食品和制藥行業(yè)廣泛使用小袋，為消費者提供可控的小量粉體產(chǎn)品。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，小袋灌裝過(guò)程必須確保均勻、一致，重量差異較小，含量均勻度較高。偏差過(guò)大不僅會(huì )帶來(lái)財務(wù)風(fēng)險，涉及到藥物時(shí)還可能危及患者健康。這也發(fā)生在其它各種規格的灌裝工藝中，例如，中型散裝容器、麻袋、膠囊、沖模。
若能判別實(shí)現均勻灌裝粉體或混合物所需的屬性，有助于優(yōu)化新的處方，避免由于產(chǎn)品加工投入大量的成本和時(shí)間，并減少含量均勻度偏低和重量差異較大的情況。
不同混合物的相對性能
使用三個(gè)批次的藥物混合物灌裝小袋口服劑。三個(gè)批次從灌裝口流入小袋時(shí)流動(dòng)性不同，導致小袋中出現顯著(zhù)的重量差異。樣品A灌裝性能良好，樣品B (粒徑分布較寬) 性能一般。樣品C的粒徑分布與樣品A相同，但在加工過(guò)程中性能很差，表明僅粒徑不足以對性能產(chǎn)生決定性的影響。
使用FT4 粉體流變儀™分析三種樣品，以確定樣品間差異導致工藝性能的不同。
測試結果
動(dòng)態(tài)測試：充氣能
隨著(zhù)空氣的引入，氣流作用抬升顆粒并使其分離，減少了顆粒間相互作用以及整體的流動(dòng)阻力。顆粒的分離程度是衡量粘結約束強度的可靠指標。樣品A產(chǎn)生的充氣能(AE) ，這可能是因為其透氣性也較高 (參見(jiàn)下圖)。對于透氣性良好的粉體，空氣能輕松穿過(guò)粉床，對其排列結構幾乎沒(méi)有影響。相反，樣品C產(chǎn)生的AE，這可能是因為透氣性較低。而且，對充氣敏感的粉體更易發(fā)生分層和揚塵，都會(huì )對含量均勻度造成不利的影響。
動(dòng)態(tài)測試：基本流動(dòng)能
樣品A產(chǎn)生的基本流動(dòng)能 (BFE) ，在粉體中移動(dòng)槳葉所需要的能量較少。樣品C產(chǎn)生的基本流動(dòng)能。這種情況下，BFE較低表明粉體能夠在靴型進(jìn)料器這種強制流動(dòng)的條件下自由流動(dòng)。
整體測試：透氣性
樣品C粉床中產(chǎn)生的壓降 (透氣性)，表明氣流阻力。較差的透氣性意味著(zhù)粉體進(jìn)入小袋時(shí)夾帶的空氣無(wú)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差，表明任何參數的極端情況都難以得到性能。
縱軸：可壓程度百分比 (%)；橫軸：施加的正應力（kPa）
整體測試：可壓性
樣品A產(chǎn)生的可壓縮程度，可能是因為產(chǎn)生了團塊。雖然這一特性通常與粘性較強的粉體相關(guān)，但穩定的團塊也有助于提高含量均勻度。樣品A本身較強的可壓性似乎并未對灌裝工藝造成負面影響，很可能是因為加工過(guò)程中產(chǎn)生的應力較小。
整合四組數據，可構建用于預測工藝性能的設計空間。如果新的測試樣品其屬性位于每項測試中的"綠色"區域，則可預測該粉體在加工過(guò)程中的性能將與樣品A相似。如果結果位于"琥珀色"區域，可能存在加工性能不佳的風(fēng)險，使用樣品時(shí)應謹慎。如果結果位于"紅色"區域，則粉體性能可能與樣品C差不多，很有可能存在問(wèn)題。"紅色"區域中的樣品需剔除，盡可能減少過(guò)程中流動(dòng)性不佳的問(wèn)題，從而提高生產(chǎn)率并減少浪費。
結論
FT4具有動(dòng)態(tài)流動(dòng)和整體特性表征技術(shù)，對于加工過(guò)程性能不同的三種樣品，能量化并得到明確且可重復的差異。結果也說(shuō)明任何單一的參數不足以充分說(shuō)明工藝性能，因此需要多變量的方法。
結果顯示，在此項操作中，動(dòng)態(tài)流動(dòng)阻力較小 (低BFE) 和透氣性較高 (高AE、低壓降) 的粉體性能。相反，流動(dòng)阻力較大且充氣敏感性較強的粉體性能較差。由此我們可以確定設計空間，并據此評估新處方并預測其性能。
粉體流動(dòng)性不是材料的固有屬性，而是粉體在特定設備中以其所需要的方式流動(dòng)的能力。成功的加工需要粉體與過(guò)程的完美匹配，相同的粉體在一個(gè)過(guò)程中性能良好，而在另一個(gè)過(guò)程中卻不佳的情況并不罕見(jiàn)。也就是說(shuō)，需要多種特性表征方法，得出的結果能夠與過(guò)程評估相聯(lián)系，從而構建對應于可接受的過(guò)程行為的參數設計空間。FT4的多變量方法并非依靠單一的特性表征來(lái)描述所有的過(guò)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過(guò)程和環(huán)境條件的響應。
作者簡(jiǎn)介
Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司總經(jīng)理
自20世紀90年代末，Tim Freeman作為粉體表征公司富瑞曼科技有限公司的總經(jīng)理，在FT4粉體流變儀?和通用型粉體測試儀的設計和持續發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。Tim與各專(zhuān)業(yè)機構合作并參與行業(yè)活動(dòng)，對促進(jìn)粉體加工領(lǐng)域的發(fā)展做出了杰出貢獻。
Tim擁有英國薩塞克斯大學(xué)的機電一體化學(xué)位。他是美國結構化有機微粒系統工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 許多項目組的導師，并經(jīng)常組織粉體表征和加工領(lǐng)域的行業(yè)會(huì )議。作為美國藥學(xué)科學(xué)家協(xié)會(huì ) (AAPS) 的"過(guò)程分析技術(shù)"焦點(diǎn)小組的前任主席，Tim是制藥技術(shù)編輯顧問(wèn)委員會(huì )的成員，以及《歐洲藥物評論》雜志的行業(yè)專(zhuān)家組成員。Tim還是化學(xué)工程師學(xué)會(huì )"顆粒技術(shù)"特別興趣小組的委員會(huì )成員、ASTM負責粉體和松裝固體的特性和處理的D18.24小組委員會(huì )副主席，以及美國藥典 (USP) 通論 - 物理分析專(zhuān)家委員會(huì ) (GC-PA EC) 的成員。
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