El uso de gases de alta pureza, con garantía de calidad y trazabilidad, es fundamental en la industria farmacéutica, biotecnológica y cosmética. Desde la investigación y desarrollo de nuevos fármacos en laboratorio hasta la producción final pasando por el control de calidad, los gases de alta pureza están presentes en las diferentes etapas clave: instrumentación analítica, inertización de procesos, refrigeración criogénica, cultivos celulares, crío-conservadores, fermentaciones, liofilización, envasado, depuración de aguas residuales, tratamientos de emisiones, etc. Gases especiales y líquidos criogénicos que deben cumplir los exigentes requerimientos de calidad de la farmacopea y de las normas de correcta fabricación del sector.
El desarrollo, producción y envasado de fármacos y productos cosméticos no sería posible sin el empleo de gases. De igual forma, el control de calidad de estos productos se realiza con equipos analíticos de laboratorio para los que los gases especiales de alta pureza son esenciales.
El catálogo de gases utilizados en este sector es muy amplio:
- Gases puros de calidad farmacopea: nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, argón.
- Gases de proceso y síntesis química: H2, HCl, H2S, NH3, aminas, etc.
- Gases especiales de alta pureza para instrumentación analítica.
- Mezclas de gases para calibración de equipos, analizadores, etc.
- Helio líquido para resonancias magnéticas.
- Nitrógeno líquido para crioconservación.
- Hielo seco (CO2 sólido) para transporte de productos a temperatura controlada, limpieza criogénica, ensayos, etc.
- Gases para aplicaciones medioambientales: depuradoras, control de emisiones.
- Gases industriales de mantenimiento.
Los 5 principales
Nitrógeno
Gas inerte que aporta seguridad y calidad en la producción de fármacos y cosméticos. El nitrógeno en estado gaseoso es la mejor solución de inertizado o protección en las diferentes fases de la producción y envasado, minimizando la presencia de oxígeno y humedad, la degradación química y las contaminaciones microbianas. El nitrógeno tiene otros usos industriales, como gas de purga, presurización o mezcla en depósitos de materias primas o equipos de producción.
El nitrógeno líquido (-195,8°C) se utiliza para el control de la temperatura en reactores, liofilización, molienda criogénica, conservación de muestras biológicas o tratamiento de volátiles en emisiones.
Oxígeno
“El gas que hace posible la vida”; tiene una importancia fundamental para las aplicaciones de crecimiento celular, se utiliza en biorreactores, así como en cualquier proceso en el que se precise enriquecer o sustituir el aire, como es el caso de los tratamientos biológicos en depuradoras.
Dióxido de carbono
El CO2 se emplea en numerosas aplicaciones de la industria farmacéutica, biotech y cosmética. Por ejemplo, en el control de pH de incubadores celulares, en cromatografía de fluidos supercríticos, en extracción supercrítica o en el control de pH de aguas residuales. El hielo seco, CO2 en estado sólido a una temperatura de -78,5°C a presión atmosférica, es muy fácil de manipular y permite la conservación de productos a temperatura controlada como es el caso de las vacunas o muestras biológicas.
Helio
Por sus singulares propiedades físico-químicas, el helio es empleado en forma líquida (-268,9 °C) o en fase gaseosa, en diversas aplicaciones de I+D y de producción: helio líquido como refrigerante de imanes superconductores en resonancias magnéticas de investigación y control de calidad; helio en estado gaseoso para técnicas analíticas como la cromatografía, detección de fugas de instalaciones, etc.
Argón
El tamaño y la densidad de la molécula de argón es lo que hace que este gas sea ideal para múltiples usos. Se emplea en analítica (ICP, absorción atómica), cajas de guantes y en procesos de inertización o presurización con requerimientos especiales.
¿Para qué se usan los gases?
Son muy diversas las aplicaciones de gases en la Industria Farmacéutica, Biotecnológica y Cosmética, las formas de suministro y los requerimientos de pureza exigidos en cada proceso.
I+D y Control de Calidad
Gases especiales de alta pureza son esenciales para la ejecución de técnicas analíticas de investigación y de control de calidad: cromatografía, ICP, absorción atómica, LC-masas, TOC, difracción-rayos X, etc. Un equipo fundamental para la investigación farmacéutica es el espectrómetro de resonancia magnética nuclear (RMN) que requiere helio líquido como refrigerante.
Inertizaciones
Empleando gases inertes como el nitrógeno o el argón es posible realizar eficaces procesos de desplazamiento de oxígeno y contaminantes dentro de un depósito de materias primas o producto terminado, barridos en un equipo reactor, purgas en canalización, etc. Objetivos: garantizar la calidad de principios activos, la estabilidad del producto final y la seguridad operativa.
Cultivos celulares
Mediante cultivos celulares realizados en incubadores se elaboran numerosos productos biotecnológicos. Empleando un sistema de control dinámico de gases y temperatura, se consigue regular el proceso y mejorar también el rendimiento del cultivo celular. Los parámetros a controlar son los niveles de O2 y CO2 disueltos, nivel de nutrientes, osmolaridad, pH, temperatura, etc.
Biorreactores
Mediante la inyección directa de oxígeno (DOI, por sus siglas en inglés) y una tecnología de mezclado apropiada, se logra superar las limitaciones del oxígeno disuelto mediante inyección de aire e incrementar la productividad de la fermentación microbiana. En los caldos de fermentación se emplean inyectores optimizados para oxígeno puro, que pueden ser combinados con los inyectores de aire tradicionales. Así se acortan los ciclos de fermentación y se potencia la productividad de los biorreactores.
Liofilización criogénica
El secado por congelación de productos farmacéuticos y biotecnológicos se mejora empleando la liofilización criogénica con nitrógeno. Fiabilidad de proceso, reducción del tiempo de ciclos, nucleación homogénea, entre otras, son las ventajas básicas de esta aplicación.
Spray-Dryer, Micronizados
El principio activo (líquido o disolución) se atomiza en nitrógeno caliente, lo que conduce a un secado rápido y a la formación de partículas. Las partículas se separan luego en un ciclón y/o bolsa de filtro. A partir de principios activos e ingredientes se obtienen micro-encapsulados, formulaciones para inhalar, micronizados, etc.
Crioconservación
La conservación de material biológico diverso (cultivos celulares, cordón umbilical, esperma, tejidos de mamíferos, etc.) se garantiza durante un tiempo prolongado empleando crioconservadores con nitrógeno líquido a -195,8°C. Nippon Gases también suministra una amplia gama de equipos para almacenamiento criogénico.
Extracción supercrítica
El CO2 en estado supercrítico (en condiciones de presión y temperatura superiores a su punto crítico), se convierte en un potente disolvente. Es un proceso rápido, eficiente y selectivo, sin dañar las características originales del producto. Estas propiedades lo hacen idóneo como sustituto de los solventes orgánicos en los procesos de extracción: extractos vegetales, pigmentos, derivados del cannabis, etc.
Molienda criogénica
La molienda criogénica con nitrógeno líquido es un método efectivo para fragilizar el producto, obtener un tamaño de partícula ultrafino y uniforme, sin calentar ni desnaturalizar el producto a tratar. Todo ello, en un ambiente inerte.
Envasado en atmósfera inerte
Los sectores farmacéutico y cosmético demandan soluciones de envasado inerte con absoluta garantía de calidad para así ofrecer la más alta protección a sus productos. Se logra un eficaz envasado libre de oxígeno mediante el uso de gases inertes como nitrógeno y argón.
Refrigeración criogénica de reactores
Algunos procesos de producción de ingredientes activos de la Industria Farmacéutica requieren de una refrigeración intensa y controlada. La refrigeración directa o indirecta de reactores usando nitrógeno líquido permite un rápido enfriamiento y un control preciso de la temperatura de la reacción, optimizando la productividad y garantizando seguridad del proceso.
Tratamiento y recuperación de volátiles
Los sistemas de tratamiento y recuperación criogénica de COVs (Compuestos Orgánicos Volátiles) permiten a los fabricantes cumplir con estrictas normas de emisión o recuperar compuestos de interés económico. Se aplican técnicas de condensación criogénica empleando nitrógeno líquido. Desde las empresas de gases, como Nippon Gases, se trabaja estrechamente con los fabricantes para entender sus procesos, las exigencias ambientales específicas de cada empresa y las posibles restricciones normativas.
Tratamiento de aguas
Empresas gasistas como Nippon Gases han desarrollado una completa tecnología propia y una amplia gama de servicios para el tratamiento de aguas de consumo y residuales: aporte de O2 en tratamientos biológicos, eliminación de olores, reducción de espumas, neutralización de pH con CO2, remineralización de agua potable, servicios de monitorización, análisis y simulación, etc.
Garantía de calidad
En la industria farmacéutica, biotecnológica y cosmética, es crítico poder garantizar la calidad del gas suministrado y aportar las certificaciones necesarias conforme a los requerimientos de la Farmacopea y de las normas de correcta fabricación del sector.
El cumplimiento de las especificaciones de pureza de los gases, indicados en las monografías de Farmacopea y la plena trazabilidad del gas desde la producción hasta el usuario final son exigencias obligadas para un completo aseguramiento de calidad.
El usuario final debe exigir los certificados de análisis correspondientes que avalen la idoneidad de los gases empleados para cada aplicación. Cualquier no conformidad puede afectar gravemente a la validación de lotes de producción.
Es muy importante también asegurar la pureza de los gases desde la fuente de suministro (ya sean botellas de alta presión o tanques criogénicos) hasta el punto de consumo. Para ello, es necesario realizar una instalación de suministro con materiales compatibles con gases de alta pureza, tramos de canalización unidos mediante soldadura TIG con protección de gas argón, equipos de regulación de presión y control de caudal especialmente diseñados, etc. Hay que confiar en empresas de reconocida solvencia para la ejecución de este tipo de instalaciones y no recurrir a opciones de poca fiabilidad que puedan derivar en problemas operativos de los equipos de producción o de análisis.
Productividad
Los continuos avances tecnológicos en este sector están permitiendo disponer de técnicas analíticas más precisas y equipos de producción con mayor eficiencia. Estas nuevas tecnologías se apoyan en el uso de gases de alta pureza que permiten mejorar las tareas de investigación y desarrollo de nuevos productos, un control de calidad más preciso, acortar procesos de producción, reducir costes energéticos, optimizar recursos, reducir mermas de producción, etc.
Su proveedor de gases puede proporcionar soluciones tecnológicas que permitan mejorar el rendimiento de procesos y su rentabilidad. En definitiva, una mejora de productividad integral.
Seguridad
Para la utilización de gases en la Industria Farmacéutica, Biotecnológica y Cosmética es fundamental contar con el asesoramiento de profesionales de empresas gasistas como Nippon Gases, altamente cualificados y conocedores de los riesgos derivados del uso y manipulación de gases y líquidos criogénicos, y de las normativas y legislación vigentes relativas a las instalaciones.
La excelencia en la seguridad sólo puede lograrse a través de la formación y el trabajo constante, revisando todos los puntos potenciales de riesgo: seguridad en el almacenamiento, instalación de fuentes de suministro y canalización, compatibilidad de materiales, detectores de fugas en laboratorios y áreas de producción, control de alarmas, EPIs adecuados al riesgo de cada gas, fichas de datos de seguridad y formación continuada para los usuarios de gases.
A la hora de abordar un nuevo proyecto con gases, siempre hay que tener presente que la seguridad es lo primero.
En un entorno regulatorio tan complejo, las empresas gasistas deben mantener un constante compromiso con la calidad del producto, la innovación en aplicaciones y la mejora de procesos, la optimización de la productividad y, muy especialmente, con la seguridad operativa.
Nippon Gases proporciona gases de calidad farmacopea, gases de alta pureza, líquidos criogénicos, instalaciones y servicios especialmente dedicados a clientes de la Industria Farmacéutica, Biotecnológica y Cosmética.
Artículo escrito por:
Javier Campo Ortiz
Product manager pharma & biotech
,Nippon Gases España
