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Background
약은 일반적으로 API (의약활성물질)과 부형제 (excipient)로 구성된다. 부형제는 API를 인체에
전달할 때 약성분의 안정성과 제조 효율을 향상
시키기 위해 사용하는 일종의 첨가제이다.
흡입치료 (Inhalation therapy)는 폐 질환의 치료법으로서, 에어로졸 (solid in air) 형태로
제조한 약을 흡입을 통해 폐에 직접 전달하여 치료 효과를 극대화한다.
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흡입 치료에 사용되는 부형제는 입도가 약 400 nm로 균일도가 높은 분말일 때 약성분의 체내
전달 농도를 일정하게 유지할 수 있게 된다. 이를 위해서는 상당한 수준의 에너지가 필요하며
일반적으로 extensive nano-milling 기술을 사용하여 슬러리 형태의 유기용매 현탁액 (suspension)에
전단 에너지를 가하는 생산 방식을 이용한다. 이러한 milling을 위해서는 굉장한 에너지가 필요하고
이때 사용되는 비드 세척 및 교체로 인한 생산 비용과 노력이 크게 소요된다는 한계가 있다.
Why Ultrasonic Technology?
Sonofragmentation 이란 초음파 분산기를 사용하여 입자를 분쇄하는 기술을 일컫는다.
초음파 cavitation 에너지를 유기용매 현탁액에 가하면 순간적인 진동에 의해 미세 진공
기포(micro cavity bubbles)가 발생했다가 사라지게 된다. 이때 발생한 충격파 (shock wave)가
현탁액에 비대칭적으로 적용되고 입자간 이동 속도의 차이로 전단력이 발생하여 입자가
미세하게 분쇄된다. 만약 이러한 초음파를 통해 대용량의 부형제를 처리할 수 있는 기술이
있다면 milling 기술에 비해 편리하게 목표 제품을 생산할 수 있을 뿐 아니라 제조 단가가
낮아지므로 가격 경쟁력도 생길 것이다.
일반 초음파 분산기는 실험실 규모에서 scale up 할 때 probe 출력 면적을 크게 할수록
amplitude가 낮아지는 한계가 있어서 대용량의 부형제를 처리할 수 없다.
그러나, BSP-1200 고출력 probe는 pilot 규모의 양을 처리할 때 probe의 면적을 크게 하더라도
amplitude가 유지되어 대용량 처리에서 실험실 규모에서와 동일한 효과를 기대할 수 있다.
따라서 부형제의 분산에서 산업 규모인 ISP-3000을 도입하면 실험실 규모보다 약 20배의 양을
더 처리할 수 있고, BSP-1200보다 약 5배 많은 양을 처리할 수 있다.
Production with High-Amplitide Ultrasound
이 실험에서는 BSP-1200 고출력 probe (high intensity probe)를 사용하여 분산한 부형제의
Sonofragmentation 수준을 확인하였다.
시험 방법
1. 부형제 분말을 유기용매 1 L 에 5% wt 넣고 현탁액을 만든다.
2. 25 ℃ 의 냉각수를 사용하여 시료의 온도가 일정하게 유지되도록 한다.
3. 처리 전과 후 (30분, 1시간, 2시간)의 시료를 채취하여 입도를 분석한다.
Sonofragmentation of Excipient Crystals
다음은 BSP-1200 고출력 probe를 사용하여 얻은 부형제의 입도분포곡선이다.
1. 부형제의 초기 평균 입도는 15.4 um 였으나, 2시간의 초음파 처리를 통해 0.4 um (400 nm) 의
목표 수준에 도달한 것을 확인하였다.
2. 고출력 probe 초음파 분산기를 사용한 부형제 파쇄 방법이 milling 기술 만큼의 성능을 얻을 수
있음과 동시에 보다 편리하고, 경제적인 방법임을 확인하였다.
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