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聊聊粉末制粒和包衣(一)
無論是醫藥,食品,新能源材料,陶瓷和化工,都是從原料至成品的過程,可以視為“API->制劑”的路徑。然而,因為不同領域的特殊性,原料至成品采用的工藝并沒有做到融會貫通。當接觸行業和應用比較多后,琢磨琢磨,發現相似之處頗多。如果借鑒其他行業的工藝手段,沒準會起到非常好的效果。
包埋,是個很有意思的話題。
在制藥行業,片劑包衣是最常見的包埋了。緩控釋制劑常用的微丸包衣,即空白丸芯先后包載藥層、隔離層和腸溶層,也是很典型的應用。近兩年,開辟兒童藥物和適用于吞咽困難群體的細粒劑型的賽道也比較火熱。當制劑卷的不要不要的時候,也有些公司從源頭卷起,通過固體分散體或者包埋對API改性了,提高原料的流動性和溶出,便于后續制劑生產和提高生物利用度等。在上述應用過程中,被包埋物從大到小轉變,需要使用不同的工藝設備來實現。片劑用包衣機,微丸/顆粒用流化床,而到了粉末這個級別是特別有挑戰性的。
微米級粉末范圍是1-100um, 可謂是越小約難包埋,非常難以實現包埋;對于固體分散體,我們可以認為是對分子形態API的包埋。統一一下,我們稱被包裹的材料為芯材,包裹材料為壁材。對于壁材,也有行業會稱之為保護劑,比如凍干保護劑,噴干保護劑——益生菌行業習慣這么說。毋庸置疑,一層一層的包上去獲得的產品,是包埋。如果芯材和壁材混合之后,通過某種手段,一步到位的使壁材都包裹在芯材外面,這對于生產效率是好的。
各行各業都做了很多嘗試,可以分為濕法包埋和干法包埋。濕法,顧名思義引入水或溶劑,將芯材和壁材做成溶液/混懸液/或者乳液,然后將水和溶劑去除,進而獲得期望的包埋效果。
先說凍干法,壁材和芯材形成均一體系是獲得理想“包埋”的前提。之所以打引號,是因為凍干后的物料需要粉碎,而有些芯材成分難以避免的會出現粉碎后的顆粒界面,裸露在外。對于噴霧干燥,噴出來的顆粒表面也有可能會存在芯材(在油脂包埋的時候,會測試表面油,以此來評估包埋效果)。
凍干和噴干,我們可以認為獲得的是固體分散體系,即芯材和壁材固體間你中有我,我中有你。壁材表示我已經盡可能去保護你了,但是界面上出墻的紅杏,我實在是照顧不到了。為了實現的包埋,可以通過以下思路進行優化,即二次包埋。
二次包埋之前,我們需要區分下制粒和包埋。制粒的過程,是將細小的粉末通過粘結劑變成大的粒子。粘結劑往往以霧化液滴的形式噴射在粉末表面的,液滴的粒徑因為霧化機制不同,可能在20-50um或者更大。當粉末粒徑遠小于液滴大小時,粉末就會粘在液滴表面,液滴起到橋接作用,液滴干燥后,粉末聚集成更大的顆粒。當液滴遠小于顆粒粒徑時,就反過來了,這樣子就是包衣(包埋)了。如果粉末和液滴粒徑相近,這也是個制粒的過程。當底物粒徑變大了,后續包衣就手到擒來了。
粘結劑和包埋材料可以是一種或者多種材料,以便起到不同的功效。
通過制粒過程,單個顆粒中芯材和壁材呈現固體分散形式;再追加一步,將更多的壁材包在前端步驟獲得的粒子表面,挨著墻體再筑墻(把墻體加寬),保險起見,還可以多筑幾道墻,紅杏就出不來了。
在學習顆粒包衣相關內容時,大部分產品都是經過制取顆粒和包衣兩個步驟,也可以采用流化床一鍋法來實現制粒和包衣,如上述益生菌產品就是采用一鍋法生產的。
參考:US 11,039,637
對于其他行業,典型的新能源材料,正在熱火的固態電池研究領域。融會貫通一下:
1.固態電解質改性的包覆
為了增加流動性、穩定性等,由于顆粒小,也可以使用包覆材料完成粘結制粒和包覆;
2.正負極材料的包覆
將電解質,包覆材料和正負極材料體系混合,使用包覆材料完成粘結制粒和包覆。
當前新能源材料行業生產上用的濕法包覆(或制粒)一般是采用噴霧干燥設備和濕法高剪切制粒機,這取決于壁材的多少。當壁材量相對較大,通過引入溶劑配置成混懸液,采取噴霧干燥相對適宜。考慮到溶劑類型和產品易氧化,氮氣環境是需要的。出于對EHS的考量,設備都會設計成閉式循環的。如果壁材較少,和制藥行業的濕法制粒一樣,可以將壁材稀釋在水或有機溶劑中,在高剪切制粒機中完成混合、噴霧加液,實現制粒和包覆。不推薦流化床的原因是,新能源材料都是金屬或者無機材料,密度普遍偏大,初始物料粉體細,不利于流化。
介紹完濕法,再聊下干法。干法的包覆好處很多,不使用水或溶劑,生產效率高。但不適用于包覆材料占比少的情況。
制藥行業的干法一般是通過加熱融化蠟類、硬脂酸、高分子材料等材料進行制粒或者包覆,根據包覆材料和API的特性,選擇高剪切分散包覆及或噴霧冷凝、熱熔擠出等手段實現,依然需要關注是不是有紅杏出墻(熱熔擠出后續的粉碎工藝難以避免)。另外,通過機械能包覆的文獻也不少。
對于新能源行業,干法包覆可以通過高剪切完成混合和包覆,或者采用噴霧冷凝的形式。有時候不希望引入起到粘結的介質,希望粉體壁材直接包埋到另外一種材料顆粒表面,而且需要達到Order mixing and coating的效果,那就需要一些特別的設備,通過機械能破壞壁材粉末的團聚,使之包覆在大顆粒表面。
最近在研究粉末制粒/包衣,歡迎朋友們來擾,一起頭腦風暴,共同進步。
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