超微粉体与粉碎技术在中药领域的研究进展
发布时间:2022-09-13 20:53:49 来源:万博官网登录 作者:万博手机网站登陆

  在医药产品中固体药物制剂约占70%~80%,含有固体药物的剂型有散剂、颗粒剂、胶囊剂、片剂、粉针、混悬剂等。涉及的单元操作有粉碎、分级、混合、制粒、干燥、压片、包装、输送、贮存等。多数固体制剂在制备过程中需要进行粒子加工以改善粉体性质,从而满足产品质量和粉体操作的需求。粉体技术在药物制剂中的应用起步较晚,使制剂过程中的粉体操作带有一定的盲目性和经验化,随着现代科学的发展和GMP 规范化的广泛实施,粉体的理论和处理方法不断地被引入固体物料的各种单元操作中,使固体药物制剂的研究、开发和生产从盲目性和经验模式走上量化控制的科学化、现代化轨道,引起了药学工作者的广泛兴趣和重视。1983 年日本国成立了粉体工程学会的下设组织“制剂与粒子设计部会”。1986 年,英国材料处理委员提出“无视技术和经济重要性的科学家和工程师才不接受粉体技术的教育”。我国于1991 年8 月在原国家医药管理局科教司的支持下,在沈阳药学院举办了首届“粉体工程及其在固体制剂中的应用”研讨会,目的是在国内普及粉体工程的最基本的理论和试验方法,学习交流粉体工程在固体制剂中应用的经验和体会,使与会的工程技术人员、科技人员认识到粉体技术在固体制剂中的重要作用。

  1、粉体的基本概念和性质1.1 粉体的基本概念粉体是指无数个固体粒子的集合体,粉体学是研究粉体的基本性质及其应用的科学。粒子是粉体运动的最小单元,通常所说的“粉”、“粒”都属于粉体的范畴,通常将≤100 μm 的粒子叫”,100 μm 的粒子叫“粒”。组成粉体的单元粒子可能是单体的结晶,称为一级粒子;也可能是多个单体粒子聚结在一起的粒子,称为二级粒子。在制药行业中,常用的粒子大小范围为从药物原料粉的1 μm 到片剂的10 mm。1.2 粉体的性质物态有3 种,即固体、液体、气体。液体与气体具有流动性,而固体没有流动性;但把固体粉碎成颗粒的聚集体之后则具有与液体相类似的流动性,具有与气体相类似的压缩性,也具有固体的抗形变能力,所以有人把粉体列为“第四种物态”来进行研究。粉体的基本性质有:粒度及粒度分布、粒子的形态、比表面积、空隙率与密度、流动性与充填性、吸湿性等。在粉体的处理过程中,第2 期 崔福德等: 粉体技术在制药工业中的应用即使是单一物质,如果组成粉体的各个单元粒子的形状、大小、粘附性等不同,粉体整体的性质将产生很大的差异。因此很难将粉体的各种性质如气体、液体那样用数学模式来描述或定义。但是粉体技术也能为固体制剂的处方设计、生产过程以及质量控制等诸方面提供重要的理论依据和试验方法。根据研究思路和角度有所不同,对于超微粉碎的表述也不尽相同,如中药超微粉、中药超微饮片、中药超细粉体等。虽然中药的种类众多,但其有效物质主要分布在细胞中,常规的粉碎方式仅能破坏细胞间质,有效成分不能充分溶出,采用超微粉碎技术可以实现中药材的微粉化,从而达到细胞水平的粉碎。根据粉碎程度不同,所得粉体的名称也略有不同,如有些中药材经超微粉碎后得到粒径大于1 μm的粉体,这种中药粉体常被称为中药微粉,反之常被称为中药超微粉。根据中药超微粉碎的研究进展,虽然研究者们对于中药超微粉碎的定义各有所见,但大体一致,认为中药超微粉碎更倾向于细胞级别的粉碎程度,且认为粒径控制在75 μm以下的中药粉体都可以被称为超微粉体。相信随着中药超微粉碎相关研究工作的不断深入,人们对中药超微粉碎的认知将会更加清晰。中药材经过超微粉碎后,不仅颗粒大小变得更加均匀,而且比表面积也会增大。研究表明,中药材经过超微粉碎后,粉体的粒径分布会随着粒径的减小而变窄,相对于粉体粒径而言,分布区域越窄,会与颗粒的实际理化性质更加接近。中药材通过超微粉碎后,能使其原药材的中心粒径变得更小,为常规粉碎的粉体粒径的三分之一,对于一般的药材来说,在此粒度的细胞破壁率大于95%。一旦中药材的细胞破壁率达到一定程度后,其药材中所含有的成分将充分地暴露出来,其中化学成分的溶出速度和溶出量都会得到极大提高。经过超微粉碎的中药材粉体在显微镜下进行观察,可以发现仅有较少量的完整细胞存在。中药超微粉碎技术不仅可以应用于单味药的粉碎,也可以对中药复方和提取物进行粉碎,达到微粉化状态[16],超微粉碎技术可以改善中药材的品质,使中药材的利用更加充分,从而减少了中药材资源的浪费。2、中药超微粉碎的设备及其工作原理

  根据破坏物料分子间内聚力方式的不同,众金超微粉碎设备主要有机械粉碎机、气流磨。 2.1 机械粉碎机

  机械粉碎机由进料装置输送至主机粉碎腔,物料与高速回转器件及颗粒之间互相冲击、碰撞、磨擦、剪切、挤压而实现粉碎。粉碎后的物料通过分级轮实现粗细粉的分离,粗粉流入粉碎腔再次粉磨,净化的气体由引风机排出。该设备粒度可在75-5微米之间任意调节,且具有以下特点:

  1、低能耗:集离心粉碎、冲击粉碎、挤压粉碎于一身,比其它类机械粉碎机节能高达40~50%。

  3、入料范围大:入料粒度≤50mm,物料仅需经一级粗破设备。 4、低磨损:粉碎部分易损件采用复合耐磨新材料,使用寿命长,加工莫氏硬度≤5的物料时无污染。 5、机械稳定性强:可长期24小时不停机生产。 6、功能全: 可粉碎针状物料,做到成品长径比15:1; 粉碎过程无温升,适合于热敏性材料的粉碎; 可对烧结团聚超细物料进行打散作业,粒度恢复率达100%; 具有颗粒整形功能,有效提高堆积密度。 可粉碎纤维组织的材料; 可粉碎水分含量高的物料,具有烘干功能; 可粉碎粘性强的物料。

  7、负压生产,无粉尘污染,环境优良。 8、自动化程度高,稳定性强,操作简便。

  9、整个系统采用自动化控制,可实现一键式启停,操作简单方便与中控联接可实现远程控制。

  气流式粉碎机也被称为气流磨,ZJ系列流化床气流粉碎机是利用多个相对布置的喷嘴形成高速气流,再利用高速气流将物料加速至超音速使其在喷嘴的交汇处互相碰撞,达到超细粉碎的目的。被粉碎物料随上升气流进入分级机分级室,由于分级转子高速旋转,粒子既受到分级转子产生的离心力,又受到气流粘性作用产生的向心力,当粒子受到的离心力大于向心力,即分级粒径以上的粗粒子返回粉碎室继续冲击粉碎,细粒子随气流进旋风分离器、捕集器收集,气体由引风机排出。

  ZJ系列流化床气流粉碎机是传统流化床式气流粉碎机、对喷式气流粉碎机、水平式气流粉碎机及其它类型气流粉碎机的更新换代产品,设备主要由粉碎主机、高精涡流分级机、旋风收集器、布袋除尘器、空气压缩机等组成;喷流能的充分利用是该机的最大特点。其粉碎粒度可达纳米级,且粒度可控可调,是中药材破壁的首选设备。l 绿色环保:低温无介质粉碎,保证了产品的高纯度和物理特性。设备在负压状态下运行无粉尘污染。

  l 高效率:喷流能的充分利用,比传统气流磨粉碎机提高30%的粉碎效率,分级精度更高。

  l 设备磨损小:“流化床+立式分级机”的结构可以高纯、超窄地加工超微粉体,避免了“流化床+卧式分级机”分级部分的磨损,在相同材质下设备易损件使用寿命是国际同类产品的20倍。

  l 产量高:生产粒度分布窄的产品时,成品率比传统对喷式、流化床式气流粉碎机提高1倍以上。

  l 多用途:一机多用,可作为粉碎机也可作为分级机使用。粉碎粒度范围广,产品粒径可在0.2-200um范围内任意调节。

  l 智能化:设备可以实现全部自动控制,操作简单,运行稳定,生产环境优良。

  l 设计合理:设备结构紧凑,粉碎主机内无存料、无死角、易于拆洗、消毒、更换粉碎物料品种方便。3、中药超微粉碎的优势3.1 有利于提高成分的溶出中药中有效成分是其治疗疾病的物质基础,因此,提高中药材中有效成分的提取率至关重要。中药材通过普通粉碎并不能达到破碎细胞膜的效果,导致药材中有效成分的溶出量较低,导致许多活性成分滞留于药材的细胞中不能被充分地利用,极大地浪费了中药材资源。超微粉碎技术能达到细胞级别的粉碎程度,从而使药材中的活性成分充分暴露,显著提高了药材中有效成分的溶出率和溶出速度。中药材经过超微粉碎后,其粒度更加细微、粒径分布更加均匀,同时,超微粉具有较强的表面吸附性和亲和性,间接地提高了药材中活性成分在人体中的释放速率。郭学东[27-28]通过对山茱萸与红参进行超微粉碎和普通粉碎比较的研究表明,超微粉碎可以显著提高药材的提取率。3.2 粉末均匀,成型性好,改善了顺应性经过超微粉碎后的中药材粉体粒度均一,不仅能改善制剂表面的均匀性,提升崩解性能,还可将其超微粉体制备成速溶颗粒,经过超微粉碎的粉体因其纤维超细,工艺成型中无需添加辅料即可制成颗粒,临床应用口感好,顺应性强,且崩解速率相对于普通药粉快、溶解分散性好。3.3 可控性强,适用范围广可根据中药材自身性质的不同来选择适宜的温度进行超微粉碎,对于含有芳香类成分的药材,可选择在低温状态下进行超微粉碎,粉碎时间短,可最大程度保留药材中所含有的有效物质。超微粉碎也可以用于含有糖、油类成分的药材,质地坚硬的贝壳类、骨类和矿物类药材,高纤维性、高硬度类的中药材也均适用。同时,超微粉碎不仅可用于干法粉碎,也可用于湿法粉碎,应用范围十分广泛。3.4 节约物料,可持续化利用药材采用传统粉碎的方法很难达到较高的提取率和溶出率,经过超微粉碎的中药材,如川芎和当归等药材均可以显著提高药物成分的提取率,根据药材性质和超微粉碎程度的不同,超微粉碎可以节约药材30%~70%[32],显著减少患者的服药量,节约了原料。同时,经过超微粉碎的中药材粉末,一般无需进行煎煮和浸提等操作,可直接应用于制剂生产,在很大程度上减少了药材中活性成分的损失,提高了药材的利用率,不仅减少了生产的操作环节,还可有效降低生产成本,提高其生产率。3.5 增加药物有效成分的均一性由于复方中药是由多味中药组成的,当其细胞壁经超微粉碎破壁后,所含的水分和油分均会暴露,粉体的微粒表面呈现半湿润的状态,粒子与粒子之间形成微粒,使每个粒子团包裹等量的中药成分[33]。这种粒子结构使中药材内各类有效成分的分布更加均匀,从而机体可均匀地吸收各种成分,使治疗效果更加稳定可控。3.6 增加药物的吸收,提高生物利用率超微粉体粒径小,具有较大的比表面积,含超微粉体的制剂一旦崩解,其有效成分将直接显露,胃肠道黏膜与药物的接触面积大,更易被胃肠道黏膜吸附而逐渐吸收,从而极大提高超微粉药物在体内的释放速度和生物利用度。小结:超微粉碎技术在中药领域的研究和应用展望超微粉碎技术在中药领域的应用日益广泛,该技术很大程度上提高了中药材的利用率,改善了中药原料和制剂的粉体学性质,使临床处方的给药形式和制剂选择也变得多种多样,同时也可以使中药企业积极开展常规粉体类中药散剂、丸剂等剂型的技术升级,提升现有制剂品质。同时,基于超微粉碎技术制备的超微粉体带来的制剂学缺陷,应通过扎实的基础研究进行技术攻关予以解决,通过加强技术的适用性研究,积极拓展超微粉碎技术的应用范围。相信随着相关学科的不断发展,研究方法和评价手段的不断更新,该技术必将不断完善,为中医药现代化发挥更大的作用。

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