Dalam industri biofarmasi, seperti dalam setiap produksi teknologi tinggi modern, metode dan alat untuk pemodelan numerik proses fisikokimia semakin banyak digunakan untuk menyelesaikan berbagai tugas, dari pengembangan bentuk sediaan baru dan metode untuk produksi mereka hingga analisis proses transportasi, penyimpanan dan pengiriman obat-obatan. .

Amgen adalah salah satu perusahaan biofarmasi terkemuka di dunia. Obat-obatan perusahaan membantu jutaan orang yang menderita penyakit serius. Setiap obat adalah produk dari kerja keras para ilmuwan, insinyur, dan teknolog. Spesialis Amgen menggunakan pemodelan multi-fisik sebagai alat yang membantu memastikan efisiensi dan keamanan semua tahap produksi. Karena spesifik masalah yang muncul dalam industri ini, kita sering harus berurusan dengan pemodelan proses fisik dan kimia yang kompleks, sehingga ketersediaan berbagai model matematika dalam perangkat lunak untuk pemodelan numerik adalah faktor kunci.

Pablo Rolandi, Direktur Manajemen Proses Produksi Amgen, menganalisis bagaimana spesialis perusahaan menggunakan lingkungan simulasi numerik COMSOL Multiphysics ^® untuk menyelesaikan masalah mereka.

Rolandi sampai pada kesimpulan bahwa "COMSOL adalah platform yang matang dengan prinsip-prinsip pengembangan modern, yang memungkinkan Anda untuk membuat model yang kompleks, berkat antarmuka grafis yang logis dan mudah digunakan, serta kemampuan untuk memecahkan masalah interdisipliner pemodelan fisik dan kimia." Rolandi memimpin sekelompok spesialis yang menggunakan metode pemodelan multi-fisik untuk menyelesaikan berbagai masalah pada tahap desain dan pengembangan proses dan sistem teknologi baru. Semakin lama, solusi ini berubah menjadi aplikasi pemodelan yang nyaman yang dibuat atas dasar model perhitungan menggunakan Lingkungan Pengembangan Aplikasi COMSOL. Aplikasi memungkinkan Anda untuk mendapatkan dan menggunakan hasil pemodelan numerik untuk berbagai karyawan yang tertarik, bahkan bagi mereka yang tidak ahli dalam bidang perhitungan numerik dan pemodelan komputer. Selama satu setengah tahun, grup Rolandi berhasil membuat perpustakaan lengkap aplikasi yang mudah digunakan yang dirancang untuk meningkatkan efektivitas penelitian dan mempercepat pengembangan teknologi baru.

Optimalisasi proses

Salah satu bidang di mana kelompok Rolandi menerapkan alat pemodelan numerik adalah optimalisasi dan penghapusan hambatan dalam proses produksi. Sebagai contoh keberhasilan implementasi hasil simulasi, kita dapat menyebutkan masalah intensifikasi proses pengeringan. Masalah muncul ketika perusahaan menolak layanan dari organisasi kontrak dan mengalihkan produksi ke pabriknya sendiri di Singapura.

Ternyata kinerja pengering filter, di mana kelembaban dihilangkan dan komponen dipisahkan, terlalu rendah, yang meningkatkan risiko permintaan yang tidak terpenuhi untuk produk akhir. Kelompok Rolandi bingung dengan pembangunan model komputasi yang memungkinkan untuk menemukan hambatan dan mengoptimalkan proses pengeringan. Karena proses teknologi multi-stage, dan jenis peralatan yang berbeda sebelumnya digunakan untuk tiga tahap pertama, spesialis Amgen tidak memiliki cukup data tentang karakteristik pengering, yang tidak memungkinkan kami untuk membuat model yang akurat dan menentukan bagaimana kondisi pengeringan yang berubah mempengaruhi produktivitas. Pertama-tama, perlu untuk mengevaluasi pengaruh dua parameter kritis - tingkat penguapan dan difusi dalam pengering baru. Spesialis harus menghitung satu set besar data dan menggunakan analisis regresi untuk memprosesnya untuk mendapatkan semua karakteristik model. Berdasarkan model perhitungan COMSOL yang dikembangkan, aplikasi yang mudah digunakan dibuat untuk menghitung waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan siklus pengeringan lengkap.

Aplikasi untuk menghitung waktu pengeringan dalam berbagai kondisi proses. Aplikasi ini menyediakan kemampuan untuk membandingkan hasil perhitungan dengan data eksperimental

Aplikasi ini digunakan oleh insinyur proses mengatur peralatan dan proses produksi. Aplikasi ini memungkinkan pengguna untuk mengevaluasi dampak perubahan kondisi operasi peralatan dan mengambil langkah-langkah untuk meningkatkan produktivitasnya.

Memastikan standar sterilisasi yang tinggi

Contoh lain dari masalah yang berhasil diselesaikan dengan pemodelan adalah kepatuhan dengan standar sterilisasi untuk pengiriman kontainer. Obat-obatan dari pabrik diangkut dalam wadah khusus, yang harus disterilkan sesuai dengan persyaratan ketat dari standar yang relevan, karena setiap, bahkan sedikit kontaminasi bakteri dari obat dapat menyebabkan konsekuensi yang sangat tidak menyenangkan atau bahkan berbahaya. Prosedur sterilisasi etilen oksida standar tidak cocok untuk wadah baru dan harus disesuaikan. Grup Rolandi mengusulkan untuk menganalisis proses difusi etilena oksida dalam wadah baru menggunakan simulasi numerik, yang menghindari banyak percobaan mahal. Aplikasi dikembangkan di mana pengguna dapat menentukan area penetrasi kontaminasi, menunjukkan kelarutan, konstanta difusi dan menghitung bagaimana konsentrasi etilen oksida dalam wadah berubah dari waktu ke waktu.

Aplikasi untuk memodelkan proses sterilisasi, di mana perubahan konsentrasi etilen oksida dalam wadah dari waktu ke waktu dihitung

Teknologi menggunakan aplikasi untuk memilih konsentrasi optimal dari agen sterilisasi untuk kondisi yang diberikan dalam wadah bentuk geometris tertentu. Implementasi aplikasi diperbolehkan untuk mengurangi secara signifikan, dan dalam beberapa kasus bahkan menghilangkan kebutuhan untuk eksperimen, yang pada gilirannya mengurangi tahap desain dan biaya percobaan selama beberapa bulan. “Ternyata membuat aplikasi untuk simulasi numerik jauh lebih efisien,” kata Rolandi.

Bukan hanya pemodelan

“Saya berpikir tidak hanya tentang pemodelan numerik, tetapi juga tentang mengembangkan dan mengintegrasikan aplikasi dan metode yang paling canggih,” kata Rolandi. "Saya percaya bahwa kita sedang menghadapi tugas strategis, dan kami baru saja mulai menyelesaikannya." Salah satu masalah yang masih harus dipecahkan adalah pertimbangan faktor ketidakpastian (error) dari data awal. Dalam praktiknya, parameter input tugas apa pun jarang ditentukan secara tepat, semuanya ditandai oleh beberapa kesalahan. Untuk meningkatkan keandalan dan kegunaan pemodelan, perlu untuk memperhitungkan kesalahan ini.

Misalnya, grup Rolandi sedang mengerjakan model desain injektor otomatis - alat untuk memberikan obat dalam mode otomatis tanpa keikutsertaan dokter. Parameter terpenting perangkat adalah waktu pengiriman obat. Parameter ini harus dikontrol secara tepat untuk sepenuhnya mematuhi dosis yang ditentukan oleh dokter untuk obat yang diberikan. Kesulitannya adalah bahwa waktu pengiriman ditentukan oleh sejumlah parameter yang dikenal dengan akurasi yang berbeda - ini adalah dimensi geometris dan bentuk wadah, kepadatan dan viskositas obat, koefisien gesekan untuk piston dalam injektor, dll. Jika kesalahan dari parameter ini tidak diperhitungkan, maka tidak mungkin untuk menentukan varians untuk waktu pengiriman obat, dan tanpa karakteristik ini tidak dapat dikontrol secara tepat. Sebagai hasil pemodelan, penting untuk mendapatkan distribusi probabilitas dari hasil, ini akan memungkinkan analisis yang lebih baik dari pekerjaan seluruh sistem secara keseluruhan.

Untuk menganalisis sensitivitas waktu pengiriman ke berbagai parameter awal, spesialis dari grup Rolandi menggunakan alat pemodelan multi-fisik, yang dengannya mereka menghitung indeks sensitivitas untuk setiap parameter masalah. Sebagai contoh, mereka menemukan bahwa viskositas obat dan dimensi geometrik jarum menentukan 90% dispersi untuk waktu pengiriman, dan 10% sisanya jatuh pada parameter yang tersisa. Ini memungkinkan kami untuk menyederhanakan model secara signifikan, karena hanya beberapa parameter yang berpengaruh signifikan terhadap waktu pengiriman. Pada gilirannya, pengetahuan ini memfasilitasi persiapan spesifikasi teknis untuk pemasok komponen dan mengurangi risiko kesalahan.

Aplikasi untuk pemodelan injector otomatis, yang menghitung kesalahan waktu pengiriman obat

Seperti model perhitungan lain yang dibangun di COMSOL Multiphysics ^® , model untuk menganalisis waktu pengiriman obat telah diubah menjadi aplikasi yang nyaman dan mudah digunakan di mana pengguna dapat melihat dokumentasi, mengatur data awal, melakukan analisis kesalahan dan secara otomatis menghasilkan laporan pada saat selesai perhitungan. Menyebarkan aplikasi lagi menghemat waktu dan uang untuk penelitian.

Penerapan dan Distribusi Aplikasi

Amgen menggunakan versi lokal COMSOL ServerTM untuk membuat aplikasi tersedia bagi karyawannya. “Kami ingin semua karyawan Amgen menggunakan aplikasi kami,” kata Rolandi. - Saya bangga bahwa saat ini perusahaan aktif menggunakan lebih dari sepuluh aplikasi. Pengenalan teknologi tersebut dimungkinkan secara eksklusif melalui penggunaan lingkungan COMSOL. "

COMSOL ^ServerTM membuatnya sangat mudah untuk digunakan, dikelola dan digunakan aplikasi baik secara internal maupun eksternal melalui Internet. Pengguna dapat masuk menggunakan browser web standar dan mengakses perpustakaan aplikasi yang dikembangkan oleh tim Rolandi.

Perpustakaan aplikasi Amgen dikembangkan oleh Grup Rolandi

Grup Rolandi tidak akan berpuas diri dan berencana untuk mengintegrasikan aplikasi ke dalam proses teknologi, misalnya, mengotomatiskan input input data, dan mengubah aplikasi itu sendiri menjadi "inti komputasi" dari sistem informasi perusahaan.

Pablo Rolandi berpidato di konferensi pengguna COMSOL 2017

Artikel Terkait COMSOL Blog yang Menarik

• Optimalisasi proses biofarmasi menggunakan pemodelan numerik
• Analisis sintesis kimia halus dalam reaktor plat

Informasi tambahan

Bahkan lebih banyak contoh penggunaan COMSOL ^{® oleh} tim peneliti dari ASML, TAUW, NRC, Endress + Hauser, Sintex, Amgen, TUM, EPFL, NTS, dan lainnya dapat ditemukan dalam edisi COMSOL NEWS 2018 dalam bahasa Rusia.

Kami juga mengundang semua orang pada tanggal 1 November ke acara utama untuk pengguna COMSOL saat ini dan di masa mendatang - COMSOL Day di Moskow .