化工技术在制药设备及流程中的应用研究

刘生巧 2024-09-14

化工技术在制药流程中的重要性日益提高,同时制药设备的种类也日益增多,因此有必要对化工技术在制药设备中的化学合成、分离纯化、药物制剂等各个流程的应用进行一些系统性的研究,以分析化工技术对制药效率、安全性和环保方面的影响,并对化工技术在制药设备及流程中的发展趋势进行一些基于现状的前瞻,以期为业界提供参考。

化工技术是制药企业(以下简称药企)长期、稳定发展的关键要素，制药行业关乎人类生命健康，化工技术作为制药设备和流程中必不可少的技术，其作用不可估量^[1]。传统药企的生产过程中，手工操作占比较大，机械化程度低，生产规模受到限制。因此一直存在药物质量问题。当前我国药企现代化程度大幅提升，制药设备大规模应用，生产效率和质量全面提升，但生产流程中对化工技术的应用还没有完全跟上设备更新的进程，因此在药企应用制药设备的同时，要考虑化工技术与生产流程的协调性，使用化工技术要符合药物生产标准。

Part.01

现代制药业与化工技术

化工技术与生物技术是现代制药业的两大支柱技术，单从化工技术层面来看，化工技术在药物从研发到生产全流程的每一个环节都有应用(见图1)。

(1) 研发阶段。 通过化学技术能够帮助研究人员开发新的药物，深入药物分子的结构和功能，研究对其有效性和安全性提供保障。

(2) 生产阶段。 生产阶段是药企应用各种化工设备的重要阶段，化学技术能够在此过程中保证药物质量，提高生产效率，降低成本。

(3) 过程监督。 化工技术能够确保药物的质量符合国际标准和规定，提高药物的稳定性和生物利用度。可以看出，化工技术是现代制药业支柱之一，为人类的健康事业发挥重要作用。

图1 化工技术在药品生产过程中的应用

Part.02

化工技术在制药设备及流程中的重要性

2.1

化工技术在制药设备中的重要性

制药设备是制药生产中的重要组成部分，其性能和效率直接影响到药品的质量和生产效率。设备有其固有的工作原理，是化工技术应用的基本面，一旦设备确定了，与之相符合的化工技术应用范围也随之确定了，二者之间是一种“鱼”和“水”的关系^[2]。因此可以说,先进的设备对化工技术的进步起到推进作用。反过来，化工技术也促进制药设备在研发、设计、制造方面提供应用方面的依据，应用先进的化工技术，可以促进更加高效、稳定、可靠的制药设备的生产与研发，以满足各种药品生产中的技术需求。

2.2

化工技术在制药流程中的重要性

制药流程包括原料的提取、合成、分离纯化、药物制剂等多个环节，每个环节都需要化工技术的支持，具体如下：

(1) 提取、合成环节。 利用化工技术，药企可以更充分、更高效地利用原料药，提高目标产率，起到降低成本、提高经济效益的作用。

(2) 分离、纯化环节。 化工技术对原料药、半成品药物提供高效的分离方法和纯化技术，清除其中杂质，确保药品的质量。

(3) 药物制剂环节。 通过应用化工技术中的过滤技术，可以帮助药企研发出科学、合理的剂型配比，提高药物的生物利用度和稳定性^[3]。

Part.03

当前我国化工技术在制药设备及流程中的应用现状

3.1

受制药设备限制的情况

一般来说,药企的制药设备在生产过程中处于基础性地位,如果制药设备不符合相应的生产标准,就会降低化工技术的能效,最终难免导致药物变质等问题,以下是一些药企制药设备导致化工技术低效的常见现象：

(1) 设备清洁问题。 在制药过程中,如果在制造过程中由于设备清洁程序不当、清洁剂选择不合适或清洁周期不足等原因,导致影响药物的清洁度,影响药物的整体性能以及保存时间。

(2) 包装材料问题。 包装材料对药品清洁度的影响很大,部分药品生产过程中未在制药设备中设立相应的分离,或未应用轨道反转技术对药物包装袋进行清洁,或在生产储存或运输过程中受到不合格的包装材料污染,导致药物包装上的残留化学物质或微生物污染药物。

(3) 生产环境问题。 药品生产必须处于满足安全、无菌、卫生 3 大基础要求的封闭环境,如果生产环境中存在尘埃、微生物或其他污染物,可能会附着在药物包装上,导致其清洁度不达标,影响药物的保存效果。

3.2

受制药流程限制的情况

我国药企现阶段生产流程基本符合 GMP(良好生产规范) 的要求,同时也受到严格的政府法规和行业标准限制,但大多数药企生产流程的优化仍然存在很大的优化余地。虽然许多药企生产能力上去了,但更细节化的流程检测仍然在药物生产中起到一定的限制作用,导致应用化工技术不符合标准、规定,如：

(1) 技术配套性不强。 制药流程要求化工技术能够提供稳定、配套的解决方案,以确保药物的质量和安全性。但许多药企拥有一流的设备,却没有匹配相应的检测技术,无法确保生产的药物质量^[4]。

(2) 流程执行不够严格。 制药流程要求化工技术在连续进行的生产环节中提供相应技术匹配,例如包装处理过程中统一采用喷射灭菌水,然而许多药企为了节约成本,取缔和删减这种匹配技术,其药品的安全性能也无法得到保障。

(3) 部分关键环节技术缺失。 制药流程的步骤和环节如今强烈依赖新型制药设备,与传统生产相比有了一定程度的简化,当前部分化工技术不能够适应这种快节奏,无法提供相适应的解决方案,乃至于部分化工技术被放弃。

3.3

化工技术选择问题

一般来说,制药应用的化学技术又可分为两类,一类是合成技术,一类是分离技术。合成技术多依赖化学反应制取生产所需的药品或其原料,这个过程当前多用于研发活动当中。而当前部分药企重视生产而不重视研发,因此应用最广泛的化学技术仍然局限于分离技术,分离技术要结合制药设备开展生产活动,受生产设备、生产效率制约,如果制药设备先进,化学技术就能帮助药企在生产过程中减少能耗、减排废弃物、提高药品质量。而在生产设备落后时,化学技术对药企的贡献非常有限,对药品质量的控制效果降低,难以降低能耗和减少废弃物排放,严重时还容易产生火灾、爆炸、中毒等安全事故。建立完善的安全管理体系,确保生产安全,药企应加强技术改造和设备更新,确保化工技术能够提高其药物的市场竞争力和生产安全性。

Part.04

化工技术在制药设备和制药流程中的运用

4.1

过滤技术

在制药行业中,过滤技术根据精密度要求不同,有微孔滤膜技术和超滤膜技术等分支,通常用于实现液体药物的筛分、提纯操作,广泛用于各种黏稠溶液、易结晶溶液等药液,例如注射剂、眼药水、口服液等药物的澄清过滤。微滤膜的孔径范围通常在 0.1 ~ 10.0 μm 之间,超滤膜的孔径大小通常在 1 ~ 100 nm 之间,目的是起到截留溶液中的细菌、微粒等杂质和颗粒物的作用,同时有效防止交叉污染和微生物污染,提高产品质量和安全性。过滤技术利用筛分原理,操作简单、安全性高,只需在压力的作用下即可实现过滤,因此也可用于制药设备的清洗和消毒,起到控制微生物、确保设备清洁度的作用。

4.2

反渗透技术

反渗透技术是药品生产中比较常见的化工技术,广泛应用于药物制备、分离、纯化、浓缩等过程。其原理是对较浓溶液施加外部压力,利用压力差促使浓溶液中的盐分、水、杂质分离。反渗透技术能够截留溶液中的盐分、有机物、重金属等杂质,实现溶液的纯化和分离。反渗透技术操作简单,应用化学药剂量相对较少,安全性和环保性较强。

4.3

萃取蒸馏技术

萃取蒸馏技术在制药行业中应用广泛,其原理是利用化合物在两种互不相溶(或微溶) 的溶剂中溶解度或分配系数的不同,使目标化合物从复杂的混合溶剂内转移到单纯溶剂中的分离技术。在制药行业中,萃取蒸馏技术常用于从复杂的原料或副产品混合物中

提取和纯化所需的化合物,例如从原料中提取有效成分、提高药品的纯度及收率、分离或纯化中间产物、提取有效成分等。该技术可在常温常压下操作,能耗较低,且使用的溶剂通常可以回收再利用,符合可持续发展原则。

Part.05

提高化工技术在制药设备及流程中应用效率的途径

5.1

创设化工技术应用环境

从广义上说,现代化的制药设备如生物反应器、分离设备、浓缩设备等,都可以视作化工技术在药品生产中的应用,是化工技术的载体,也是化工技术应用环境中的一分子。药企要明确化工技术对药物生产的具体作用,积极引进和采用先进的制药设备和技术,提高药物生产的自动化和智能化水平。例如采用机器人技术、自动化生产线等,进一步提高化工技术在制药设备及流程中的应用效率,为技术人员应用化工技术创造良好的环境。同时,化工技术的应用又反过来为外部环境起到反哺作用,通过对化工技术精密的控制和操作,各项生产要素共同实现药品生产的高效化、自动化,同时还充分提高环保和节能效率,提升绿色化工理念,促进制药行业的可持续发展。

5.2

完善药物质量监督体系

国家对药物质量监管高度重视,在药物质量监督体系中,化工技术是检验药品质量及添加成分的关键技术,能够反向促进药企积极应用化工技术,对药物生产的全过程进行监控和管理,确保产品的质量和安全性,提高自身应用化工技术检验监测的技术应用水平。

5.3

优化药物生产流程

摒弃传统药物生产流程中那些不能满足现代制药设备需求的化工技术,积极应用与现代药物制剂匹配的化工技术。现代医药倾向于应用更加前沿的药物合成、分离、检测技术,例如高分子材料、纳米技术等,严格遵守此类药物生产环节规定的技术要求,做好化工技术的技术特征、性质等的综合优化,加强化工技术的应用,提高药物的生物利用度和药代动力学特性。同时,加强知识产权保护,鼓励药企自主创新和技术转让,全面培育药企制药流程中化工技术的全面性,提倡综合技术、综合应用,在过程中加强技术研发和创新,借助科学的生产流程完善化工技术的应用效率和质量。

Part.06

结语

化工技术在制药行业的发展中发挥了至关重要的作用,有效推动了原料药到最终药品的转化,不仅提高了制药流程的效率和产品质量,而且推动了制药行业的技术创新和产业升级。然而,随着制药行业的发展和市场需求的变化,化工技术仍需不断改进和创新。未来,随着科技的不断进步和应用领域的拓展,化工技术将在制药行业中发挥更加重要的作用。通过不断的技术创新和产业升级,相信化工技术将继续为制药行业的发展提供更好的技术支持,为人类健康事业的发展作出更大的贡献。

参考文献

[1] 王涛. PLC 技术在制药设备中的应用[J]. 甘肃科技,2016(22):77 78.

[2] 郑嘉卓. 化工技术在制药设备及工艺中的应用探析[J].化工设计通讯,2016(6):137 138.

[3] 苟丽梅. 基于化工技术的制药设备及流程应用[J]. 化工设计通讯,2016(3):172+195.

[4] 石洪昆,徐晓芬. 探究自动控制技术在药企制药设备中的应用[J]. 生物技术世界,2015(7):230.

内容来源：刘生巧甘肃三泰绿色科技有限公司

责任编辑：邵丽竹

审　　核：何发