Podcast o Mechanické separačné techniky vo farmácii

Kapitoly

Čo je filtrácia?

Štyri tajné mechanizmy

Ako to urýchliť?

Zákon filtrácie a prax

Úvod do lyofilizácie

Podmienky a proces

Výhody mrazového sušenia

Nevýhody a záver

Přepis

Tereza: Na konci nasledujúcich pár minút uvidíte, prečo filtrácia funguje úplne inak, ako ste si možno mysleli.

Matej: Presne tak. Zabudnite na predstavu obyčajného kuchynského sitka. Ukážeme si, že je to skôr ako prekážková dráha pre častice.

Tereza: A sľubujeme, že na konci budete vedieť, ako ju zvládnuť na jednotku. Počúvate Studyfi Podcast.

Tereza: Dobre, Matej, poďme na to. Čo je to vlastne tá filtrácia, keď to nie je len sitko?

Matej: Vo svojej podstate je to proces, kde oddeľujeme pevné častice od kvapaliny alebo plynu. Predstav si, že máš vodu s pieskom. Filtráciou získaš čistú vodu a piesok ostane zachytený.

Tereza: Jasné. A v chémii to má svoje odborné názvy, však?

Matej: Samozrejme. Tá zmes vody a piesku je naša „filtračná zmes“. To, cez čo ju lejeme, napríklad filtračný papier, je „filtračné médium“. Čistá voda, ktorá pretečie, je „filtrát“. A ten piesok, čo ostane na papieri? To je „filtračný koláč“.

Tereza: Filtračný koláč... neznie veľmi chutne.

Matej: Veru nie. Tento si na desiatu určite nedávaj. Je to v podstate len nahromadený odpad.

Tereza: Takže, prečo to nie je len ako sitko? To ma zaujíma najviac.

Matej: Pretože zachytávanie častíc, ktoré sú väčšie ako póry filtra – čo je princíp sitka – je len jeden zo štyroch mechanizmov.

Tereza: Aha! Takže sú ďalšie tri? Aké?

Matej: Presne. Ďalším je „zrážka s časticami prepážky“. Častica proste narazí do vlákna filtra a zastaví sa. Potom je tu „zamotanie sa“, kde sa častica doslova zamotá do vláknitej štruktúry filtra ako mucha do pavučiny.

Tereza: A ten posledný?

Matej: Ten je najzaujímavejší – „adhézia“. Častice sa na filter doslova prilepia vďaka príťažlivým silám. Je to chémia v praxi!

Tereza: Dobre, chápem. Ale niekedy to trvá večnosť. Ako môžeme filtráciu zrýchliť?

Matej: Na to potrebujeme „pomocnú silu“. Bežná filtrácia využíva len gravitáciu, čo je pomalé. Ale môžeme to vylepšiť!

Tereza: Ako?

Matej: Buď použijeme „vákuovú filtráciu“, kde pod filtrom vytvoríme podtlak, ktorý kvapalinu doslova nasáva. Alebo naopak, použijeme „tlakovú filtráciu“ a kvapalinu cez filter pretlačíme zhora.

Tereza: A tá štvrtá možnosť, ktorú sme spomínali?

Matej: „Odstredivá sila“! Celú aparatúru roztočíme v centrifúge a sila kvapalinu pretlačí cez filter. Je to super efektívne.

Tereza: Existuje na to nejaký vzorec, ktorý by to celé popisoval? Maturita sa blíži...

Matej: Jasné, je to Hagenov-Poiseuillov zákon. Znie zložito, ale myšlienka je jednoduchá. Hovorí, že rýchlosť filtrácie sa zvýši, ak zväčšíme tlak alebo priemer pórov filtra.

Tereza: A naopak, zníži sa, ak je kvapalina príliš viskózna – hustá ako med, napríklad – alebo ak je filter príliš hrubý.

Matej: Presne tak! Takže v praxi? Ak chceš zrýchliť filtráciu, môžeš napríklad zvýšiť teplotu, čím znížiš viskozitu. Alebo jednoducho použiť väčší lievik a zväčšiť plochu filtra.

Tereza: A samozrejme, pravidelne odstraňovať ten nechutný filtračný koláč, ktorý to celé upcháva.

Matej: Presne tak. Tým to celé udržíš v pohybe. Takže na záver, filtrácia je vlastne kombinácia fyziky a chémie, ktorá funguje na viacerých úrovniach. A teraz už viete, ako ju ovládnuť.

Tereza: A tým sme pokryli stabilizátory. Poďme na našu poslednú, no extrémne zaujímavú tému – lyofilizáciu. Matej, čo si pod týmto zložitým názvom máme predstaviť?

Matej: Znie to ako zaklínadlo, však? Ale v skutočnosti je to proces sušenia mrazom. Predstav si, že z látky odstrániš vodu tak, že ju najprv hlboko zmrazíš a potom ľad necháš priamo odpariť, bez toho, aby sa roztopil.

Tereza: Počkať, ako sa môže ľad odpariť bez topenia? To znie ako nejaký fyzikálny trik.

Matej: A presne to je! Ten trik sa volá sublimácia. Kľúčom je vytvoriť správne podmienky.

Tereza: A aké sú to podmienky? Predpokladám, že to neurobím v domácej mrazničke.

Matej: To veru nie. Potrebuješ dve hlavné veci: extrémne nízky tlak, takmer vákuum, a nízku teplotu, zvyčajne pod mínus 18 stupňov Celzia. Za týchto podmienok sa ľad mení priamo na paru.

Tereza: Rozumiem. Takže v podstate preskočíme tekutú fázu. Ako rýchlo to prebieha?

Matej: Veľmi, veľmi pomaly. Sublimácia sa odohráva len na povrchu, takže za hodinu sa odparí asi len milimetrová vrstva. Celý proces má viacero stupňov.

Tereza: Keď je to také pomalé a náročné, prečo to vlastne robíme? Aké sú výhody?

Matej: Tu prichádza tá najlepšia časť. Je to extrémne šetrná metóda. Ideálna pre látky citlivé na teplo – ako sú vakcíny, hormóny, proteíny alebo krvné deriváty. Klasickým sušením by sa zničili.

Tereza: Takže je to vlastne záchrana pre tie najcitlivejšie liečivá.

Matej: Presne tak. Výsledný produkt je navyše veľmi porézny, takže sa extrémne rýchlo rozpúšťa. A čo je dôležité, pri tomto procese sa nerozpustené soli nekoncentrujú, čo by mohlo poškodiť napríklad proteíny.

Tereza: Znie to takmer dokonale. Má to aj nejaké nevýhody?

Matej: Samozrejme. Najväčšou je, že výsledný produkt je hygroskopický. To znamená, že nasáva vlhkosť zo vzduchu ako špongia. Musí byť preto dokonale zabalený.

Tereza: Aha, takže hneď po procese musí ísť do hermeticky uzavretého obalu.

Matej: Presne! A samozrejme, je to technologicky a finančne náročný proces. Preto sa používa len pre špecifické, drahé a nestabilné lieky.

Tereza: Super, ďakujem ti za skvelé vysvetlenie. Týmto sme na konci dnešnej epizódy. Zhrnuli sme si všetko od základov až po špeciálne techniky ako lyofilizácia. Matej, ďakujem, že si tu bol s nami.

Matej: Ja ďakujem za pozvanie. A vám, milí študenti, držím palce. Máte na to!

Tereza: Presne tak. Počujeme sa pri ďalšej epizóde Studyfi Podcastu. Majte sa!