygotować urządzenie do kolejnego etapu pracy.
Przyspieszoną aerację komory, czyli napowietrzanie połączone z usuwaniem H₂O₂, uzyskuje się poprzez przepuszczenie powietrza opuszczającego komorę przez złoże materiału katalitycznego. Materiał ten rozkłada nadtlenek wodoru, skutecznie redukując jego stężenie w strumieniu powietrza.
Materiał katalityczny rozkłada nadtlenek usuwając go tym samym z powietrza
wracającego do komory izolatora.
Czytaj dalej
Materiałami katalizującymi rozkład nadtlenku wodoru o potencjalnej
możliwości wykorzystania w obu wyżej dyskutowanych
zastosowaniach, mogą być metale szlachetne (platyna, pallad,
srebro) oraz tańsze od nich tlenki metali takich jak mangan, miedź,
żelazo. Materiały te są najczęściej osadzane na odpowiednich nośnikach
spełniających rygorystyczne wymogi procesowe po czym
umieszczane w odpowiednio do tego celu zaprojektowanych
panelach, przepuszczalnych dla płynów (gazów i cieczy), ale
zatrzymujących materiał katalityczny w środku.
Zastosowanie paneli katalitycznych w procesie aeracji znacząco
(często więcej niż dwukrotnie) skraca czas cyklu dekontaminacji
izolatora. Ten efekt jest wielce pożądany przez
użytkowników aseptycznych izolatorów farmaceutycznych…
…jako, że dekontaminacja oznacza przerwę w produkcji leku w izolatorze.
Aby zachować wysoką przepustowość aseptycznych linii produkcyjnych, producenci nowoczesnych izolatorów farmaceutycznych stosują specjalnie zaprojektowane panele katalityczne. Rozwiązania te działają na podobnej zasadzie jak technologie wykorzystywane w przemyśle kosmicznym.
To tylko jeden z przykładów przenikania technologii kosmicznych do inżynierii farmaceutycznej. Innowacje te zmieniają dziś sposób projektowania, testowania i produkcji leków. Jednocześnie otwierają nowe możliwości związane z przyszłą produkcją farmaceutyków w przestrzeni kosmicznej.
Pół żartem, pół serio
Biorąc pod uwagę wymagania dotyczące szczelności izolatorów i rakiet kosmicznych oraz analogie stosowanych materiałów i technologii, można użyć porównania, że nowoczesny izolator farmaceutyczny jest niczym mała, sterylna kapsuła kosmiczna zaprojektowana tak, aby nadawała się do produkcji leków. Podczas gdy rakieta kosmiczna to taki trochę izolator, który leci w kosmos.