影响无菌粉气流分装精度的因素
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2024-05-29 09:04 作者:   王胜怿
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之前在《无菌粉针分装机简述》中提到注射用无菌粉末（sterile powder for injection）分装原理主要分为螺杆和气流分装两种。其中，气流形式的分装机向西林瓶内分装的产品量等于分装盘disc上活塞腔内的粉末质量，当活塞腔体的容积体积在设定后为固定值，那么实际分装的精度将会受其它变量所影响。上世纪90年代，伦敦大学的Tim Beard教授做过相关研究。

1. 粉柱密度

分装精度离不开粉末密度的稳定性。分装盘活塞在取粉时，依靠真空为动力，所以最容易想到的是真空度越高，粉柱受到的力越大，导致其密度越大，同时不同活塞舱内的粉柱密度差异也会越小。尤其对于同样孔径的取料活塞腔而言，当其它条件不变时，活塞腔体越深，真空度的大小对粉柱形态维持和密度的影响越明显。当然，真空到一定限度后，其所带来的影响也会衰减。

此外如下面分装机构原理图所示，在与分装盘相接的料仓低位lower有一个叶轮浆paddle，此机构也对粉末进入活塞腔提供辅助动力，其通过推压形式以外力将粉料主动填入活塞腔，为真空吸入提供更为恒定的粉末来源。在假设真空值恒定的条件下，曾有研究表明，增加浆叶速度虽并不能明显带来充填粉柱的密度增加，但浆速对密度平均值的标准差会有一定影响。


相比浆叶速度，在其它条件恒定的情况下，活塞腔吸取粉料的停留时间dwell time对粉柱密度的影响更加显著，这实际很好理解，同时也会预测到，这种影响与真空类似，不会是线性的趋势，其必然有一个临界点，超过这个时间临界点，则粉芯密度不会再有明显变化。

因此，活塞腔内的粉柱密度就需要综合去考虑分析。当取粉停留时间较低时，桨叶速度在确定粉柱密度方面更为重要，但如果能增加停留时间，则有利于增加粉体密度，但超过一定时间限度后，也不会带来额外显著价值。此外如果取粉活塞腔体深度较深，则增加停留时间和桨叶速度也会有助于补偿密度和减少差异。
2.   实际分装体积
在分装盘的活塞腔依靠真空取粉完成后，再由动力气正压将粉柱吹进西林瓶内。当粉末从活塞腔体内吹出时，其向下的力是物料自身的重力和动力气的压力所共同作用的。同时，过程中还存在活塞壁与粉柱外缘的摩擦力，以及粉柱与活塞网mesh的附着力，二者构成反向力。因此动力气在粉柱powder plug尾端积累到足够克服反向力后，才能将粉末分装进西林瓶内。



如果局部无法完全克服反向作用的阻力，那么有可能粉柱出现局部断裂，致使一定粉末的残留residue，这就使实际粉柱分装体积减少。这一方面可能是与粉柱自身抗拉强度tensile strength有关，同时也可能是活塞网结构原因（或活塞网轻微变形，尽管“凹陷”程度很小）导致动力气不能均匀施加到粉柱尾端表面。因此，使用设计和制造工艺优良的活塞网，对克服这个问题也会有所帮助。

当然影响粉末分装的因素还有很多，如粉体属性，无论是从一种药物与另一种药物相比，还是同一药物的不同批次或不同供应来源，粉料所表现的动态特性都可能会存在广泛的差异。因此，从物料、环境和设备原理的各个角度，对无菌粉末分装工艺进行多维度了解和把握，有助于更好实现稳健的生产。


作者：Shengyi
来源：拾西
公众号日期：2024年5月10日