药物制粒技术及流化床制粒影响因素的探讨.ppt
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1、药物制粒技术,毕建杰,制粒的含义,制粒(granulation)是把粉末、块状物、溶液、熔融液等状态的物料进行处 理制成具有一定形态和大小的颗粒(粒子)的操作。制粒操作作为粒子的加工过 程,几乎与所有的固体制剂相关,且关系固体制剂的质量。,所谓药物制粒就是将原 料(中药为浸膏)与一定比例的辅料相混合,用水或乙醇等作为润湿剂制成所需 大小的颗粒。有些剂型如片剂、胶囊剂等,颗粒是一个中间体,而有些剂型如颗 粒剂,颗粒是一个最终的产品,所以制粒工序或制粒工艺在制剂生产过程中是非 常重要的环节。,药物粒化优点,可提高药物在药品中的均匀度;可提高物质密 度;可提高流动性和速率均一性;便于制剂和调剂;可减
2、少粉尘;可改 进药品的外观。药物颗粒主要用于制备压片物质,其次作为灌胶囊的前体物质。在一些应用中,药物颗粒用于生产球形颗粒使之适用于改变了的释放指征或用于 制备供患者直接喷洒的颗粒。,制粒工艺的发展,制粒工艺的发展大体上经历了三个过程,即传统的手工制粒法、机械制粒法 及一步制粒法。,广义的制粒(granulation)是指将粉末、块状、熔融液、水溶液等状态的物 料经过加工,制成具有一定形状与大小的粒状物的操作,包括块状物的细粉化(size reduction)、恪融物的分散冷却固化(prilling)等。狭义的制粒是指把粉末 聚结成具有一定形状与大小的颗粒的操作。为了区别单个粒子与聚结粒子,把
3、前 者叫一次粒子(primary particle),把后者叫二次粒子(second particle)。颗粒 通常指的是粒度为0.13.0mm的固体粒子。,颗粒成型途径,颗粒成型大致通过三种途径:由微小粒子(粉末)聚集成型,或固体粒子表面被覆盖,使粒径变大;由粒 子的聚集物或成型物再碎解而得较小的粒状物;由熔融物质分散、冷却、固化 而得粒状物。因此,从广义上说,结晶、粉碎也属于制粒的范畴。,制粒的目的,改善流动性一般颗粒比粉末粒径大,每个粒子周围可接触的粒子数目 少,因而黏附性、凝集性大为减弱,从而大大改善颗粒的流动性,使固体物料能 与液体一样可定量处理。防止各成分的离析混合物各成分的粒度、
4、密度存在差异时容易出现离 析现象。混合后制粒,或制粒后混合可有效地防止离析。防止粉尘飞扬及器壁上的黏附制粒后可防止环境污染并减少原料的损 失,有利于GMP管理。调整松密度,改善溶解性能。改善片剂生产中压力传递的均匀性。便于服用、携带方便等。,在制药工业中,制粒作为粒子的加工过程,要达到某种工艺或剂型的相应要 求,几乎与所有固体制剂的制粒制备及质量相关,制成的颗粒可以是最终成型产 品也可以是中间体。如颗粒剂、微丸、滴丸等必须通过制粒成型;片剂、胶囊剂 需借助制粒改善颗粒的流动性与可压性,以便于充填、分剂量和压片;为了方便 粉末的处理也经常需制成颗粒;供直接压片用的辅料也常需制成颗粒;药物经制 粒
5、后可使制剂产生预期的速效或长效作用等。,制粒目的不同,要求有所不同或有所侧重。如压片用颗粒,以改善流动性和 压缩成型为主要目的;而颗粒剂、胶囊剂的制粒以流动性好、防止黏着及粉尘飞 扬、提高混合均匀性、改善外观等为主要目的。,制粒技术分类,制粒技术是制药过程中极其重要的技术之一。由于不同制粒方法以及不同制 粒条件所获得的颗粒不同,故根据不同制粒目的和物料性质正确选用制粒方法,在制剂的成型工艺过程中起着举足轻重的作用。根据制粒技术的发展,可将制粒方法分为湿法制粒、流化床制粒、喷雾干燥 制粒、干法制粒及其他制粒方法,湿法制粒技术现状,湿法制粒是由原辅料粉体与黏合剂混合制成软材、制备颗粒、干燥等工序构
6、 成。然而,制软材传统上沿用以槽式混合机制成软材再经摇摆式颗粒机制湿颗 粒,然后用干燥箱烘干成干颗粒。这种传统的槽式混合加摇摆制粒的工艺特点是 各自工序相对独立、成本低;缺点是生产效率低、劳动强度大、槽内死区多、易 交叉污染、生产周期长、设备占地面积大、“散尘”污染高、成型效果差、流动 性不好及压片片重差异大。近期,已逐渐被挤压式制粒、快速搅拌制粒和高速湿 法混合制粒等所取代。,挤压式制粒技术,目前生产上多用摇摆式挤压制粒设备,但随着制剂工业的发展,特别是药物 释放技术(DDS)的成功开发和进入大生产,常规制粒设备如摇摆式制粒机已难 以满足DDS发展的需要,如缓释、控释颗粒剂、胶囊剂、片剂的处
7、方中常常加 入大量的高分子缓控释材料作为黏合剂,软材硬度和黏度比普通制剂要大得多。摇摆式过筛制粒时,不仅软材常常粘在筛孔中,难以顺利进行,而且颗粒硬度、粒径分布等参数难以准确控制,常导致缓释、控释制剂达不到释药要求,各国制 药机械工程技术人员为了满足制剂工程的特殊要求,开发了一系列挤压式制粒设 备。如螺旋式挤压式制粒设备、篓孔式挤压式制粒设备、滚压式挤压式制粒设备 和填压式挤压式制粒设备等。其中螺旋式挤压制粒设备,由于其具有挤压力较恒 定,可任意调节,产品质量稳定,且适合连续化大生产等特点,已广泛应用于制 剂工业大生产。,快速搅拌制粒技术,快速搅拌制粒技术是利用快速搅拌制粒机完成的制粒技术。由
8、于该设备运行 时桨叶和制粒刀同时旋转,形成三向搅拌并同时切割制粒,故物料混合非常均 匀,也不存在结块现象;又由于药料与辅料被共置于制粒机的密闭容器内,混 合、制软材、切割制粒与滚圆一次完成,故制成的颗粒圆整均匀,流动性好,辅 料用量少,制粒过程密闭、快速,污染小。,高速剪切混合制粒技术,当今湿法制粒装备已发展到高速湿法制粒,而其中高速剪切混合制粒机是近 年来发展比较快、应用得最多的制粒设备,亦是最经济的。其把混合与制粒工艺 合在一起,并在全封闭的容器内进行。其特点是既节约了时间又满足了 GMP的 要求,混合效果好、生产效率高、颗粒与球度佳、流动性好、易清洗、无污染、含量稳定和能耗低等。其是一种
9、制粒量多、速度快、颗粒好、能耗省的设备,深 受用户的欢迎。但是其对制粒的物料有一定的要求。,高速湿法制粒中应用的高速剪切混合制粒机,现以卧式高速剪切混合制粒机 为主。卧式高速剪切混合制粒机其制粒原理是将混合及制粒两道工序在同一容器 中完成,采用下旋式搅拌,搅拌桨安装在锅底,并与锅底形成间隙。搅拌叶面能 确保物料碰撞分散成半流动的翻滚状态,并达到充分的混合。随着黏合剂的注 入,使粉料逐渐润湿,物料形状发生变化。而位于锅壁水平轴的剪切刀与搅拌桨 的旋转运动产生涡流,使物料被充分混合、翻动及碰撞,此时处于物料翻动必经 区域的剪切刀可将团状物料充分打碎成颗粒。同时,物料在三维运动中颗粒之间 的挤压、碰
10、撞、摩擦、剪切和捏合,使颗粒摩擦更均匀、细致,最终形成稳定球 状颗粒从而形成潮湿均匀的软材。其中,制粒颗粒目数大小受物料的特性、剪切 刀的转速和制粒时间等因素制约。,湿法制粒在固体制剂中常适用于需要添加黏合剂(如乙醇、糊精)进行混合 才能成粒的药品。其同时适用于:(1)压片时需加入黏合剂可增强粉末的可压缩 性和黏着性;(2)胶囊充填或压片对流动性要求较高时可用此法;(3)对低剂量 药物分布均匀、色彩良好,也可用此法解决;(4)固体制剂中也可用此法,使用 适当的溶剂和黏合剂增加药物溶出速率。,另外,卧式高速剪切混合制粒机每批操 作时间不到lOmin,可生产成品80200kg,工效比传统工艺提高4
11、5倍。其 次,较传统工艺减少25%黏合剂,干燥时间缩短。而成粒近似球形,流动性好。同时,其出口可与沸腾干燥相接,而粉料可用提升机或真空上料机加到湿法制粒 机内。,干法制粒技术现状,干法制粒是通过粉末混合物加压制成大片后再经粉碎整粒制成所需粒度的颗 粒,适用于热敏性药物。干法制粒机是继第二代制粒方法的“一步制粒”后发展 起来的一种最新的制粒方法,,干法制粒优点,(1)环保式的制粒工艺,节能无污 染,无需润湿剂(溶剂、乙醇、水等及淀粉浆);(2)解决了溶剂制粒的防爆问 题和废气排放污染造成的环保问题;(3)省去了干燥工序,节约了大量的能源;(4)随着干法制粒所需的新型黏合剂不断开发出来并进入社会工
12、业化生产,成本 也大幅下降;(5)所需设备少、占地面积小、省时省工,同时由于制粒中不使用 黏合剂,制成片剂容易崩解。,干法制粒缺点,缺点是压片时“逸尘”严重,易造成交叉污染,压 制颗粒的溶出速率较慢,故不适用于水溶性药物,流化床制粒技术现状,流化床制粒是在流化床干燥工艺中加辅助黏合剂喷雾工艺而成,流化床制粒 又称一步法制粒,其集混合、制粒、干燥于一体。其原理为:利用气流作用,使 粉粒产生流态化而混合。黏合剂采用气流式喷雾定量喷洒在粉体上,使其凝集,并采用热风流动对物料进行气-固二相悬浮接触的质热传递达到颗粒干燥。,流化 床制粒的优点,(1)集混合一制粒一干燥于一体,混合的时间、产品水分含量、干
13、燥后制粒质量和均匀性等满足相应要求;(2)制粒成品颗粒较松,粒度在 2080目,且成品外观近似球形,流动性好;(3)生产效率高、劳动强度低;(4)混合、制粒、干燥过程均应在全封闭负压状态下,以防止粉尘污染和飞扬,受外界污染低。,流化床制粒的缺点,(1)电耗较高;(2)洗清相对困难;(3)控 制不当易产生污染。流化床制粒由于制粒机构造不同,制粒过程中,颗粒粉末间 受的力不同,造成制得的最终颗粒状态差异很大。流化床制得的颗粒有较大的分 散性,颗粒内孔隙较大,使水易渗透崩解。但是,通过流化床制粒可以减少辅料 的加入量,改变吸湿性材料的空间分布,尽可能阻止水分的进入而提高制剂的防 潮能力。,1.沸腾制
14、粒机,沸腾制粒机是集混合一制粒一干燥于一体的设备。沸腾制粒机是目前药厂广 泛选用的流化床制粒设备,其工艺亦日趋成熟。沸腾制粒机特点:(1)进风采取23级过滤,引风机带有消音装置,整个混合、制粒、干燥工艺过程从进风、雾化、排风都处于全封闭状态;(2)机 器的喷雾压力与粒度、进排风温度及风量、负压、黏合剂用量及浓度等应满足实 际工艺要求,并使制粒快速干燥、均匀;(3)采用多流体雾化器,且整个黏合剂 喷雾有程序控制;(4)其捕集尘布袋过滤器两端压差,能自动测查并可控,使床内保持最佳流化状态;(5)双捕集滤袋系统,清灰彻底。,2连续流化床制粒机,连续流化床制粒机在传统沸腾干流技术中融入喷雾和气流分级的
15、技术,它是 流化床设备的衍生产品。其特点:(1)采用流化冷却(干燥)方式,质热传递 快;(2)喷雾方式制粒,产品强度可控;(3)气源系统分级,成品粒度范围极 小;(4)连续式制粒作业,生产效率高。主要用于医药、食品、化工等行业的粉 末物料混合、干燥、制粒、颗粒“喷涂”、放大、熔融液冷却造粒等作业。,喷雾制粒技术现状,流化喷雾制粒亦称“一步制粒法”是将粉末置流化床内保持“动的悬浮”,以黏合剂为媒介粉末相互凝集成粒的制料方法,此法的优点是制成的颗粒均匀,尤适于亲水性和吸湿性小的物料制粒。但此法一般用于大生产。小量制粒可用喷 雾干燥制粒法。喷雾干燥制粒系将含药液(含水量可达70%80%以上)经雾化后
16、直接干 燥成颗粒(或粉末)的制粒方法,已作为一项较先进的干燥技术应用于药剂制 备。制品不仅外观和内在质量好,而且适用于热敏性物料。中药提取浓缩至能均 匀流动时,即能用此法直接雾化成粉或颗粒。但此法对含挥发性成分或贵重药的药液不适用。,制粒技术的发展趋势,随全球制药技术、制药工业竞争的日益加剧及我国加入WTO后所面临的 严峻形势,对提高制剂产品质量的要求进一步加强,对制粒技术的要求也越来越 高。药物制粒技术的趋势是向设备大型化、结构紧凑化、制粒工艺高新技术化、多功能连续化、高效快速化方向发展。,药物与辅料,药物及辅料的特性考察是在制剂成形前的研宄工作中一个重要内容。制剂成 形前对其原辅料的特性考
17、察可以消除一切因原材料的特性可能造成的影响,从而 有利于降低制剂的生产成本、优化生产工艺及提高产品质量。,同一种药物,由于结晶条件的不同,可以生成完全不同类型的晶体(crystalline),这种现象称为药物的多晶型现象(polymorphism),亦称同质异晶现 象。有机药物中多晶型现象是普遍存在的。药物的结晶形态与颗粒的可压性有 关,一般立方晶系的结晶可压性强,适用于干法制粒。结晶的形态,对颗粒的流 动性有很大影响,一般呈球形或接近球形者流动性好,药物及辅料颗粒大小,药物及辅料的粒度大小对制得颗粒的流动性有很大影响,一般粒度小,附着 性大,流动性差,而粒度较大时其流动性好。药物及辅料的形状
18、与大小对混合的 均匀度也有一定影响。若药物的剂量很小而粒度较大时,因其小粒子的量不足以 在其他成分中充分分散,而难以混匀。粒度太大或粒度相差较大的两种成分混合 时也往往不易混匀。,制粒常用辅料分类,制粒常用辅料大体上可以分为两大类:填充剂和功能性添加剂。填充剂又称 增量剂,有助于制剂成型,通常也具有一定功能。然而,填充剂总的来说与功能 性添加剂不同,是因为它们通常是相对廉价的惰性材料。功能性添加剂包括黏合 剂、崩解剂、润滑剂、着色剂和稳定剂。,辅料的选择取决于诸多因素:如药物性质、制备工艺、辅料价格等。不同制 粒方法,对辅料要求不同,如流化床制粒与使用桨式混合机的湿法制粒相比较,对药物和辅料的
19、规格的控制更严格。在流化床制粒时,除对粒径分布有所控制 外,辅料颗粒的密度不应与药物颗粒的密度有太大区别,而挤压制粒法通常需要 微晶纤维素。,黏合剂,在湿法制粒、流化床制粒和喷雾干燥制粒过程中,黏合剂使粒径增大形成颗 粒,从而改善制剂的中间产品在生产过程中的流动性。黏合剂还可以通过增加颗 粒间和颗粒内的作用力使片剂硬度增加。在干法制粒过程中,干黏合剂也可起填 充剂的作用并使混合物料具有可压缩性。此外,黏合剂的黏合力可能会降低片剂 的脆度,改善片剂外观。,黏合剂种类,黏合剂分为天然聚合物合成聚合物糖类。,黏合效率的影响因素,黏合剂的作用是增加颗粒的强度,降低颗粒的脆性。处方中黏合剂的黏合效率受诸
20、多因素的影响,如黏合剂的浓度、黏 性、机械性质,处方中药物和其他辅料的性 质、黏合剂与基质、黏合剂之间的相互 作用。,1.黏合剂浓度,在湿法制粒过程中,黏合剂形成内在基 质,因此随着处方中黏合剂浓度的增加,颗 粒的强度也增加。,2.黏合剂机械性质,黏合剂的机械性和成膜性决定了黏合剂黏合基质的强度和变形性,而黏合基 质决定黏合剂的黏合效率。,3处方中药物和其他辅料性质,湿法制粒过程是用制粒液体润湿粉末,靠晶状桥膜形成表面张力和溶液的黏 性形成颗粒。在湿法聚集和干燥阶段,药物和所有溶解的辅料将溶解后再结晶,随着黏合剂的蒸发形成固体颗粒内连接桥。结晶桥的强度取决于沉淀物的量和结 晶率。所有这些性质由
21、药物的溶解性和其他制粒辅料共同决定。因此,在湿法聚 集过程中,黏合剂的溶解会影响颗粒形成和增大,如果药物溶在辅料中,也会影 响颗粒的结构。,4.黏合剂的分散,颗粒中黏合剂的分散影响颗粒强度和抗碎能力。湿法制粒过程中阻碍黏合剂 分散的因素会降低黏合效率。黏性很大的黏合剂溶液如淀粉浆,制成的片剂由于 黏合剂的分散困难会使脆性增大。,5.黏合剂一药物反应,颗粒和片剂的强度主要由黏合剂、黏合剂结合力、黏合剂一基质黏性相关的 润湿性决定的。,其他辅料,制粒用其他辅料还包括着色剂、稳定剂、pH调节剂和释放率调节剂等,它 们均有重要作用,需进行特性测试。在制剂生产过程中,要添加的功能性辅料需 经认真挑选以确
22、保终产品美观且具有较高的生物利用度。,药物与辅料的相容性,任何制剂的配方都必须确保其成分间的相容。在药物与辅料间以及辅料本身 之间可能会发生不相容。不相容可表现为许多形式,如酸碱作用可导致复合制剂 功能下降或不稳定,最终导致产品的治疗效果降低。因此,应尽量避免药物与辅 料的不相容,颗粒基本性质,(一)颗粒大小颗粒大小在很大程度上决定着颗粒制备工艺的性质和效率的高低,是选择和 评价制备方法、工艺以及进行过程控制的基本依据,通常用粒径和粒度表征颗粒 大小。粒径是以单一颗粒为对象表示颗粒的大小;粒度是以颗粒群为对象表示所 有颗粒大小的总体概念,颗粒群重要的粒度特征是粒度分布。,(二)颗粒比表面积,比
23、表面积是指单位颗粒群所具有的表面积,单位质量颗粒群所具有的表面积 称为质量比表面积。它是颗粒最重要的性质之一,对颗粒的吸附作用、溶解速率 等都有重要影响。,(三)颗粒形状,颗粒其他性质,颗粒密度及孔隙率颗粒强度 颗粒流动性颗粒充填性颗粒润湿性颗粒压缩性,颗粒密度系指单位体积颗粒的质量。颗粒孔隙率(porosity)是与颗粒形态、大小及粒度分布等基本性质有关的 一种颗粒的综合性质,可定义为颗粒间空隙和颗粒本身孔隙所占容积与颗粒群总 容积的比率,即颗粒群中空隙所占有的比率,颗粒强度,颗粒与固体制剂强度相关的机制有以下几种:颗粒间的固体桥;流动液 体表面的界面力和毛细管力;成键时的黏着力和内聚力;固
24、体颗粒间的吸引 力;影响颗粒形状的各种机制的相互作用。,颗粒流动性,颗粒流动性(flowability)除与颗粒形状、大小、表面状态、密度、空隙率 等有关外,还与颗粒间的作用力有关。如形状不规则颗粒间的机械力;颗粒间的 摩擦力以及由摩擦而产生的静电,和不同电荷颗粒间的引力;颗粒间距近时的分 子间引力;颗粒表面吸附水时的表面张力及毛细管力等。颗粒的流动性对散剂的 分剂量、胶囊剂的充填及压片时分剂量的准确性有重要影响,颗粒充填性,充填性是颗粒群的基本性质,在片剂、胶囊剂的装填过程中具有重要意义。物料颗粒大小、形状、粒度分布、松密度及孔隙率等可直观地反映出其充填性。另外,在颗粒充填过程中,颗粒排列方
25、式也会影响到颗粒的充填状态。,颗粒润湿性,润湿性(wetting)是固体界面由固-气界面变为固-液界面的现象。颗粒润湿 性对颗粒成型、颗粒剂、片剂等固体制剂的崩解、溶出性能等具有重要意义。湿 法制粒时混合物料与液体黏合剂间的接触角大小对制粒操作有直接影响;片剂与 体液间的接触角大小直接影响片剂崩解与药物溶出。,颗粒压缩性,颗粒具有压缩成型性,压缩成型性表示颗粒在压力下体积减小、紧密结合形 成一定形状的能力。片剂制备过程就是将药物粉末或颗粒压缩成具有一定形状和 大小的坚固聚集体的过程。,颗粒压缩机理比较复杂,尚在探讨中。目前主要有以下一些观点:(1)压缩 后粒子间距离很近,从而产生粒子间力,例如
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