食品和制藥行業(yè)廣泛使用小袋，為消費(fèi)者提供可控的小量粉體產(chǎn)品。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，小袋灌裝過程必須確保均勻、一致，重量差異較小，含量均勻度較高。偏差過大不僅會(huì)帶來財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，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(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(shí)現(xiàn)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(duì)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(dǎo)致小袋中出現(xiàn)顯著的重量差異。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，但在加工過程中性能很差，表明僅粒徑不足以對(duì)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(dǎo)致工藝性能的不同。
測試結(jié)果
動(dòng)態(tài)測試：充氣能
隨著空氣的引入，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(jié)約束強(qiáng)度的可靠指標(biāo)。樣品A產(chǎn)生的充氣能(AE) ，這可能是因?yàn)槠渫笟庑砸草^高 (參見下圖)。對(duì)于透氣性良好的粉體，空氣能輕松穿過粉床，對(duì)其排列結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響。相反，樣品C產(chǎn)生的AE，這可能是因?yàn)橥笟庑暂^低。而且，對(duì)充氣敏感的粉體更易發(fā)生分層和揚(yáng)塵，都會(huì)對(duì)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(qiáng)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粉體進(jìn)入小袋時(shí)夾帶的空氣無法逸出，導(dǎo)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(shù)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(yīng)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?yàn)楫a(chǎn)生了團(tuán)塊。雖然這一特性通常與粘性較強(qiáng)的粉體相關(guān)，但穩(wěn)定的團(tuán)塊也有助于提高含量均勻度。樣品A本身較強(qiáng)的可壓性似乎并未對(duì)灌裝工藝造成負(fù)面影響，很可能是因?yàn)榧庸み^程中產(chǎn)生的應(yīng)力較小。
整合四組數(shù)據(jù)，可構(gòu)建用于預(yù)測工藝性能的設(shè)計(jì)空間。如果新的測試樣品其屬性位于每項(xiàng)測試中的"綠色"區(qū)域，則可預(yù)測該粉體在加工過程中的性能將與樣品A相似。如果結(jié)果位于"琥珀色"區(qū)域，可能存在加工性能不佳的風(fēng)險(xiǎn)，使用樣品時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。如果結(jié)果位于"紅色"區(qū)域，則粉體性能可能與樣品C差不多，很有可能存在問題。"紅色"區(qū)域中的樣品需剔除，盡可能減少過程中流動(dòng)性不佳的問題，從而提高生產(chǎn)率并減少浪費(fèi)。
結(jié)論
FT4具有動(dòng)態(tài)流動(dòng)和整體特性表征技術(shù)，對(duì)于加工過程性能不同的三種樣品，能量化并得到明確且可重復(fù)的差異。結(jié)果也說明任何單一的參數(shù)不足以充分說明工藝性能，因此需要多變量的方法。
結(jié)果顯示，在此項(xiàng)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(qiáng)的粉體性能較差。由此我們可以確定設(shè)計(jì)空間，并據(jù)此評(píng)估新處方并預(yù)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(shè)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程的完美匹配，相同的粉體在一個(gè)過程中性能良好，而在另一個(gè)過程中卻不佳的情況并不罕見。也就是說，需要多種特性表征方法，得出的結(jié)果能夠與過程評(píng)估相聯(lián)系，從而構(gòu)建對(duì)應(yīng)于可接受的過程行為的參數(shù)設(shè)計(jì)空間。FT4的多變量方法并非依靠單一的特性表征來描述所有的過程性能，而是模擬一系列單元操作，以便直接研究粉體對(duì)各種過程和環(huán)境條件的響應(yīng)。
作者簡介
Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司總經(jīng)理
自20世紀(jì)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(shè)計(jì)和持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。Tim與各專業(yè)機(jī)構(gòu)合作并參與行業(yè)活動(dòng)，對(duì)促進(jìn)粉體加工領(lǐng)域的發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)。
Tim擁有英國薩塞克斯大學(xué)的機(jī)電一體化學(xué)位。他是美國結(jié)構(gòu)化有機(jī)微粒系統(tǒng)工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 許多項(xiàng)目組的導(dǎo)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)編輯顧問委員會(huì)的成員，以及《歐洲藥物評(píng)論》雜志的行業(yè)專家組成員。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(fù)責(zé)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 - 物理分析專家委員會(huì) (GC-PA EC) 的成員。
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