Projekti / Programi
Kompleksni hiperspektralni sistem za avtomatsko analiziranje in vodenje procesov oblaganja farmacevtskih pelet
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.00 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T111 |
Tehnološke vede |
Upodabljanje, obdelava podob |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
NIR hiperspektralno slikanje, analiza slik, avtomatska kontrola kakovosti, procesna analitična tehnologija, brezkontaktna analiza pelet
Raziskovalci (21)
Organizacije (4)
Povzetek
Pelete se najpogosteje pridobivajo s postopkom aglomeracije, kjer se praškasti delci postopoma združujejo v pelete. Na ta način se izboljša homogenost, pretočnost ter zmanjša prašnost in segregacija. Pelete se običajno še filmsko obložijo, kar dodatno zaščiti aktivno sestavino pred vplivi iz okolice, bistveno izboljša nadzor nad sproščanjem aktivne sestavine, spremeni barvo in/ali okus ter vpliva na končno obliko in velikost pelet. Na izjemno pomemben proces sproščanja aktivne sestavine je mogoče vplivati z razmerjem med prostornino in površino pelet in z debelino ter sestavo filmske obloge in/ali sestave matriksa pelete. Zaradi omenjenih prednosti pelete vse bolj nadomeščajo praškaste zmesi, pri izdelavi kapsul, delno tudi tablet. Po drugi strani pa je oblaganje pelet izjemno kompleksen multivariabilni proces, ki zahteva natančno vodenje, saj v nasprotnem primeru hitro pride do napak pri oblaganju, kar ne zagotavlja ciljev oblaganja in pomeni nepotrditev ustreznosti izdelka in s tem velikih finančnih izgub. Vse to zahteva številne postopke za merjenje in ocenjevanje lastnosti pelet. Velikost pelet in debelina filmske obloge se običajno merita v laboratorijih ob pomoči mikroskopa ali posredno s testom raztapljanja, medtem ko se kemijska sestava običajno vrednoti s tekočinsko kromatografijo (HPLC). Žal so omenjene metode časovno dolgotrajne, retrospektivne, ireverzibilne, lahko tudi ekološko manj sprejemljive ter zato neprimerne za izvajanje meritev v realnem času med procesom oblaganja. Slednje je nujno potrebno za uspešno načrtovanje, vodenje in izboljševanje procesov oblaganja, kar je edino zagotovilo za visok izkoristek in trajno visoko kakovost izdelkov. To še prav posebej poudarja FDA (Food and Drug Administration) s PAT (Process Analytical Technologies) smernicami, ki pa jih pri svojih postopkih implementira tudi evropska agencija za zdravila EMA, in pričakovati je, da bo ta zahteva postala v bližnji prihodnosti nujna in obvezna. Zanesljivo, učinkovito, neinvazivno ter brezkontaktno merjenje fizikalnih in kemičnih lastnosti pelet v realnem času je možno zagotoviti s točkovno spektroskopijo bližnjega infrardečega dela spektra (NIR). Geometrične lastnosti, kot sta velikost in oblika pelet, določanje fizikalnih lastnosti ter prostorsko porazdelitev kemijskih entitet izdelka, t.j. pelete, pa je mogoče vrednotiti na podlagi NIR hiperspektralnih slik, ki jih lahko zajamemo ob pomoči AOTF filtrov oziroma linijskih NIR kamer (glej prilogo). Za celovito analizo geometričnih, fizikalnih in kemijskih lastnosti pelet ter pripadajočih prostorskih porazdelitev v realnem času, pa je potrebno razviti nove popolnoma avtomatske postopke za kvantitativno vrednotenje hiperspektralnih slik. Na ta način bi lahko dosegli hitro, učinkovito, zanesljivo, brezkontaktno, nedestruktivno in okolju prijazno robustno statistično analizo pelet za zanesljivo industrijsko procesno kontrolo.
V predlaganem aplikativnem projektu se bomo osredotočili na razvoj novih učinkovitih metod za avtomatsko, brezkontaktno in nedestruktivno hiperspektralno vrednotenje geometričnih, fizikalnih in kemijskih lastnosti pelet v realnem času. To bomo izvedli z razvojem robustnih avtomatskih metod za avtomatsko analizo NIR in vidnih hiperspektralnih slik v realnem času, s poudarkom na analizi velikosti, oblike in sestave pelet ter debeline in homogenosti njihovih filmskih oblog. Razvoj in združevanje takšnih postopkov bo omogočilo izdelavo sodobnih inovativnih kompleksnih merilnih sistemov in naprav, primernih za uspešno načrtovanje, vodenje in izboljševanje farmacevtskih proizvodnih procesov, pa tudi vrednotenje kakovosti pelet skladno s PAT smernicami ter na ta način zagotovilo kakovost in varnost zdravil, dvignilo produktivnost ter zagotavljalo za okolje bolj prijazne proizvodnje.
Pomen za razvoj znanosti
Projektna skupina je v času izvajanja projekta objavila številne znanstvene prispevkov v prvi četrtini SCI revij. Glede na visoke faktorje vpliva SCI revij pričakujemo, da bodo objavljeni članki odmevni in pogosto citirani. Odmevnost in kakovost objavljenih znanstvenih del sta še posebej pomembni za mednarodno razpoznavnost in ugled Univerze v Ljubljani, kakor tudi Republike Slovenije, ter s tem tudi dolgoročni razvoj tehniških in naravoslovnih znanosti na slovenskem. Skladno z naravo aplikativnih projektov pričakujemo, da bodo rezultati raziskav na področju medprocesnega vrednotenja glavnih lastnosti pelet, med katere sodijo velikost in oblika pelet ter prirastek in homogenost obloge, pospešili prenos znanja iz raziskovalne sfere v industrijsko okolje, ter vzpodbudili nove raziskave na področju uporabe hiperspektralnih tehnologij v proizvodnih procesih. Ker gre v primeru hiper-spektralnega slikanja za področje, ki si šele utira pot v proizvodni procese farmacevtske industrije, je bilo tekom izvajanja projekta potrebno podrobneje raziskati in poiskati ustrezne rešitve za številne bazične probleme, ki se tičejo sistemske kalibracije, načrtovanja svetil in obnove kakovosti zajetih slik v smislu prostorske in spektralne ločljivosti. Dognanja so uporabna tudi na številnih drugih raziskovalnih področjih, kot je recimo oddaljeno zaznavanje, kjer so hiperspektralni sistemi že nekoliko bolj uveljavljeni. Številni rezultati in dognanja pridobljena tekom izvajanja aplikativnega projekta bodo pomembno vplivala na razvoj novih in izboljšave obstoječih postopkov na področju industrijskih aplikacij računalniškega vida, s katerimi je mogoče pomembno izboljšati produktivnost proizvodnega procesa ter kakovost in varnost izdelkov. Na podlagi raziskav, ki obsegajo področja uporabe računalniškega vida v bližnjem infrardečem delu elektromagnetnega valovanja in povezovanje informacije zajete z več različnimi slikovnimi tehnikami, se pojavljajo številne priložnosti za razvoj novih tehnologij z veliko dodano vrednostjo. Le-te bodo omogočile učinkovito analiziranje, razvijanje in optimiziranje sodobnih proizvodnih procesov in tehnologij v farmacevtski industriji.
Pomen za razvoj Slovenije
Možnosti za uporabo rezultatov aplikativnega raziskovalnega projekta so številne. V splošnem bodo razviti postopki medprocesnega vrednotenja glavnih lastnosti pelet omogočali izvedbo sodobnih visokotehnoloških nadzornih sistemov in naprav za neprestano spremljanje, razumevanje, vodenje in izboljševanje procesov oblaganja pelet, kar se bo odražalo v višji kakovosti in varnosti izdelkov, večji produktivnosti ter okolju prijaznejši proizvodnji. Prvi korak v tej smeri je bil narejen z izgradnjo in nadgradnjo prototipnega sistema, ki omogoča neprestano vrednotenje naštetih lastnosti pelet tekom celotnega proizvodnega procesa. Izčrpno vrednotenje prototipnega sistema je pokazalo, da je predlagani sistem več kot odlična osnova za razvoj najsodobnejših naprav z visoko dodano vrednostjo, primernih za uporabo v industrijskih oblagalnih procesih. Poleg tega pričakujemo, da bodo razviti novi postopki za sočasno kalibracijo in obnovo kakovosti zajetih hiperspektralnih slik omogočili številne nove raziskave na dotičnem področju ter omogočili bistveno izboljšanje obstoječih sistemov s strojnim vidom. Omenjeni postopki so še posebej pomembni v industrijskih okoljih, kjer nam omogočajo ponovljiv zajem in pripravo visoko kakovostnih slik, ki so potrebne za hitro, natančno in zanesljivo avtomatsko analizo slik. Izvedeni projekt je tudi utrdil raziskovalno-razvojno ter inovacijsko sodelovanje med Univerzo v Ljubljani, Inštitutom Jožef Stefan in Tehnološkim parkom Ljubljana, v okviru katerega deluje sofinancer in soizvajalec Sensum, sistemi z računalniškim vidom d.o.o. Omenjena razvojno-tehnološka povezava je v preteklosti že pripeljala do razvoja številnih visokotehnoloških sistemov z računalniškim vidom, ki se vsakodnevno uporabljajo za kontrolo kakovosti tablet in kapsul v številnih farmacevtskih podjetjih po celem svetu (glej www.sensum.eu). Zato upravičeno pričakujemo, da bodo znanstveno spoznanja in tehnološke rešitve pridobljene tekom izvajanja projekta pripeljala do razvoja novih visokotehnoloških izdelkov z veliko dodano vrednostjo. Ocenjujemo, da je predlagani projekt dodatno utrdil in nadgradil sodelovanje med univerzitetno, znanstveno, tehnološko in podjetniško sfero ter tako pomembno pripomogel k neposrednemu prenosu vrhunskega znanja v industrijsko okolje, kar je nujno potrebno za razvoj novih visokotehnoloških izdelkov z visoko dodano vrednostjo, hitrejšo in višjo gospodarsko rast ter posledično ustvarjanje novih kakovostnih delovnih mest.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
