制药生产中湿法制粒工艺转移放大问题的探讨

制药业 2022-02-12

湿法制粒是将原料和辅料粉末混合均匀，再加入粘合剂(主要包括亲水性、非亲水性或熔融性三类)，并以一定的外力，搅拌或剪切而形成具有一定粒径的湿颗粒。湿法制粒可以有效改善物料的可压性和流动性，增加物料的均匀性和湿稳定性，因此湿法制粒在制剂生产中运用得极为普遍。

从工艺放大的角度来讲，高速剪切湿法制粒可分为预混阶段、喷粘合剂阶段和湿颗粒形成阶段。由于湿法制粒机中有很多工艺参数和互相竞争的机制存在，无论是从实验室设备或放大批次设备到生产批次设备，还是从现有生产设备放大到生产能力更大的设备，都是大家公认的比较难设计、难放大的工艺。

如果按照小试处方工艺线性放大的中试生产往往达不到预期效果，造成物料、能源的大量浪费。如何降低放大效应带来的风险，需要我们更多的关注。

上述作者是采用具有相似几何形状的高速剪切湿法制粒机对高分子量的羟丙甲纤维素制粒过程进行缩放，目的是期望保持机理的相似性，通过粘合剂-液体分布，成核，生长，固结，产生相同粉体特性的颗粒。

对于相似几何构型的高剪切湿法制粒锅，装载相同比例物料进行制粒时，可以采用缩放规则公式计算搅拌桨的搅拌速度，计算公式如下：

N_a=N_b(Db/Da)^C

其中a、b分别代表不同的制粒锅。N是搅拌速度，D是搅拌桨直径，C是一个常数，取决于使用的放大规则；即，对于恒定的弗劳德常数为0.5，对于恒定的尖端速度为1.0，对于恒定的经验剪切力为0.8。由上述公式，不难看出，不同缩放原则其实对应不同的搅拌桨转速。

实验研究过程是以300L制粒锅为参照规模，采用弗劳德常数规则，放大到600L，同时在4L制粒锅规模中分别采用a）弗劳德常数，b）叶尖速度或c）经验剪切力三个放大规则，比较不同缩放规则（不同搅拌转速）的影响。以下是实验得到的结果：

试验结果显示，600L制粒机中制备的颗粒与300L制粒机中制备的颗粒相比，中值粒径较低，粒度分布宽度较窄，且具有更多的细粉。在4L高剪切制粒机中，三种不同缩放规则下（不同搅拌转速）下生产的颗粒具有相似的中值粒径，粒度分布宽度和细粉量。说明300L与600L制粒锅生产出的颗粒粉体特性差异明显，但不同缩放规则下确能生产出具有相似粉体特性的颗粒。

在高剪切湿法制粒中，影响该工艺的参数包括混粉的填充量、粘合剂加入方式、加入速度，搅拌桨转速、切割刀转速等，它们的变化直接影响颗粒的粉体特性、孔隙率和水分，从而影响片剂的质量。对于大部分品种，加浆量、搅拌转速、切碎转速影响较显著，是比较关键的工艺参数。作者在不同放大规则和等比放大实验研究后，又选择在4L高剪切制粒锅规模中，使用DOE方法研究了搅拌转速，制粒时间和液体用量这三个关键工艺参数对CQA（关键质量属性）的影响，找出各参数最佳范围，这些小试研究结果对放大工艺参数调整具有指导意义。

在实际的工艺放大中，为确保工艺交接成功率，我们基本需要考虑的因素包括：

1、选用放大设备与实验室几何相似的设备，即相同的厂家和型号，也就是高径比相同。几何结构类似的设备根据放大规则，仅相当于将搅拌桨转速放大即可，这样就会简单很多。

2、搅拌转速选择，即放大规则选择，文章研究结果显示（排除了处方影响），不同放大规则对颗粒粉体特性影响不大，但具体实施中，处方各异，差别也就显现出来，目前应用较多的还是弗劳德常数。

3、确保放大制粒锅与小试制粒锅相同的填充体积，即装载相同比例的物料。

4、粘合剂的加液时间相同，即制软材的时间相同。这样易于控制，加浆时间过短，后期制粒完后，颗粒可能比较松散，时间过长，颗粒可能较为紧实，出现过度制粒，保持加浆时间一致，制粒时间可参考小试确认的参数直接制粒。

5、制粒时间原则上与小试保持一致。对于耐用性好的处方，制粒时间也可以是一个范围。

综合考虑以上因素，可能如上述文章研究结果，几何相似性设备也无法生产出完全一致的颗粒，但对于有经验的制剂工程师来说，在这基础上再做一点调整，便能生产出具有相似粉体特性的颗粒，减少不必要的物料及能源消耗。

对于一些没法保证设备几何构型一致的研究单位，就更需要在小试工艺研究中多下功夫，找到高风险工艺参数，建议在小试阶段把影响溶出的高风险因素研究清楚，确定颗粒的各种属性和制粒终点后，再去放大。

另外，不同型号的放大设备也有合适的批量和参数范围，适用于大部分品种，小试的参数加上计算公式得出结果，再结合实际去摸索验证。某些时候，请教经常操作该设备的车间工人也是一个不错的选择，他们往往容易被我们忽略但其实具有丰富的放大经验。

以上是本人工作中工艺放大经验的一点感触，如有不确切地方还请各位学者专家指正。

本文来源：药事纵横

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