食品和制藥行業(yè)中廣泛使用小袋包裝,為消費者提供定量的小劑量產品。在整個生產過程中,小袋灌裝必須確保均勻一致,重量差異小,含量均勻度高。偏差過大不僅會帶來成本問題,涉及到藥物時還可能危及患者健康。不僅是小袋包裝,這一類問題也發(fā)生于各種規(guī)格的灌裝工藝中,例如中型散裝容器、麻袋、膠囊、沖模。
若能判別實現(xiàn)均勻灌裝時混合物粉體所需特性,有助于優(yōu)化新處方,避免投入過多的成本和時間,減少含量均勻度偏低和重量差異較大的問題。
不同混合物的性能
使用三個批次的藥物混合物灌裝小袋裝口服制劑。三個批次的樣品從料靴流入小袋時流動表現(xiàn)不同,導致小袋之間重量差異明顯。樣品A表現(xiàn)良好,樣品B(粒徑分布較寬)性能一般,樣品C雖然粒徑分布與樣品A相同,但加工過程中表現(xiàn)很差,說明考察粒徑不足以對決定樣品的性能。
使用FT4粉體流變儀™分析三批樣品,確定樣品之間的差異如何影響工藝性能。
測試結果
動態(tài)測試:充氣能
由于引入空氣,氣流作用抬升顆粒使其分離,減少了顆粒間相互作用和整體的流動阻力。顆粒間分離程度是衡量粘結強度的可靠指標。樣品A產生的充氣能(AE)大,這可能是因為透氣性較好(參見下文)。對于透氣性良好的粉體,空氣易于穿透粉床,因此對于顆粒排列結構沒有影響。相反地,樣品C產生的AE小,這可能是由于透氣性較差。并且對于充氣敏感的粉體更易發(fā)生分層和揚塵,都會對含量均勻度造成不利的影響。
動態(tài)測試:基本流動能
樣品A的基本流動能(BFE)小,在粉體中移動槳葉所需能量較少。樣品C的基本流動能高。BFE較低表明粉體能夠在料靴這類強制流動進料的條件下自由流動。
整體測試:透氣性
樣品C粉床壓降大(透氣性差),表明氣流阻力大。較差的透氣性意味著粉體進入小袋時夾帶的空氣無法逸出,導致批次間重量差異較大。樣品A的透氣性比樣品B更差,說明某一參數(shù)的情況難以獲得好的性能表現(xiàn)。
整體測試:可壓性
樣品A的可壓縮性高,可能是因為粉層內產生了團聚物。這一特性通常與粘性較強的粉體相關,但穩(wěn)定的團聚物也有助于提高含量均勻度。樣品A本身較大的可壓性似乎并未對灌裝工藝造成不良影響,很可能是因為灌裝過程中產生的應力較小。
整合四組數(shù)據(jù),構建能夠預測工藝性能的設計空間。如果新樣品的結果落于每項測試參數(shù)的“綠色”區(qū)域,可以預測該粉體的加工性能與樣品A相似。如果結果落于“黃色”區(qū)域,可能存在性能不佳的風險,使用樣品時應當謹慎。如果結果落于“紅色”區(qū)域,則粉體性能可能與樣品C差不多,很有可能發(fā)生問題。“紅色”區(qū)域中的樣品應該盡早剔除,規(guī)避過程中流動性較差的問題,從而提高生產效率、減少浪費。
結論
FT4使用動態(tài)和整體特性表征技術,能夠量化三批表現(xiàn)不同的樣品,得到明確、可重復的結果區(qū)分差異。這些結果也說明任何單一參數(shù)不足以充分理解加工表現(xiàn),因此需要采用多元測試方法。
結果顯示在灌裝操作中,動態(tài)流動阻力較小(基本流動能?。┖屯笟庑暂^好(充氣能高,壓降?。┑姆垠w性能好。與之相反,流動阻力較大且充氣較敏感的粉體性能較差。就此可以確定設計空間,評估新處方并預測其性能表現(xiàn)。
粉體流動性并非材料的固有屬性,而是粉體在特定設備中以其所需的方式流動的能力。成功的加工需要粉體與工藝完美匹配,相同的粉體在某一加工過程中性能良好,而在另一過程中表現(xiàn)不佳,這一情況并不罕見。因此,需要多種特性表征方法所得出的結果與工藝過程的評估相關聯(lián),從而構建可接受過程行為對應的參數(shù)設計空間。FT4的多元表征方法并非依靠單一特性來描述所有過程性能,而是模擬一系列單元操作,以便直接研究粉體對各種加工過程和環(huán)境條件的響應。
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戰(zhàn)略收購富瑞曼科技有限公司(Freeman Technology Ltd)和PID公司(PID Eng & Tech),也反映公司一直致力于在粉體和催化等工業(yè)關鍵領域提供優(yōu)化、集成的解決方案。
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