一、物料属性对干法制粒的影响
干法制粒通过施加外力使粉末压紧为密实状态,产生稳定团聚的常见作用力有:絮团的桥连力、低粘度粘结力、表面力和互聚力。颗粒团聚成功与否,一方面取决于施加外力的有效利用和传递,另一方面也取决于颗粒物料的物理性质,如物料的可压性、流动性、热敏性以及物料本身的含水量等。这些因素会直接决定该物料是否适合干法制粒工艺,所以在选用干法制粒工艺前,需要充分研究物料属性。
1.1 可压性
可压性是保证物料能否压制成条带的重要因素。如果物料的可压性较差,会导致制粒后颗粒的细粉量较多。物料的可压性取决于其受压时发生的是弹性形变还是塑性形变。塑性较强的物料易产生塑性形变,产生较强的结合力,可压性一般较好。弹性较强的物料,在压缩后发生弹性还原,可压性一般较差。可压性的表征参数包括压缩度、川北方程等。
1.2 流动性
流动性好的物料易通过送料系统进入滚轮间,流动性差的物料不易进入,且经滚压后条带的密度分布不均匀,导致颗粒收率下降。
物料流动性不好可能是乳糖、微晶纤维素选用的型号有问题,建议可使用其它流动性较好的直压型乳糖或微晶纤维素。此外,也可以加入一些胶态二氧化硅和硬脂酸镁,起到改善流动性的作用。研究人员在进行愈美颗粒剂干法处方筛选中,筛选了包括直压甘露醇、微晶纤维素和乳糖三种辅料,并考察了其对颗粒流动性的影响,结果得出在该处方中颗粒流动性优劣顺序为:直压甘露醇>乳糖>微晶纤维素,制得颗粒的收率高低顺序为:直压甘露醇>乳糖>微晶纤维素。综合考量选择直压甘露醇为本处方中的最适用辅料。
1.3 水分
当物料水分过高时,在辊压过程中可能会产生粘轮现象;而水分过低时,物料可能不易压成条带片。因此,物料水分应控制在适宜范围内。
如中药浸膏粉有一定黏性,研究发现浸膏粉含水量对颗粒收率和脆碎度有显著影响。浸膏粉含水量过高,易粘轮,易积聚堵塞通道,降低颗粒收率,且需停机清理,影响生产效率。含水量过低,则粉体塑性形变减小,需较大压力才能成型,所得颗粒过硬。如果压制片剂,因干颗粒过硬,可压性差,压片时将不易成型,且影响设备寿命; 如果是胶囊剂,由于干颗粒过硬,导致胶囊填充过程中不起药柱而甩料,引起装量差异不合格,且可能影响崩解与溶出。
1.4 粒径
粒径影响颗粒质量和辅料用量。Herting等采用3种粒径微晶纤维素和2种粒径无水茶碱,分别混合后进行干法制粒并压片,发现小粒径微晶纤维素可制出较大的颗粒,具有较好的流动性。在保证片剂抗张强度不变的情况下,减小微晶纤维素粒径可减少黏合剂用量。
1.5 黏性
黏性是指物料粘结和聚合的能力,干法制粒的物料必须控制其黏性范围。
以干法制粒压片工艺为例,由于干法制粒、压片整个工艺过程中需要经历二次压制,所以可压性和脆碎度是该工艺面临的两大挑战,而黏合剂作为功能性辅料,对其可压性和脆碎度有重要影响。另外黏合剂种类或用量选用不当,也会造成颗粒细粉量较多。有文献研究比较了羟丙纤维素(HPC), 共聚维酮(PVP/VA), 羟丙甲纤维素(HPMC), 聚维酮(PVP)和乙基纤维素(EC)五种黏合剂在干法制粒压片中的表现。韧性测定结果分别为: HPC(4581), PVP/VA(1102), HPMC(388), PVP(652), EC(725), 即HPC的韧性最好,更加容易承受外界应力,易发生塑性形变而不易发生脆性断裂。由不同黏合剂在盐酸二甲双胍片和扑热息痛片制备过程中的密度和流动性可知:当黏合剂用量不大时,不同种类黏合剂对颗粒密度和卡尔指数的影响均较小,干法制粒的颗粒密度主要还是与压制的大片密度有关,而大片密度主要受单位时间内流入辊轮间隙的物料量和辊轮压力的影响。由粒径结果知HPC和PVP/VA为黏合剂时细粉量较少,且在不同主压力下,HPC赋予片剂较好的可压性。
二、干法制粒应用中的常见问题及解决方案
由于处方、工艺参数和仪器设备的差异,干法制粒实际应用中会出现各种各样的问题,其中较为常见的问题汇总如下。
2.1 颗粒中细粉较多
细粉较多首先考虑可能是物料的可压性差,建议更换可压性好的物料,如微晶纤维素、预胶化淀粉。其次,黏合剂的用量较少,建议增加黏合剂的用量。最后,考虑到设备的压辊压力小,压片易碎,建议增加压辊的压力或送料速度。
2.2 颗粒过硬
干法制粒过程中,如果压辊压力过大,则压得的颗粒过硬,导致颗粒的可压性降低。在压片环节,需要较大压力才能压制成形,或制得的片剂硬度较小。当部分颗粒过硬时,易产生花片现象;当干颗粒过硬时,使得颗粒难以溶于水,影响到颗粒的崩解度。为避免颗粒过硬,应适当调整压辊压力。
2.3 物料粘辊
物料粘辊的问题可以通过控制混合物料的含水量、加入润滑剂、重复挤压等方法进行解决。物料中润滑剂的用量较少,建议增加润滑剂的用量,但应注意控制润滑剂的总用量,在能改善或解决物料粘压辊问题的前提下,尽量少加。将物料水分控制在最佳范围内,可选用 Tg 较高的糊精、麦芽糊精等辅料,并采用冷却水有效降低辊轮表面温度,控制好适当的辊轮压力和生产环境相对湿度,避免粘辊。
2.4 颗粒圆整度低
颗粒圆整度直接影响颗粒的流动性。干法制粒制得的颗粒圆整度相对于湿法制粒要稍差。在制粒过程中可以通过改变薄片的厚度来提高颗粒的圆整度,一般可以根据颗粒大小来适当调节薄片的厚薄,这样经整粒后的颗粒圆整度会好一点,或者改进整粒器的结构来控制颗粒的圆整度。
2.5 薄片色泽不均匀
此种情况一般是压辊压力过大所致。色泽较深的部位颗粒紧实较硬,颗粒可压性降低薄片硬度不好控制,API的释放速度也会受到影响。最终可能表现为片剂表面有“花斑”,同时溶出度异常。遇到这种问题可降低辊筒压力,或改变辊筒、进料螺杆的相对转速。如果最后证明色泽不一定影响产品质量,片剂外观问题可通过降低制粒筛网孔径等方式来解决。
邵丽竹
何发
Sanofi致力于成为首家大规模应用人工智能的生物制药企业。该公司已在Frankfurt生物园区部署了一套人工智能研究平台,该平台可支持从新靶点蛋白识别到药物获批的全流程药物开发环节。
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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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