공정 분석 기술(PAT)

공정 분석 기술(PAT)은 “최종 제품 품질의 보장을 위한, 원재료 및 가공 중인 재료와 공정의 핵심 품질 및 성능 특징에 대한 시기 적절한 측정(즉, 가공 중)을 통한 제조 설계, 분석, 제어 시스템”으로 정의됩니다¹¹ 공정 분석 기술(PAT) 측정치는 원재료, 중간 생성물, 제품에 대한 것일 수 있으며, 측정치는 공정의 변수가 화학, 바이오프로세스 또는 입자 기반 시스템에 영향을 미치는 방식을 이해하기 위한 의미있는 데이터를 제공할 수 있습니다. PAT는 미확인 중간 생성물, 메커니즘, 종말점을 사전에 측정할 수 있는 기회를 제공하며, R&D, 확장, 제조에 적용될 수 있습니다.

실험실 R&D에서의 공정 분석 기술

모든 실험에 대한 통찰력
연구 및 개발에서 PAT는 미확인 공정 구성 요소 및 관계를 미리 드러낼 수 있는 측정치를 시기 적절하게 제공합니다. 풍부한 데이터 수집을 통해, 실험 연구원들은 모든 조제, 발효, 반응 또는 결정화에 대해 깊이 있는 기계론적 통찰력을 얻습니다. 실험 전반에 걸친 지속적인 데이터 흐름은 공정 파라미터와 제품 품질 또는 하류 공정 성능 간의 연결 고리를 제공합니다. 실시간 데이터는 연구자들이 각 실험에 대해 즉각적인 통찰력을 얻을 수 있다는 뜻이며, 정보에 기반한 빠른 의사 결정을 통해 각 후속 실험을 개선할 수 있다는 뜻입니다.
웹 세미나 보기: 유동 및 배치 화학을 위한 PAT - GlaxoSmithKline

생산성 변화
연구원들은 실험 조건의 영향을 조사하고, 실증적인 데이터를 수집하여 예측 모델의 유효성을 검증한 후 공정이 안전하게 확장될 것이라는 확신을 얻습니다. 24시간 내내 수집된 데이터는 연구자의 지식과 근거에 바탕을 둔 확신을 제공합니다. 공정 분석 기술(PAT)은 규제 준수 문서를 이해하며 공정의 증거를 제시하는 데에 사용할 수도 있습니다.

Novartis가 부산물 형성의 근본 원인을 파악하기 위해 어떻게 인라인 PAT를 사용했는지 알아보기

실험실 안전성 향상
현장 측정치는 샘플링 및 샘플 준비로 인해 발생하는 오류를 피하기 때문에 오프라인 측정치보다 더 정확할 때가 많습니다. R&D에서 PAT를 사용하여 독성 또는 부식성 물질을 사용한 작업이나 고압에서 진행되는 실험 시 공정 중 시험을 위한 위험 물질 샘플링과 관련한 인적 위험을 최소화 할 수 있습니다.

오프라인 샘플링에 제한이 있을 때 PAT가 어떻게 적용되는지 알아보기 - Eli Lilly

실험실에서 생산까지의 확장을 위한 PAT

시제품 공장 장애 검출 및 최적화
실험실에서 시제품 공장까지 공정이 확장될 때 PAT는 각 단계가 의도대로 진행되도록 보장할 수 있습니다. 연구원들은 기술 이전 중 공정 재현성을 모니터링하기 위해 “signature” 또는 “fingerprint”을 개발하는 데에 PAT를 적용합니다. 엔지니어들은 확장 중 배치 공정 내 일관적인 종말점 또는 지속적인 공정에서의 안정 상태 운영을 확인하기 위해 PAT에 의존하곤 합니다. 인라인 모니터링은 샘플 수집, 준비 및 분석이 필요하지 않은 지속적인 데이터 흐름을 제공합니다. 이를 통해 연구원들은 오프라인 데이터를 기다리지 않고 신속하게 의사 결정을 할 수 있습니다. 따라서 PAT로 얻은 풍부한 공정 정보를 통해 신속한 문제 해결, 최적화 및 장애 감지를 할 수 있습니다. 예상치 못한 공정 변화가 발생할 경우 PAT를 사용하여 상류 공정 조건 변화, 불순물 또는 원재료와 같은 근본 원인을 파악할 수도 있습니다. PAT는 발열성 반응 과정 및 샘플링에 사용자 위험이 있을 수 있는 상황에 대해 통찰력을 제공함으로써 안전성을 향상시킵니다.
PAT를 활용한 확장 개선 - Roche Ireland

생선에서의 문제 해결 및 제어
공정은 제조 스케일에 도달했을 때에도 모니터링이 필요하지 않을 만큼 견고한 것이 이상적입니다. 그러나 특히 공정이 처음 제조 규모에 달할 때 많은 공정에서 일관성을 보장하고 하류 공정을 개선하기 위해 면밀한 모니터링을 필요로 합니다. 제조에서 PAT 어플리케이션은 종종 두 가지 영역으로, 즉 a) 공정 변형의 근본 원인을 파악하기 위한 문제 해결을 비롯한, 공정 전반의 견고함을 개선하기 위한 지식 수집 b) 특히 오프라인 측정치가 불안정하고 드물며 시간 소모적이거나 위험할 경우 배치 또는 지속적인 공정을 위한 공정 제어의 두 가지 영역으로 분류됩니다.

배치 불량 제거, 수율 증가 덕분에, PAT에 대한 투자 대비 회수율은 보통 생산 스케일에서 뚜렷하며, 생산 주기에 대한 생산량 증가로 상당한 수익으로 이어질 수 있습니다. 생산에 PAT를 적용할 때 고려 사항에는 등급으로 분류된 폭발성 환경에서의 안전성, 화학적 호환성, cGMP 요건, 제조 제어 시스템과의 통신, 공정 장비에 대한 장착 여부가 포함됩니다.

현장 공정 제어를 위한 공정 분석 - Lubrizol

PAT의 어플리케이션

PAT는 다음을 비롯한 광범위한 어플리케이션에 대해 핵심 정보를 제공합니다.

• 연속 유동 화학
• 결정화 및 침전
• 제제 및 제품 개발
• 발효 및 바이오프로세싱
• 화학 반응에 대한 PAT

핵심 반응 종에 대한 지속적인 모니터링

PAT 도구는 현장 프로브 기반 장치, 온라인 측정치, 소프트웨어 또는 벌크 측정치가 될 수 있습니다. Mid-Infrared, Raman, UV-Vis, NIR 등과 같은 분광광도계 도구는 핵심 반응 종에 대한 지속적인 모니터링을 제공하여 연구자들이 이해를 바탕으로 한 정보 기반 의사 결정으로 공정 설계와 품질을 최적화할 수 있도록 하는 잘 알려진 기술입니다.   

전체 공정 농도에서 입자 측정

인라인 입자 크기 측정은 공정 농도의 변화에 상관없이공정상에 존재하는 입자들을 샘플링 없이도 입자 크기, 모양 및 입자수의 변화에 대한 직접적인 측정을 제공합니다.  이러한 변화를 이해함으로써 과학자는 종말점을 감지하고 배치-배치 일관성을 보장하며 하류 처리량과 제품 품질을 최적화할 수 있습니다.

설계에 의한 안전

열 흐름 열량계와 같은 벌크 측정은 발열 이벤트를 자동으로 제어함으로써 연구자가 사고 위험을 최소화할 수 있도록 해줍니다. 열 방출로 이어지는 조건을 파악하고 그러한 조건을 가능한 가장 안전한 공정을 만드는 데에 적용함으로써 확장에 있어서 자신감을 얻게 됩니다.

공정 분석 기술(PAT) 참고 자료

1. Food and Drug Administration (FDA) Guidance for Industry: PAT A Framework for Innovative Pharmaceutical Development, Manufacturing, and Quality Assurance, Rockville, MD, Sep 2004.

2. Simon, L. L. et al. Assessment of Recent Process Analytical Technology (PAT) Trends: A Multiauthor Review. Org. Process Res. Dev., 2015, 19 (1), pp 3–62.

3. Chanda, A. et al. Industry Perspectives on Process Analytical Technology: Tools and Applications in API Development. Org. Process Res. Dev., 2015, 19 (1), pp 63–83.