中國(guó)粉體網(wǎng)訊 中藥制藥行業(yè)不僅是我國(guó)健康產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，更是實(shí)現(xiàn)中藥智能制造價(jià)值的主體。由于缺乏明確的量值傳遞規(guī)律和統(tǒng)一的制備工藝標(biāo)準(zhǔn)，中藥固體制劑制備過(guò)程往往涉及多種復(fù)雜的工藝操作和原料配比，造成制造過(guò)程中試錯(cuò)多、成本高、周期長(zhǎng)的缺陷，制約了中藥固體制劑工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。隨著交叉學(xué)科的融合，新技術(shù)的不斷引進(jìn)，中藥制藥過(guò)程的模擬仿真和數(shù)字孿生越來(lái)越受到重視。目前應(yīng)用于中藥領(lǐng)域的數(shù)值模擬方法有：計(jì)算流體力學(xué)、離散元法(DEM)、數(shù)字化模擬等，其中DEM便是一種有效的可對(duì)制藥過(guò)程的多個(gè)單元進(jìn)行模擬的方法，可為推動(dòng)中藥固體制劑走向連續(xù)制造和智能制造提供新的技術(shù)支撐。
DEM概況
DEM是一種用于分析顆粒運(yùn)動(dòng)及其相互作用的方法，在研究顆粒粉末運(yùn)動(dòng)碰撞時(shí)，具有獲取信息全面精準(zhǔn)的特點(diǎn)。與物理實(shí)驗(yàn)相比，DEM可以更詳細(xì)地研究粉末的微觀動(dòng)力學(xué)。一方面，可以使用DEM軟件可視化在粒狀介質(zhì)中形成的微觀動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)，且在計(jì)算過(guò)程中能追蹤到大量顆粒中每一個(gè)顆粒的位置和速度，從而能夠預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中難以準(zhǔn)確測(cè)量的所有顆粒的信息，并能直觀地用圖像顯示，如作用于單個(gè)粒子的軌跡或力；另一方面，它還可以解決在歐拉模型中無(wú)法處理的單個(gè)粒子的尺寸分布。
由于DEM具有預(yù)測(cè)計(jì)算實(shí)驗(yàn)中特細(xì)小顆粒的優(yōu)勢(shì)，它常用于計(jì)算和測(cè)量粉末相互間的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)，與物理實(shí)驗(yàn)相比具有減少試錯(cuò)，降低成本，提高效率的優(yōu)點(diǎn)。在藥物制劑中，粒子間的相互作用力是重要的影響因素。而DEM可運(yùn)用這些作用力參數(shù)研究檢查單個(gè)顆粒、工藝條件或設(shè)備設(shè)計(jì)對(duì)藥品質(zhì)量的影響程度。
DEM在中藥固體制劑中的應(yīng)用
（1）物料的粉碎
粉碎是中藥固體制劑行業(yè)關(guān)鍵操作單元之一，用超微粉碎機(jī)、球磨、液體能磨、塔式磨機(jī)（也稱立式攪拌磨機(jī)）、錐形篩磨、錘磨和攪拌介質(zhì)磨等設(shè)備將藥材或浸膏粉碎到合適的粒度或?qū)⒓?xì)胞破碎，可顯著提高有效成分的提取率和生物利用度，但中藥粉碎過(guò)程的控制是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。結(jié)合DEM的特性，DEM能夠建立各種粉碎設(shè)備中粉碎進(jìn)度的模型，且能很好地應(yīng)用于中藥物料粉碎過(guò)程的預(yù)測(cè)和模擬。
（2）混合過(guò)程
藥物混合的均勻性是評(píng)價(jià)中藥固體制劑質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)藥物的安全性、有效性有重要影響。粉末顆粒混合的主要機(jī)制：擴(kuò)散混合、對(duì)流混合和剪切混合。但是在混合過(guò)程中，藥品的均勻性很容易受到共混過(guò)程中發(fā)生的團(tuán)聚和離析等問(wèn)題的影響，加上中藥混合過(guò)程中復(fù)雜成分的“黑箱”特性，導(dǎo)致粉末混合不均勻或混合均勻后再次脫混或離析將影響下游工藝和最終產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，在目前中藥固體制劑制造過(guò)程中很難立即檢測(cè)到這些問(wèn)題。由于DEM可以得到顆粒碰撞過(guò)程中全面精準(zhǔn)的信息，能闡明不同機(jī)器和參數(shù)工藝下的混合機(jī)制和效果；因此，DEM能夠應(yīng)用于中藥物料的混合過(guò)程模擬。
（3）制粒單元
濕法制粒是制藥工業(yè)中常用于制備固體劑型的制造方法。它提高了細(xì)粉末的流動(dòng)性，減少了粉塵產(chǎn)生。目前市場(chǎng)上中藥配方顆粒質(zhì)量參差不齊，不同廠家的同種配方顆粒，同一廠家的不同批次配方顆粒，其有效成分的含量相差較大。將DEM應(yīng)用于濕法造粒過(guò)程中，有助于預(yù)測(cè)顆粒特性，以及提供對(duì)造粒過(guò)程的深入理解。所以，DEM能在中藥顆粒制粒過(guò)程和終點(diǎn)判斷方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。
（4）片劑包衣
片劑通常需經(jīng)包衣處理，以達(dá)到掩味、防潮、控制藥物釋放等目的，還可利用藥輔合一原理，用有藥效成分的充當(dāng)包衣成分，達(dá)到協(xié)同增效的作用。在包衣的過(guò)程中，片芯的性質(zhì)（形狀、表面形貌等）、包衣液的性質(zhì)（黏度、濃度）和操作條件（進(jìn)風(fēng)溫度、噴霧速度、包衣鍋轉(zhuǎn)速、擋板數(shù)量、尺寸、位置）均會(huì)影響包衣的均勻性。
包衣的好壞與片劑的含量均勻性直接相關(guān)，所以應(yīng)對(duì)片劑包衣進(jìn)行檢測(cè)和控制。DEM采用數(shù)值積分、牛頓運(yùn)動(dòng)方程和歐拉定律模擬離散粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，推導(dǎo)粒子位置和速度等信息，以研究并確定操作條件（擋板的數(shù)量、尺寸和位置、噴嘴幾何形狀和包衣時(shí)間等）對(duì)關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)的影響。因此在中藥片劑包衣中運(yùn)用DEM進(jìn)行模擬可以加深對(duì)包衣過(guò)程的理解，并對(duì)包衣相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)提高包衣效率、改善包衣質(zhì)量的目標(biāo)。
小結(jié)：
DEM作為一種特色明顯、優(yōu)勢(shì)突出的重要數(shù)值模擬方法，不僅能促進(jìn)中藥固體制劑過(guò)程朝著智能化發(fā)展，還能提供難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的制造過(guò)程的具體參數(shù)。其可以應(yīng)用于中藥固體制劑制造的中間環(huán)節(jié)，包括粉碎、混合、制粒、包衣等單元過(guò)程，并能量化中藥制劑制造過(guò)程相關(guān)數(shù)值，探明其過(guò)程機(jī)制，模擬其制造過(guò)程的真實(shí)場(chǎng)景，以達(dá)到減少試驗(yàn)試錯(cuò)、降低中藥固體制劑的研發(fā)成本，縮短生產(chǎn)周期，把被動(dòng)防御轉(zhuǎn)化為主動(dòng)預(yù)防，加快推動(dòng)我國(guó)中藥固體制劑走向智能制造，助力于中藥固體制劑行業(yè)快速發(fā)展。
參考來(lái)源：
王曉川，楊華瑞等.復(fù)合振動(dòng)篩篩分性能的離散元模擬研究
吳一峰，王子千等.離散元法(DEM)在中藥固體制劑制造過(guò)程中的應(yīng)用
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除
