晶云药物制剂技术系列文章全面上线啦!我们将聚焦常见的制剂手段、前沿开发理念和行业热点话题,如缓控释技术、微片开发难点、QbD应用等。期待与业界同仁在交流中碰撞思想火花,在探讨中凝聚行业共识。首篇文章我们将围绕干法制粒基本概念展开,探讨干法制粒的流程、优点、关键参数等内容。
1.什么是干法制粒
制粒是把粉末、熔融液、水溶液等状态的物料经加工制成具有一定形状与大小粒状物的操作,以达到改善粉末流动性的目的。几乎所有的固体制剂制备都离不开制粒过程。根据制粒时是否添加粘合剂或湿润剂,通常可分为湿法制粒和干法制粒两种方式。湿法制粒是在混合粉末(包含药物)中添加入黏合剂,将颗粒表面湿润,通过黏合剂的架桥作用将粉末聚结在一起而制备成颗粒的方法。可进一步细分为流化床制粒、挤出制粒、高速搅拌制粒和喷雾制粒。
与湿法制粒不同,干法制粒是将药物和辅料粉末混合均匀,经过一定压力挤压成具有一定硬度的块状、片状后,通过筛网制成颗粒的方法。它可以改善物料的物理特性,解决粉末粒径大小不一、密度不均、流动性不好、易于分层的问题。对辅料本身的要求不像粉末直压那么苛刻,有助于提高后续混合或压片工艺的生产效率。
干法制粒技术起源于19 世纪末期,在日本、美国、德国等国家的制药食品化工行业发展较为成熟。我国起步较晚,但随着近些年国内医药产业的高速发展,干法制粒因其优点越来越受到青睐,被广泛应用在化药和中药的研发生产中。
2.干法制粒的基本流程
干法制粒的基本流程如下图所示:将物料按混合工艺进行混合后,加入到干法制粒机料斗,通过螺旋杆送料至两个压辊之间,设置压辊的转速实现连续的送料与出料。通过调节压辊的压力使薄片成型,最后将成形的薄片经剪切粉碎,过筛网整粒得到干颗粒。在实际连续生产时采用自动运行模式。设定压力后,系统通过实时监测两压辊间隙来自动调整螺旋送料转速,保证加料均匀、片厚一致,以达到制粒质量稳定、粒度分布均匀的目的。
干法制粒工艺流程图
图片来源:https://www.pharnexcloud.com/zixun/sd_3737
3.干法制粒的优点
与湿法制粒相比,干法制粒主要有以下优点:
・干法制粒主要利用物料本身的结晶水,一般不需要添加剂,且无需加湿和干燥工序,尤其适用于对水和热敏感的物料。
・该方法可以连续地直接成型、造粒,工艺简单,中间环节少,放大操作并不复杂,生产中出现偏差的概率小。而湿法制粒放大时需对制粒和干燥过程中的主要和次要变量进行多次监测。
・投入设备少、维护成本低、占地面积少,故生产成本低。
・减少物料浪费,同时无废气排放,减少了环境污染。
干法制粒机
4.干法制粒关键工艺参数
影响干法制粒效果的因素包括物料粉体特性、螺旋送料转速、压辊压力、压辊间隙、压辊转速、粉碎速度、筛网孔径等,其中压辊压力、压辊转速及压辊间隙最为关键。压辊压力决定压片的压实程度,压辊间隙决定压片的厚度,压辊转速决定物料在辊压区停留的时间。另外,在粉碎环节中,转速和筛网的孔径会决定最终颗粒的粒径。
1)压辊压力:指两个压辊施加在物料上的力,会直接影响物料的压实性,对薄片的硬度也有影响。压辊压力过小,细粉量多,压出的薄片易碎。在一定的压力范围内,薄片密度会随着压力增大而线性增加,而超过一定压力值后,再增加压辊压力,薄片密度的增加幅度会显著放缓。压辊压力要综合考虑物料的稳定性、颗粒粒径分布、成品崩解溶出等参数后再进行确定。在所制备颗粒能满足粒度分布与流动性要求的前提下,使用的压力应尽可能地控制在较低的水平。如果压辊压力过大,则压制得到的颗粒过硬,导致颗粒后续压片的可压性下降,在压片时需要较大压力才能压制成形,这最终会影响片剂的崩解和溶出。
2)压辊转速:压辊转速决定了物料在辊轮咬合区的受压时间,直接影响物料中空气被排除的情况,也会影响颗粒的压实性。如果压辊转速变大,物料在辊轮间受压的时间就会缩短,物料的塑性形变会随之减小。一方面,这可能会导致有些粉末尚未压制成饼就随着辊轮滚动而发生泄露;另一方面,受压时间短会导致形成的饼状颗粒结构疏松,从而导致颗粒的收率下降。压辊转速也会影响干法制粒的生产效率。一般来说,在工艺可接受的情况下,倾向于使用更大的压辊转速来提高生产效率。
3)压辊间隙:是指两个压辊之间最近点的距离,与压轮间物料所受的压力以及所通过物料的数量密切相关。压辊间的物料所受压力、压辊转速以及料粉的进料速度共同决定了薄片的厚度。实际应用中会发生压辊间隙与薄片厚度不成正比的情况,这是输料转速、压辊转速和液压压力3 个参数没有匹配好导致的。
4)粉碎速度:转子转速会影响整粒的效率。在生产中为提高效率,避免整粒工序成为限速步骤,可根据设备的实际情况设定。粉碎的速度将直接影响颗粒的大小和分布状态,需要根据产品需求摸索适宜的速度,而且一般要配合合适的筛网进行同步操作。
5)筛网孔径:制粒机筛网孔径的直径大小可决定成品的粒度。过大或过小的筛网孔径都会对最终的颗粒性质产生不良影响。过大的筛网制得的颗粒不规则,过小的筛网制得的颗粒可能细粉较多。对于流动性不好的物料,不宜选择较小的筛网。
结语
本文我们介绍了干法制粒的基本概念,后续我们将针对干法制粒实际应用中的常见问题进行深入讨论,敬请期待!
晶云药物CDMO事业部(晶云星空)具有扎实的制剂理论和丰富的实战经验,核心团队主导或参与超过100个创新药的制剂开发,其中19个已成功上市。晶云星空配有多台国际一流品牌的干法制粒设备(如Alexanderwerk,Fitzpatrick 等),产能从几十克到400千克/小时,满足小试、中试及商业化各阶段的需求,可承接各类固体口服制剂业务。晶云星空秉承“Molecule-Material-Medicine”的M3制剂开发理念,基于对物料性质和产品工艺的深入理解,竭诚为客户提供“First-Time-Right”的定制化解决方案。如有干法制粒相关服务需求,欢迎垂询。
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参考资料
[1] https://baike.baidu.com/item/%E5%88%B6%E7%B2%92/1238830?fr=ge_ala
[2] https://www.pharnexcloud.com/zixun/sd_3737
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原文请点击查阅