更多的品种往往意味着更难以预测的市场。包装专家 Faller 与包装机制造商 Schubert 携手解决了这一难题。他们的包装方案使得制药公司的生产能够无缝切换至下一阶段。
通过无缝包装服务(Seamless Packaging Service,SPS),Faller Packaging 公司与 Schubert-Pharma 公司正在联合开发一种可手动、半自动或全自动安装和灌装的二级包装材料。这一方案实现了在不改变包装材料形式的前提下,机器和包装可根据各自需求进行调整。在新医药产品的起步阶段,产品被人工包装在预包装折叠纸盒中;在成长阶段,预包装由 Cobot 模块自动填充;对于批量生产,包装过程可进一步扩展至全自动设备(TLM),且无需更改格式。
药品获得批准后,生产必须迅速展开。一旦药物在临床 III 期验证了其疗效,便需尽快送至患者手中。这不仅源于制药公司希望在多年高成本研发后通过药品获利,更有着深层次的原因。例如,“药品生产商将治愈疾病视为一种责任”,Faller Packaging 公司首席执行官 Daniel Keesman 博士指出。作为化学家,Daniel Keesman 博士对制药市场的了解已逾 30 年,他目前正密切关注市场变化:“基于开发平台的生物制药趋势,使得开发过程日益加速。”一个令人瞩目的例子是基于mRNA 技术的疫苗开发。正是得益于这些疫苗,我们才得以迅速遏制 Covid-19疫情的蔓延。此外,现代数据分析手段与人工智能技术的应用,也显著缩短了新活性成分的研发周期。
Part.01 生物制药包装多元需求
近些年,在持续扩张的肿瘤制剂领域,专业化和个性化定制药物的趋势日益显著。Daniel Keesman 解释道:“一方面,我们看到越来越多的新活性成分获得批准,但另一方面,批量却在逐渐减小,这是因为活性成分变得越来越特化。每种制剂只有以最佳剂型使用,才能充分发挥其疗效,因此制剂的种类也在不断增加,包括包装形式的多样化。”药剂师最初关注的是一级包装,如注射器、笔、小瓶或安瓿,而二级包装过程则是将产品装入纸盒或折叠盒,这一环节通常在后期才会被考虑(见图 1)。现代药品,尤其是敏感的无菌产品(非药物),越来越需要特殊的设计,以确保在运输和储存过程中得到最佳保护。

图 1 顶部装载机中的高度灵活机器人不仅能够装载不同数量的产品,例如小瓶,还能装载其他组件,如包装插件
包装机制造商 Gerhard Schubert 的销售和服务主管 Marcel Kiessling 表示:“随着人们对可持续发展的日益关注,二级包装逐渐成为制药公司的焦点。然而,制药公司在早期阶段考虑二级包装的意义,不仅仅在于实现可持续发展目标。额外的工作通常是可预见的。原因在于,生物制药产品生命周期中的产量发展往往难以预测。在启动阶段,通常只生产少量产品,这些产品可以轻易地手工装入折叠纸盒。Faller Packaging 为此提供预组装包装。然而,当产品被市场接受并需要大规模生产时,情况就会变得紧张。此时,制药公司往往还未能确定计划批量生产的规模,这显然构成了一种投资风险(见图 2)。”

图2 无缝包装服务实现了从启动到全自动批量生产的无缝衔接扩展,降低了投资风险
Part.02 可扩展的解决方案降低投资
风险在人们最终决定采用全自动包装线时,往往会面临一个关键问题:之前手动装载的包装是否也能在包装机上顺利处理(见图 3)。Schubert-Pharma 公司销售主管 Karin Kleinbach 指出:“我们经常遇到这样的情况,由于所需包装材料与市场投放时所设计的包装存在差异,导致流程中断,随之产生的‘转换停顿’问题尤为突出。因此,必须开发新的包装材料,而这又需要获得主管当局的新授权(重新验证)。”

图 3 可扩展的无缝包装服务始于 Faller 预包装方案,该方案中折叠纸盒由人工装载
Faller Packaging 包装公司与Schubert 制药公司通过“无缝包装服务”共同解决了这一问题。Faller Packaging公司市场营销、企业传播和 ESG 副总裁 Kerstin Löffler 解释道:“得益于Faller 与 Schubert 之间的合作,我们从一开始就为制药公司设计了一种包装材料,这种材料未来还能与机器无缝兼容。”Faller 专注于可回收纸板包装的研发、生产和供应。这些纸板交付给制药商后,即可进行手动、半自动或全自动包装。多年来,该公司已建立“预包装服务”,为制药商提供预包装解决方案。如今,通过与 Schubert 公司的合作,将这一服务升级为无缝包装服务。Daniel Keesman 博士进一步阐述:“无缝包装服务的核心在于共同开发适用于手动、半自动或全自动安装和灌装的包装材料。”
Part.03 Cobot 为成长阶段提供支持
在成长阶段,当产品需求量尚未达到全自动生产线的标准,而人工灌装又过于耗时的情况下,Schubert 新研发的快速 Cobot 能够确保生产灵活性。与启动阶段相似,采用预组装包装,由Cobot 模块自动进行灌装。Cobot 不仅能够装载 2 至 4 个产品,还能插入包装组件,例如包装插页。通过组合多个Cobot 模块,可在批量生产的初期阶段构建灵活的包装生产线。由于 Cobot 在产品生命周期终结或升级为全自动生产线时,仍可用于其他用途,因此大幅降低了投资风险,为包装过程的部分自动化提供了可持续的解决方案。
若需求量超过约 300 万 件,Schubert 将值得考虑将包装工艺升级为全自动解决方案。为此,Schubert 提供了模块化顶部装载包装机(TLM),该设备可根据具体要求和应用场景,从制造商的模块化系统中灵活组装。由于包装设计在临床 III 期阶段便已与机器兼容,TLM 系统在启动阶段即可投入生产。这不仅有效避免了生产规模扩大过程中的中断,还使药品生产商在向批量生产过渡时,能够从较短的项目周期中获益。TLM 技术具备高度灵活性,能够适应多种不同格式,并处理未包装的坯料,从而显著降低成本。Karin Kleinbach 指出:“我们讨论的是一种可扩展的包装材料及一台可扩展的机器。”
然而,决定性的因素在于无缝包装服务所创造的协调一致的包装方案,即在不改变包装材料格式的前提下,机器和包装能够根据不同订单进行灵活调整。这样一来,在确保投资风险可控的同时,显著优化了产品上市时间。Gerhard Schubert 公司销售和服务总经理 Marcel Kiessling 认为这对制药商具有重大益处:“这无疑是一个从始至终都经过深思熟虑的整体解决方案。我们的目标在于减轻制药商的负担,让他们无需再为包装问题而烦恼。”这意味着制药商可以无缝切换至下一生产阶段。
邵丽竹
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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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