藥品顆粒數(shù)粒技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

1、藥品包裝技術(shù)的發(fā)展概況

全球經(jīng)濟的發(fā)展帶來生活水平的提高，使作為人類生存和健康保障的醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)越來越受到政府及企業(yè)的重視，整個醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)也成為21世紀最富增長潛力的產(chǎn)業(yè)之一而快速增長。

醫(yī)藥行業(yè)的快速發(fā)展，離不開大量技術(shù)性能先進、質(zhì)量穩(wěn)定的制藥裝備。根據(jù)完成的生產(chǎn)工藝任務(wù)，可以將制藥裝備概括地分為兩類：制藥設(shè)備和包裝設(shè)備。

就藥品包裝設(shè)備而言，根據(jù)藥品形態(tài)、包裝方式、包裝物形態(tài)的組合不同，而有完成相應(yīng)包裝工藝的設(shè)備。藥品形狀大多數(shù)是固體，固體藥品主要有顆粒劑、眾多的片劑、丸劑等，顆粒劑藥物在所有藥品形態(tài)中占相當大的比例。目前顆粒劑藥品主要的包裝方式有三種：瓶裝、袋裝和泡罩包裝。隨著PET塑料瓶迅速取代玻璃瓶，藥瓶的安全性得到進一步提高，顆粒瓶裝市場的呈穩(wěn)定增長之勢。

藥品裝瓶采用計數(shù)和稱重兩種方式。數(shù)粒式顆粒包裝可保證患者安全、方便用藥，市場前景廣闊，因而得到廣泛的采用。隨著藥品成型設(shè)備性能的提高，藥品成品顆粒重量及尺寸偏差大為降低，藥品數(shù)粒包裝占整個顆粒包裝市場80％以上的市場份額。

2、數(shù)粒技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

按照工作原理的不同，數(shù)粒技術(shù)可分為三代，即第一代的機械數(shù)粒，第二代的光電數(shù)粒和第三代的靜電場式數(shù)粒。其中第三代靜電場數(shù)粒技術(shù)在國外仍處于研發(fā)階段，技術(shù)的成熟度和穩(wěn)定性有待觀察，因此國內(nèi)使用的數(shù)粒技術(shù)以第一代和第二代為主，其中采用第二代光電式數(shù)粒技術(shù)大型制藥企業(yè)越來越多。

第一代機械式數(shù)粒技術(shù)根據(jù)機械模板的形式、整機工作原理不同，又可分為轉(zhuǎn)盤式、履帶（條板）式兩大類。機械式數(shù)粒的工作原理，是在各種材料（以不銹鋼和各種塑料居多）上預(yù)制一定數(shù)量、大小的孔槽形成模板，藥品顆粒逐一填充進模板上孔槽中，進行藥品顆粒數(shù)粒，數(shù)粒完成的藥品通過漏斗裝瓶。

【1】目前先進的機械式數(shù)粒機，數(shù)粒速度可達到200瓶/分鐘，并且可通過一些在線的檢測方法將數(shù)粒的精度提高到99％以上。由于機械數(shù)粒技術(shù)原理的局限，因此愈來愈不適應(yīng)現(xiàn)代多品種、小批量的藥品生產(chǎn)模式而被更先進的數(shù)粒技術(shù)所取代。

第二代光電數(shù)粒技術(shù)上世紀70年代末首先在歐美等發(fā)達國家應(yīng)用，技術(shù)核心之一是安裝有一對發(fā)射、接收紅外線傳感器的數(shù)粒檢測通道，當顆粒通過檢測通道時，發(fā)射傳感器發(fā)射的紅外線被遮擋，接收傳感器即可檢測到接收紅外線信號的脈沖變化。變化的脈沖通過一般是儲存于可編程控制器（PLC）內(nèi)的應(yīng)用程序和模型，通過特定算法對脈沖信號識別、判斷，確定通過顆粒的特性，即可完成一次合格藥品或次品的計數(shù)。

【2】光電數(shù)粒技術(shù)經(jīng)過20余年的發(fā)展，在歐美等發(fā)達地區(qū)的制藥企業(yè)得到了廣泛的使用。目前先進的光電檢測技術(shù)，一個單獨的檢測通道可在500粒/分鐘速度下檢測2.5毫米的細小顆粒，準確率不低于99.95％。提高光電數(shù)粒技術(shù)速度的方法主要是通過增加顆粒檢測通道的數(shù)量來實現(xiàn)，振盤式的數(shù)粒機設(shè)計通過增加振盤的軌道，而轉(zhuǎn)盤式光電數(shù)粒機則增加轉(zhuǎn)盤的光電數(shù)粒頭的數(shù)目。

目前國際上生產(chǎn)數(shù)粒機有美國的DT包裝集團、荷蘭CREMER公司、瑞士ROMACO公司三家居于領(lǐng)先地位的藥品光電數(shù)粒設(shè)備的供應(yīng)商，廣泛應(yīng)用于全球頂級的制藥及保健品的包裝生產(chǎn)線，在全球大部分地區(qū)的市場采用率達90%以上，除以上外，還有眾多設(shè)備及技術(shù)的提供者，但無論從技術(shù)水平還是市場占有率來看，在全球市場與以上三家公司還有較大差距。我國制藥企業(yè)，只有少數(shù)由跨國公司投資的大型制藥企業(yè)引進了少量的進口光電數(shù)粒設(shè)備，國內(nèi)的眾多制藥企業(yè)以使用機械式數(shù)粒機為主。制藥企業(yè)GMP認證促使國內(nèi)大批制藥企業(yè)紛紛采用先進的藥品包裝設(shè)備，以琺瑪珈（廣州）包裝設(shè)備有限公司為代表的一批包裝設(shè)備制造商紛紛開發(fā)光電數(shù)粒技術(shù)，可提供光電數(shù)粒設(shè)備的公司包括琺瑪珈（廣州）包裝設(shè)備有限公司、江蘇激光研究所、黑龍江迪爾、北京精工翰林等10多家企業(yè)。相對于進口先進的藥品包裝設(shè)備，國產(chǎn)的設(shè)備在運行速度、精確度、穩(wěn)定性等方面都有相當大的差距，在高速、高準確度生產(chǎn)條件下使用還有待進一步的技術(shù)完善。

3、光電式數(shù)粒的關(guān)鍵技術(shù)

要實現(xiàn)藥品顆粒的高速高精度數(shù)粒裝瓶，需要掌握三個關(guān)鍵技術(shù)：藥品輸送、光電檢測計數(shù)和藥品裝瓶，其中光電檢測計數(shù)是核心技術(shù)。

3.1藥品輸送技術(shù)

藥品顆粒輸送的方式主要有兩種：機械式轉(zhuǎn)動輸送和振盤振動輸送。轉(zhuǎn)動式輸送方式首先將顆粒從料斗中輸送到一個轉(zhuǎn)盤中，藥粒在轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動過程中均勻分布。振動式輸送方式主要依靠高頻振蕩器帶動振盤、振篩振動，強制分配藥粒的分配及移動，完成顆粒輸送。兩種顆粒輸送方式各有優(yōu)缺點。轉(zhuǎn)動式顆粒輸送方式可實現(xiàn)快速、大量完成顆粒的強制分配、輸送，保證數(shù)粒和裝瓶的速度；缺點是強制分配及輸送刮板、篩動機構(gòu)會破壞被輸送的藥粒，形成碎粒和粉塵，使包裝的不合格品增多，同時也會降低數(shù)粒和瓶裝的速度。振動式輸送方式的優(yōu)點是分配及輸送藥粒均勻，由于沒有強制機構(gòu)帶來對藥粒的摩擦、擠壓，降低了碎粒和粉塵出現(xiàn)的可能，提高了產(chǎn)品的合格率，通過調(diào)整振動的頻率及振幅，可方便調(diào)整藥品輸送的速度；缺點是輸送速度的增加受到限制，需要增加振盤的面積來提高輸送速度。

3.2檢測計數(shù)技術(shù)

光電式檢測計數(shù)技術(shù)是現(xiàn)階段得到廣泛使用的最新的檢測計數(shù)技術(shù)。光電式檢測計數(shù)技術(shù)主要是依靠紅外線傳感器發(fā)射出的光線檢測在檢測通道中自由下落的藥粒，接收傳感器接收到的紅外線信號由于藥粒的遮擋、下落過程引起的遮擋時間長短而發(fā)生變化，檢測計數(shù)CPU通過對脈沖信號變化的計算，判斷通過的藥粒是合格品、不合格品并進行計數(shù)和記錄。光電式檢測計數(shù)技術(shù)的最大優(yōu)點是可檢測各種形狀、尺寸大小和規(guī)格的藥品顆粒，并可通過參數(shù)設(shè)定確定合格品及不合格品的參數(shù)范圍，保證計數(shù)完成的藥品的合格率和準確率。

【4】同時這種檢測計數(shù)操作簡便，裝瓶量調(diào)整方便快捷，提高了品種更換的效率。在完成計數(shù)主功能的同時，可以設(shè)置多層次、多位置的檢測點，提高藥品包裝的合格率。

3.3裝瓶技術(shù)

達到設(shè)定計數(shù)量的一組藥粒，可通過機械方式、機械電氣方式進行成組后裝入瓶中。機械電氣方式由于動作穩(wěn)定、準確、容易實現(xiàn)自動控制而成為普遍采用的執(zhí)行方式。裝瓶技術(shù)主要解決兩個關(guān)鍵問題，一個是裝量控制，另外一個是藥瓶控制。裝量控制主要是在檢測計數(shù)達到設(shè)定的裝瓶量時，執(zhí)行元件需快速準確地進行分組，保證裝入瓶中的藥粒數(shù)量就是檢測計數(shù)控制單元發(fā)出指令時的數(shù)量。藥瓶控制就是要控制藥瓶在未裝藥、裝藥過程中以及裝藥完成后按照控制指令準確、快速地移動輸送，準確到達指定位置。

3.4系統(tǒng)集成

光電數(shù)粒三項獨立的關(guān)鍵技術(shù)——藥品輸送、檢測計數(shù)和裝瓶——需要進行系統(tǒng)集成，形成穩(wěn)定、可靠的產(chǎn)品，以適應(yīng)藥品生產(chǎn)企業(yè)包裝生產(chǎn)的要求。當今包裝設(shè)備的設(shè)計，普遍采用PLC和觸摸式平板電腦作為自動控制元件，在此基礎(chǔ)上采用其它自動控制技術(shù)、氣動及檢測技術(shù)，完成整機的設(shè)計生產(chǎn)。目前國內(nèi)使用的光電式數(shù)粒機以12或24軌振盤式設(shè)備為主，技術(shù)先進的設(shè)備，其檢測顆粒的直徑范圍為3～23毫米，在100粒/瓶的包裝條件下，可完成120瓶/分鐘、99.9％以上的包裝精度要求。

4、數(shù)粒技術(shù)的發(fā)展趨勢

無論是機械數(shù)粒技術(shù)，還是光電數(shù)粒技術(shù)，一般都能夠滿足藥品生產(chǎn)企業(yè)進行藥品包裝的要求。隨著眾多先進技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)有的光電數(shù)粒技術(shù)存在著主要缺陷，需要盡快突破，以滿足制藥行業(yè)生產(chǎn)的需要。

首先是小尺寸顆粒的識別和檢測問題。目前最成熟的技術(shù)也只能有限檢測識別直徑大于2.5mm的顆粒，小于此尺寸運動著的顆粒往往不能準確、有效識別。

其次是三維檢測問題。光電數(shù)粒機采用一組光電傳感器，加上顆粒的運動，可完成兩維物體的識別檢測。但是一組光電傳感器無法識別三維的顆粒缺陷，對重疊、顆粒上的細小破碎無法識別，易造成不合格品的誤檢。

第三是碎片的剔除?，F(xiàn)有的數(shù)粒技術(shù)，無論是機械式還是光電式，不合格品的剔除都是在裝瓶后的整瓶剔除，如何將識別出來的單個不合格品顆粒剔除，是目前制藥企業(yè)最迫切的要求。

第四是除建立在顆粒的外觀的基礎(chǔ)上的外形尺寸外其它要素的檢測和識別。如何識別單個顆粒重量、顆粒變形、內(nèi)含金屬或其它物質(zhì)、表面缺陷等不合格要素，需要開發(fā)新的識別檢測技術(shù)。

利用靜電場技術(shù)可實現(xiàn)對上述各要素的處理，以及對藥品沾附金屬顆粒、膠囊未充填而引起重量變化、膠囊變形等，理論上都可以以場的概念建立相應(yīng)的模型予以檢測識別。但是從國外樣機試制的情況看，靜電場數(shù)粒技術(shù)還有待完善，距離成熟應(yīng)用還有一段時間。最后，消除顆粒數(shù)粒過程中產(chǎn)生的粉塵影響以提高數(shù)粒精度和速度，對中藥丸振動輸送過程中產(chǎn)生的靜電對光電傳感器的干擾而影響數(shù)粒的精度等的技術(shù)難題的攻克，在國內(nèi)制藥企業(yè)的生產(chǎn)實踐中顯得尤為重要。

5、數(shù)粒技術(shù)的應(yīng)用

相對于其它商品，藥品由于生產(chǎn)量大、價值較高，對數(shù)粒技術(shù)的需求比較旺盛。目前制藥行業(yè)應(yīng)用的典型的自動化藥品數(shù)粒瓶裝線一般由理瓶機、數(shù)粒機、塞棉機、塞紙機、干燥機投入機、旋蓋機、封口機、貼標機、裝盒機、輸送線以及各種在線檢測設(shè)備組成，以各種規(guī)格的數(shù)粒機為關(guān)鍵或核心設(shè)備而得到廣泛使用。使用較多的是可每分鐘生產(chǎn)120瓶（以100粒/瓶計，下同）的24軌和60瓶的12軌數(shù)粒機，另外還有客戶個性化需求的定制產(chǎn)品，如完成小裝量（10粒/瓶）的8軌數(shù)粒機，生產(chǎn)速度可達160瓶/分鐘的大裝量32軌數(shù)粒機等。

除了瓶裝藥品外，大量藥品采用塑料袋包裝，采用塑料袋包裝更多的是糖果類等食品、五金制品、電子元器件（如電容、電阻）、農(nóng)業(yè)類的種子及其他輕工類的粒狀物品等。將核心的光電數(shù)粒技術(shù)與塑料袋立式包裝相結(jié)合，是向此類行業(yè)推廣光電數(shù)粒包裝技術(shù)的有效途徑。

來源：制藥工程工藝之窗

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