國(guó)外干法制粒機(jī)的觀察和探討

    摘要：以德國(guó)Alexanderwerk公司設(shè)計(jì)的WP120Pharma干法制粒機(jī)為例，介紹了國(guó)外干法制粒設(shè)備的理念和技術(shù)，可為國(guó)內(nèi)相關(guān)單位借鑒。

　　隨著質(zhì)量源于設(shè)計(jì)(QualitybyDesign)的理念不斷深入，藥品生產(chǎn)工藝研發(fā)和中試也越來(lái)越受到制藥行業(yè)的重視，旨在解決藥品生產(chǎn)工藝在從實(shí)驗(yàn)放大到批量生產(chǎn)的過(guò)程中普遍存在諸多問(wèn)題的現(xiàn)狀。

　　干法制粒相較于傳統(tǒng)濕法制粒，具備將粉體原料直接制成滿足用戶要求的顆粒狀產(chǎn)品，無(wú)需任何中間體和添加劑，造粒后產(chǎn)品粒度均勻，堆積密度顯著增加，不僅控制污染，又減少粉料和能源費(fèi)，改善物料外觀和流動(dòng)性，便于貯存和運(yùn)輸，可控制溶解度、孔隙率和比表面積等諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于濕法混合制粒、一步沸騰制粒無(wú)法作業(yè)的物料。

　　正是基于以上兩點(diǎn)，德國(guó)Alexanderwerk公司設(shè)計(jì)出了一種新型的、適用于研發(fā)實(shí)驗(yàn)和中試用的WP120Pharma干法制粒機(jī)，能夠廣泛用于藥品研發(fā)部門或小批量生產(chǎn)，如圖1所示。

　　1設(shè)備特性

　　由于在藥品研發(fā)或中試過(guò)程中，為節(jié)約成本，生產(chǎn)批量通常相對(duì)比較小，這點(diǎn)在某些成本高昂的生物藥品上體現(xiàn)得更為明顯。而WP120Pharma干法制粒機(jī)的最小處理批量?jī)H為5g/批，并具備在連續(xù)生產(chǎn)情況下制粒8～40kg/h，這使得該設(shè)備能完全符合藥品研發(fā)和中試的要求。

　　此外，研發(fā)或中試中需頻繁更換品種，而該設(shè)備采用的壓輥懸臂式安裝使得不同品種間的設(shè)備拆卸和清洗變得十分簡(jiǎn)便。針對(duì)研發(fā)實(shí)驗(yàn)或中試要求設(shè)備具備一定的移動(dòng)性和靈活性，該設(shè)備則被設(shè)計(jì)為可移動(dòng)單元，并將控制和操作面板直接集成在設(shè)備上(如圖2所示)，以便能夠在不同使用地點(diǎn)快速投入生產(chǎn)。

　　除以上特性之外，WP120Pharma的設(shè)計(jì)滿足了醫(yī)藥工業(yè)的法規(guī)和技術(shù)要求：(1)制粒裝置和動(dòng)力裝置在空間上相分離；(2)壓輥垂直排列消除了重力影響；(3)設(shè)備設(shè)計(jì)符合cGMP；(4)兩級(jí)篩分制粒系統(tǒng)，保證制出符合要求的顆粒；(5)采用醫(yī)用級(jí)不銹鋼制造；(6)所有非金屬材料符合FDA相關(guān)要求；(7)自動(dòng)化PLC；(8)可選功能：在線清洗；(9)可選功能：電子記錄(符合21CFRPart11中相關(guān)要求)；(10)可選功能：隔音裝置；(11)可按照需要客戶需求標(biāo)準(zhǔn)(URS)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　2結(jié)構(gòu)和原理

　　2.1結(jié)構(gòu)

　　WP120Pharma干法制粒機(jī)主要分為制粒裝置和動(dòng)力裝置，兩部分在空間上完全隔離。制粒裝置又主要分為8個(gè)模塊(如圖3所示)：①為進(jìn)料斗；②為螺桿進(jìn)料系統(tǒng)；③為壓制單元，壓輥；④為預(yù)壓制單元；⑤為取樣口；⑥為兩級(jí)篩分制粒系統(tǒng)；⑦為取樣口；⑧為顆粒出口。

　　該設(shè)備不同于常規(guī)制粒機(jī)，增設(shè)⑤和⑦兩個(gè)取樣口正是考慮到藥品研發(fā)或中試中工藝參數(shù)分析時(shí)頻繁和多處取樣的需求。

　　2.2制粒工作原理

　　2.2.1輥壓

　　干法制粒過(guò)程中輥壓過(guò)程的基本原理非常簡(jiǎn)單，干粉狀或微細(xì)晶體狀原料被壓輥擠壓成薄片，并且薄片的質(zhì)量決定了最終顆粒的質(zhì)量。

　　普通干法制粒機(jī)的輥壓壓力和壓輥的間隙是相對(duì)固定的，并不能考慮到不同物料以及同一物料不同批之間的差異性。而WP120Pharma干法制粒機(jī)使用了最新輥壓控制技術(shù)，該設(shè)備的控制設(shè)備能夠調(diào)節(jié)不同物料以及同一物料不同批之間的任何物理性質(zhì)的波動(dòng)(如局部的不均勻)，使得干法制粒的工藝參數(shù)(如處理量、片狀密度、輥壓壓力、速度等)能夠被精確、重復(fù)地調(diào)整，從而高效地生產(chǎn)出高質(zhì)量的顆粒。

　　此外，在該設(shè)備的進(jìn)料和輥壓處理過(guò)程之間有明確的、模塊化的分離，螺桿進(jìn)料系統(tǒng)②直接將粉末送至壓輥③，使得輥壓過(guò)程不會(huì)影響螺桿進(jìn)料系統(tǒng)的初步壓制過(guò)程，如圖4所示。

　　2.2.2制粒

　　顆粒通常有相應(yīng)的粒徑要求，一般以上下限的形式表示，超過(guò)規(guī)定粒徑的和粒徑不足的顆粒均不符合要求。而在經(jīng)過(guò)輥壓處理后，預(yù)壓的薄片明顯要大于最終顆粒的尺寸上限，只有再經(jīng)過(guò)制粒系統(tǒng)的粉碎才可生產(chǎn)出最終顆粒。而且，最終顆粒的下游處理工序(如壓制成片劑)要求顆粒的粒徑波動(dòng)控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。

　　針對(duì)這一問(wèn)題，WP120Pharma的制粒系統(tǒng)采用兩級(jí)對(duì)角線設(shè)計(jì)，第一級(jí)為預(yù)制粒裝置，第二級(jí)為最終制粒裝置，通過(guò)控制系統(tǒng)分別對(duì)兩級(jí)制粒系統(tǒng)的調(diào)節(jié)從而生產(chǎn)出粒徑相對(duì)穩(wěn)定的顆粒。如圖5所示。

　　3更適合GMP

　　從消費(fèi)者角度出發(fā)，純凈是藥品最重要的屬性；從制藥廠商的角度來(lái)看，設(shè)備在功能上應(yīng)當(dāng)具備一定的靈活性，特別是實(shí)驗(yàn)或中試用設(shè)備。WP120Pharma干法制粒機(jī)滿足以上兩個(gè)要求——潔凈和功能靈活。首先，WP120Pharma為完全密閉的干法制粒系統(tǒng)，可以減少生產(chǎn)過(guò)程中的粉塵污染，從而降低污染和污染的風(fēng)險(xiǎn)；其次，該設(shè)備采用了模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)制粒裝置完全可以只需使用少量工具即可拆卸，便于對(duì)所有模塊單元進(jìn)行清洗，并且可以方便地更換其中的螺桿和壓輥以適應(yīng)不同的制粒任務(wù)。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　目前，WP120Pharma已被廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室或中試工廠中，用于測(cè)定隨后大批量生產(chǎn)中的工藝參數(shù)。在該設(shè)備上測(cè)定的工藝參數(shù)能夠輕松地放大到大型機(jī)器中，如Alexanderwerk制造的WP200Pharma?？梢哉f(shuō)，WP120Pharma是目前藥品研發(fā)或中試中理想的實(shí)驗(yàn)用干法制粒機(jī)。