固体制剂作为医药领域应用最为广泛的剂型之一,其生产设备的技术进步对于提升药品质量、降低生产成本、保障用药安全都具有重要意义。本文综述了固体制剂中片剂制剂设备的技术进展、固体制剂连续化制造的现状,并结合国内外先进技术探讨固体制剂设备的未来发展趋势。通过分析现有技术,旨在为固体制剂设备的设计和制造提供参考,以促进制药行业的技术进步和产业升级。
我国的固体制剂市场发展相对成熟,在药品制剂市场中的占有率约为50%(如图1所示)。常见的固体制剂有颗粒剂、胶囊与片剂等,这些制剂因稳定性、低成本、便于携带和储存等优势,在制药工业中占有重要地位。

图 1 中国固体制剂市场细分图
随着制药工业的快速发展及药品质量标准的不断提高,固体制剂设备在自动化、智能化、连续化、模块化等方面取得了显著进步,能够满足高质量与高效率、大规模的生产需求。本文以固体制剂中占比较大的片剂制剂为例,研究片剂制剂设备的技术进展。片剂制剂设备的工作流程详见图2的“中游-设备”阶段。

图 2 固体制剂产业链
Part.01片剂制剂设备的技术进展
片剂作为固体制剂中的重要类型,其制剂设备的技术进展对提升药品质量和生产效率具有重要意义。
1.1制粒技术的创新
制粒在片剂制备过程中扮演着重要角色。近年来,制粒技术不断创新,连续高剪切湿法制粒机、连续热熔挤出制粒机、连续化生产一体机等新型制粒设备的出现,不仅使制粒药品实现了连续化生产,还提高了制粒的灵活性、效率和颗粒质量。
近年来,在颗粒混合过程中,气流混合技术得到了广泛推广,区别于传统混合机通过机械动作实现颗粒翻滚进行混合,气流混合机(系统)通过气流使颗粒在容器内翻滚,能够使颗粒在短时间内达到均匀混合状态,提高了混合效率。同时,气流混合机的应用实现了制粒机到压片机的连续化生产,经过制粒后的颗粒通过整粒机后被真空泵产生的负压输送至气流混合系统中进行混合,总混后的合格颗粒通过管路输送至压片机进料口进行压片作业,实现了前端工序的连续化生产。
1.2高速压片机的发展
随着制药工业的发展,高速压片机在速度、精度和稳定性方面取得了显著进步。现代高速压片机能够实现高速、连续的片剂生产,同时保证片剂的质量稳定性和一致性。
近年来,国内装备技术不断进步,高速压片机行业也取得了较大的成果,国内品牌的高速压片机凭借性价比优势,逐渐占据了更多的市场份额。目前,国内外高速压片机生产企业逐步开展压片机配套的在线检测设备开发,将片重、硬度、厚度等检测手段通过模块式设计集成到压片机上,并将检测数据上传到压片机控制系统中,形成了提高片剂质量、减轻检验人员劳动强度、实现生产过程数据可追溯的闭环控制。这一过程中的压片机在线检测流程详见图3。

图 3 压片机在线检测流程
1.3连续包衣机的进展
连续式包衣机是为了替代传统批次式生产模式的大批量连续生产而兴起的一种新型制药设备。传统批次式生产在填料、预热、烘干、冷却、出料等环节耗费了大量时间,而连续式包衣工艺能有效缩短这些工序的时间,因此该设备的主要优点是可以大幅度提高产品产量,尤其适合低重量生产透明薄膜包衣(提高重量的幅度在1%—2%之间)。不过,因为连卷机需要迅速烘干,所以用薄膜包衣比较合适。图4为美国Thomas公司的Flexctc连体包衣机。

图 4 美国 Thomas 公司的 Flexctc 连体包衣机
当前,市场上的连续式包衣机设计均遵循“以空间换时间”的理念,结构上分为多室连续循环包衣机和交替半连续式包衣机两种。多室连续循环包衣机将包衣锅沿长度分割成多个独立锅室,通过隔板上的门孔相互连接,产品在这些锅室之间连续移动,完成整个包衣过程。这种设计使得研发阶段的包衣系数可以在单个锅室内进行测试,从而优化生产规模批次的设置,便于扩大规模。而交替半连续式包衣机则包含两个或多个交替运行的包衣装置,每个装置都具备独立的包衣和填料功能,当一个装置在进行包衣时,另一个装置则进行填料准备,从而实现连续循环包衣,提高了生产效率,减少了停机时间,同时确保了包衣的均匀性和质量。
连续化包衣机的发展仍处于探索阶段,面临着起始和结束阶段的进料、出料、喷枪启停控制,以及进料量与喷液量的匹配、多把喷枪喷液的均匀性等技术挑战。
Part.02固体制剂连续化制造的现状
连续化制造技术通过优化生产流程、提高生产效率和药品质量的一致性,实现了药品生产的自动化和智能化。连续化制造对粉末流动、干燥、制粒和压片等不同生产单元进行优化升级,达到提高生产效率的目的,是机械设备的进步。
2.1连续化制造技术的优势
连续化制造具有易于扩大规模、操作稳健灵活、占地面积小、产品质量可靠、生产安全的特点。该技术通过保持恒定的物料堆积质量,实现稳态加工过程,原辅料连续进料,成品以相同速率产出,各单元操作之间无启动或停止,集成在生产线上。此外,连续化制造还减少了单元操作的次数以及各单元操作间的停留时间,从而提高了生产效率[3]。
2.2过程分析技术的应用
过程分析技术(Process Analytical Technology,PAT)在连续化制造中发挥着重要作用。PAT通过连续、定期和实时监测生产过程中关键工艺参数下的物料质量属性,如原料药、中间体和成品的质量属性,确保了连续制造过程的质量合格。PAT的应用不仅提高了生产效率,还使制造成本最小化[4]。
2.3连续化制造的挑战与机遇
国家多项政策密集出台,例如药品一致性评价、带量采购政策的实施、关联审评审批制度的推行、《药品生产质量管理规范》(Good Manufacturing Practice of Medical Products,GMP)认证的取消、飞行检查的强化以及药品上市许可持有人(Marketing Authorization Holder,MAH)制度的建立等,受此影响,制药行业正经历着前所未有的深刻变革。这些政策对制药企业在产品质量、生产合规性及成本控制等方面提出了更为严格的要求。在此背景下,优化生产技术和工艺流程已成为行业发展的必然趋势。
与固体制剂传统批量化生产工艺相比,新兴的连续生产工艺优势明显。它不仅能够大幅提升生产效率,还有效降低了生产成本。具体而言,固体制剂的连续生产具备开发周期短、设备占地面积小、生产规模灵活多变、工艺控制更为严谨以及具备实时放行产品等潜力。但也面临着一些挑战,例如,连续化生产过程中在线质量控制、设备的灵活性和适应性以及对操作人员的技术水平要求较高等问题。
Part.03固体制剂设备的未来发展趋势
固体制剂装备将随着医药工业的快速发展和药品质量标准的不断提高而呈现以下趋势。
3.1智能化和自动化水平进一步提升
未来,制药设备在固体制剂领域的智能化和自动化水平有望得到显著提升。通过集成尖端传感器、精密控制系统以及人工智能技术,这些设备能够相互连接并协同工作,从而提高生产效率和药品质量。此外,这些技术还能实现对生产流程的实时监控和预警,能够使管理人员及时发现并解决潜在问题。在线检测技术,尤其是近红外光谱技术和机器视觉系统,在实现固体制剂连续化生产中扮演着关键角色。近红外光谱技术通过分析药物分子对近红外光的吸收特性,能够实时监控药品的化学和物理属性,实现对生产流程的即时调整和优化,确保产品质量的一致性,减少生产过程中的偏差和浪费,同时满足监管机构的质量控制要求。机器视觉系统则利用高速相机和图像处理软件精确测量药片的尺寸和形状,检测表面缺陷,并提供实时反馈以调整生产参数,提高生产效率,并记录检测数据以实现追溯性。这些技术的应用不仅提升了产品质量和生产过程的可控性,降低了成本,还符合GMP等监管要求,增强了企业的市场竞争力,并确保了药品生产的高效、稳定和安全。
3.2连续化制造技术的广泛应用
连续制造工艺在固体制剂生产中的应用使得从原材料到最终产品的整个生产过程变得更加连贯,这不仅大幅提升了生产效率,还确保了产品质量的稳定性。通过简化生产流程和减少中间环节,该技术有效降低了生产成本,并提高了资源的利用效率,这与绿色制造和可持续性发展的理念相契合。此外,连续生产线的设计灵活性和可调性允许其迅速适应多样化的产品需求,而在此过程中积累的大量数据可以用来进一步优化生产流程,实现基于数据的决策制定,增强生产的智能化。连续制造还降低了生产过程中的交叉污染风险,增强了工作场所的安全性,并促进了个性化医疗的发展。这种技术在提升生产效率、降低成本和保证药品质量的同时,也为制药行业的现代化和个性化医疗服务提供了强有力的技术支持[5]。
3.3绿色制造和环保技术的应用
随着环保意识的不断提高,绿色制造和环保技术将越来越受到重视。未来,固体制剂设备将更加注重节能降耗和减少废弃物排放。例如,采用低能耗的电机、优化设备的散热系统、减少废弃物排放、引入新型材料和工艺技术,以实现绿色制造和可持续发展。
Part.04结 语
固体制剂设备的研究和应用对于提升药品质量、降低生产成本、保障用药安全具有重要意义。本文通过对固体制剂连续化制造现状、片剂制剂设备的技术进展以及未来发展趋势的探讨,旨在为固体制剂设备的设计和制造提供参考。未来,随着智能化、自动化、连续化制造技术的不断发展以及绿色制造和环保技术的广泛应用,固体制剂设备将迎来更加广阔的发展前景。
参考文献
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本文以某制药产线的灌装机设备为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)仿真技术对充氮装置的充氮性能进行分析,并结合分析结果对氮幕结构进行了优化设计。随后,针对优化方案进行性能仿真验证,结果显示优化后的顶空残氧量降低至0.252%。为了进一步验证优化方案的实际效果,将优化方案应用于实际产线进行性能测试,测得的顶空残氧量为0.68%,这一结果满足了小于1%的要求,表明其充氮保护性能已达到国际先进水平。
作者:王志刚、刘依宽、刘佳鑫
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