對制藥生產(chǎn)中顆粒劑的灌裝方式及設(shè)計(jì)的探討

王利偉

（北京翰林航宇科技發(fā)展有限公司，北京102205）

0 引言

顆粒劑是指藥物與適宜的輔料制成具有一定粒度的干燥顆粒狀制劑，分為可溶顆粒（通稱顆粒）、混懸顆粒、泡騰顆粒、腸溶顆粒、緩釋顆粒和控釋顆粒等，以供口服使用。

隨著顆粒劑在制藥行業(yè)的普及以及所占市場份額逐年上升，如何計(jì)量顆粒劑就顯得尤為重要。目前在制藥機(jī)械行業(yè)內(nèi)，對顆粒劑（包括微丸類）的灌裝主要依靠全自動顆粒包裝機(jī)、全自動硬膠囊充填機(jī)來完成。同樣是實(shí)現(xiàn)小顆粒的灌裝，顆粒包裝機(jī)和硬膠囊充填機(jī)對物料的適應(yīng)性也各有差異，現(xiàn)對這2種設(shè)備的灌裝作進(jìn)一步分析，以期更好地提升制藥裝備的工藝水平，為藥品制造企業(yè)的顆粒灌裝方式提供更加多元的選擇。

1 顆粒包裝機(jī)

1.1 顆粒包裝機(jī)的發(fā)展和工作流程

在諸多的制藥生產(chǎn)廠商中，有一部分選擇了將顆粒包裝成小袋的形式。目前國內(nèi)使用的多列顆粒包裝機(jī)的前身是在參照國外先進(jìn)的同類機(jī)型基礎(chǔ)上研制開發(fā)的顆粒包裝設(shè)備，適用于制藥、食品、日化等行業(yè)中的松散狀、無粘性并具有一定流動性顆粒狀物料的小袋包裝。

顆粒包裝機(jī)的工作流程：包裝材料→薄膜器成型→縱封合→橫封合→打批號→切易撕口→縱切/縱向斷裂線→橫切/橫向斷裂線→橫切→成品。工作過程自動完成計(jì)量、制袋、充填、封合、打批號、切斷以及計(jì)數(shù)等一系列的包裝工作，自動完成對顆粒物料的包裝。

考慮到成本因素的影響，很大一部分制造商選擇的薄膜含鋁量都很低，甚至是無鋁的塑膜，這就對顆粒劑的灌裝計(jì)量提出了更高的要求，畢竟在袋裝中包裹的物料所占的比重決定了成品的合格率。

1.2 顆粒包裝機(jī)常見的灌裝計(jì)量

在目前國內(nèi)的制藥機(jī)械生產(chǎn)制造商中，顆粒包裝機(jī)主要有擺動式下料和螺桿旋轉(zhuǎn)進(jìn)料2種灌裝方式。

1.2.1 擺動式下料方式

擺動式下料方式（圖1）是借鑒原有國外機(jī)型的下料方式，原有機(jī)型的下料方式為擺動式雙側(cè)下料，對零件加工精度、裝配調(diào)整提出了非常高的要求。此方式可單道獨(dú)立調(diào)整下料，速度快、效率高，但對顆粒的要求也很高（必須均勻、流動性好）。在此種雙側(cè)下料中，其單道供料為雙側(cè)2套計(jì)量，如顆粒的粒度不理想，出現(xiàn)單側(cè)計(jì)量超差時(shí)，調(diào)整就非常困難。在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，如裝量超差，很難分清是哪一側(cè)的計(jì)量出現(xiàn)了問題，一旦調(diào)整失誤會造成較大的物料浪費(fèi)和包材浪費(fèi)。

圖1 擺動式下料方式

為了解決雙側(cè)下料的弊病，國內(nèi)的諸多同行將其改為擺動式單側(cè)下料，取消了一側(cè)的計(jì)量裝置，改用料斗接料。改進(jìn)后雖然調(diào)整方便了，但依然存在以下的弊端：（1）擺動料管為漏斗方式，即上大下小，物料下移全靠自重；（2）物料通過的管路細(xì)長，物料在向下流動時(shí)，在料管的接口處會產(chǎn)生擠壓力，如果顆粒均勻度不夠會在很大程度上影響計(jì)量精度；（3）擺動料管的運(yùn)動軌跡為弧線，與計(jì)量斗的間隙必須要調(diào)整合適，避免物料堆積，否則也會造成裝量的誤差。

1.2.2 螺桿旋轉(zhuǎn)的進(jìn)料方式

螺桿旋轉(zhuǎn)的進(jìn)料方式（圖2）相對而言較為簡單，取消了擺動式下料的擺動料管機(jī)構(gòu)，通過伺服電機(jī)帶動單一的螺桿旋轉(zhuǎn)，將物料間歇送入計(jì)量料斗（80目≤細(xì)微顆粒包裝≤400目），通過攪拌機(jī)構(gòu)，使物料依次進(jìn)入分裝的小袋。

圖2 螺桿旋轉(zhuǎn)的進(jìn)料方式

螺桿旋轉(zhuǎn)的進(jìn)料方式在工作過程中有幾個(gè)通道就需安裝幾個(gè)相應(yīng)的下料機(jī)構(gòu)，各個(gè)螺桿的相互協(xié)調(diào)是設(shè)備調(diào)整的一個(gè)難點(diǎn)。由于物料在灌裝中主要依靠螺桿的旋轉(zhuǎn)，因此對螺桿的加工精度就提出了相對較高的要求。另外，由于其在相對密閉的空間內(nèi)完成連續(xù)旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的熱量無法釋放，一些受熱產(chǎn)生化學(xué)變化的顆粒會被擋在此種進(jìn)料的范圍之外。

2 硬膠囊充填機(jī)

2.1 硬膠囊充填機(jī)的工作原理

硬膠囊充填機(jī)的工作原理如圖3所示。

圖3 硬膠囊充填機(jī)的工作原理

盛放在料斗里的硬膠囊隨著機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)，逐個(gè)進(jìn)入順序裝置的順序叉內(nèi)，經(jīng)過膠囊導(dǎo)槽和撥叉的作用使膠囊完成調(diào)頭動作，機(jī)器每動作一次，釋放一排膠囊進(jìn)入模塊孔內(nèi)，并使膠囊的囊體在下、囊帽在上。

轉(zhuǎn)臺做間隙轉(zhuǎn)動運(yùn)動，使膠囊在轉(zhuǎn)臺的模塊中被輸出到各工位。在第1、2工位上，真空分離系統(tǒng)把膠囊順入到模塊孔中的同時(shí)將體和帽分開。在第3、4工位上，下模塊向外伸出，與上模塊錯(cuò)開，以備填充物料。在第5工位上，充填桿把壓實(shí)的藥柱推到膠囊體內(nèi)。第6工位是把上模塊中體和帽未分開的膠囊清除吸掉。在第7、8工位上，下模塊縮回與上模塊合并，并且進(jìn)行微丸充填。第9工位經(jīng)過推桿作用使充填好的膠囊扣合鎖緊。第10、11工位是將扣合好的成品膠囊推出收集。在第12工位，真空清理器清理模塊孔后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

2.2 硬膠囊充填機(jī)對顆粒常用的灌裝計(jì)量

在通常狀況下對顆粒劑的灌裝可分為2種，一種是實(shí)現(xiàn)對直徑1mm左右小球的充填，一般情況下稱之為微丸充填，另一種是對長條狀顆粒進(jìn)行充填。

2.2.1 微丸充填

微丸灌裝主要依據(jù)物料的差異分為真空吸附方式和插板方式。

2.2.1.1 真空吸附方式

真空吸附方式是利用真空負(fù)壓將小丸吸滿一定的體積，通過旋轉(zhuǎn)一定位移，將小丸灌裝到硬膠囊殼內(nèi)，對藥物微丸表面沒有傷害，適用于對顆粒表面完整性要求較高的物料。

該裝置由計(jì)量管、計(jì)量桿、壓出機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、微丸料斗等組成，是一種目前較為理想的微丸計(jì)量及充填裝置，其每套裝置安裝有2組計(jì)量管。其具體的工作過程如圖4所示。

圖4 真空吸附方式的工作過程

（1）一組計(jì)量管插入料筒內(nèi)經(jīng)真空吸附一定容量的微丸，另一組計(jì)量管位于空膠囊體正上方；（2）計(jì)量管裝置升高到一定高度；（3）計(jì)量管裝置旋轉(zhuǎn)180°；（4）裝置下降到原始高度，吸附微丸的一組計(jì)量管位于被灌注膠囊體的上方，負(fù)壓解除，壓出機(jī)構(gòu)壓動計(jì)量桿，將計(jì)量管內(nèi)的微丸推出，注入到下模塊中的膠囊體內(nèi)，此時(shí)另一組計(jì)量管正在吸附定量的顆粒，開始另一個(gè)工作循環(huán)。

該裝置具備自己的特點(diǎn)，真空吸附、計(jì)量精確；計(jì)量管內(nèi)的柱塞經(jīng)調(diào)整后容量一定，故裝量精確。兩排計(jì)量管一邊吸附，一邊填充，結(jié)構(gòu)簡化，轉(zhuǎn)換迅速。計(jì)量過程由于采用氣體作為傳遞及作用介質(zhì)，與微丸屬于柔性接觸，對微丸不造成任何損壞，故特別適合于緩釋制劑微丸的充填。在工作過程中，計(jì)量管口多余的微丸可通過吹氣的方式清除，保證計(jì)量的精確。

2.2.1.2 插板方式

插板方式可以配備相應(yīng)規(guī)格的計(jì)量部件和模具底板，由此可對各種型號的硬膠囊進(jìn)行微丸充填灌裝（微丸的直徑要求在0.8～1.2mm）。物料的計(jì)量可調(diào)，劑量準(zhǔn)確，操作方便，安全可靠。

此種裝置的核心計(jì)量板裝置是由劑量叉、撥叉、移動板組成。其具體的工作原理如圖5所示。

圖5 插板式裝置的工作原理

板與托板連在一起（板與托板連在一起的機(jī)構(gòu)叫移動板）左右移動，撥叉固定不動，通過移動板的左右周期性擺動實(shí)現(xiàn)微丸充填。其機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是，板上開孔位置與托板開孔位置相互錯(cuò)開，當(dāng)板與托板同時(shí)移動時(shí)，板上開孔與撥叉相通，物料落到撥叉內(nèi)，此時(shí)托板上的開孔是與撥叉錯(cuò)開的，物料在一定時(shí)間內(nèi)可以充滿撥叉內(nèi)部。當(dāng)移動板再繼續(xù)移動時(shí)，板的開孔與撥叉錯(cuò)開了，此時(shí)底部的托板開孔是與撥叉相通的，撥叉內(nèi)物料可以完全落到空膠囊內(nèi)部。

劑量叉與撥叉組合如圖6所示，劑量叉與撥叉組合形成的體積是用來控制充填的微丸的，由于劑量叉可以前后移動，從而改變內(nèi)容物的體積，達(dá)到調(diào)整裝量的目的。

圖6 劑量叉與撥叉組合

這種機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于裝量可以調(diào)整，解決由于物料批次不同造成密度差異大的問題。缺點(diǎn)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性差，長時(shí)間使用后，機(jī)構(gòu)慣性大，容易造成裝量不穩(wěn)。

2.2.2 長條狀顆粒灌裝充填

本公司自主設(shè)計(jì)的傳動裝置（圖7），配備特殊的銅盤、密封擋片及傳動機(jī)構(gòu)，可對各種型號的硬膠囊進(jìn)行物料的充填。對同一密度的物料其藥量由計(jì)量盤的厚度來決定，劑量準(zhǔn)確，操作方便，安全可靠。

圖7 傳動裝置

如圖7所示，動力右主軸傳給凸輪，凸輪帶動擺臂往復(fù)運(yùn)動，擺臂帶動擋片打開或關(guān)閉下料通道實(shí)現(xiàn)顆粒的灌裝。

傳動裝置結(jié)構(gòu)的計(jì)量原理：物料重量是依靠計(jì)量盤孔的體積來控制，通過改變計(jì)量盤的厚度可以實(shí)現(xiàn)不同的重量充填要求；在計(jì)量盤轉(zhuǎn)動過程中，顆粒通過自重流入計(jì)量盤孔中，擋片和銅盤共同形成一個(gè)靜止不動的環(huán)狀密封體，當(dāng)下模塊和計(jì)量盤都運(yùn)動到指定位置靜止不動時(shí)，下模塊孔和計(jì)量盤孔完全對正，此時(shí)擋片在傳動機(jī)構(gòu)作用下打開，使計(jì)量盤孔內(nèi)的顆粒流入對應(yīng)的下模塊孔中，在計(jì)量盤轉(zhuǎn)動前，擋片回到初始位置，又和銅盤共同形成一個(gè)靜止不動的環(huán)狀密封體，完成整個(gè)充填過程；在整個(gè)充填過程中，計(jì)量盤孔和模塊孔沒有任何交叉，所以各孔間就不存在混填現(xiàn)象，能夠保證各孔間重量一致；由于填充不存在外力擠壓，而是靠顆粒在計(jì)量盤5次間歇轉(zhuǎn)動過程中的自重流入孔中，故不存在顆粒被大量破壞的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

從機(jī)械原理角度以及顆粒包裝機(jī)和硬膠囊充填機(jī)對顆粒的適應(yīng)性來看，這2種設(shè)備在顆粒劑灌裝計(jì)量中有一定的互補(bǔ)性，在顆粒包裝中如出現(xiàn)顆粒細(xì)小、物料混合（顆?；烊敕垠w）情況，不妨嘗試硬膠囊充填機(jī)的插板式灌裝結(jié)構(gòu)，在開合的過程中避免了擺動時(shí)計(jì)量的偏差及其物料的分層；在硬膠囊充填中如出現(xiàn)物料流動性差，不妨采用螺桿進(jìn)料，使得物料得到充分的攪拌。由此可以看出，如將兩者的顆粒灌裝技術(shù)進(jìn)行必要的結(jié)合，定會對制藥裝備產(chǎn)生一定的推動作用，并能為廣大的制藥企業(yè)提供良好的制劑計(jì)量解決方案。

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