微波技術(shù)在制藥機(jī)械中的應(yīng)用

1、微波技術(shù)在制藥機(jī)械中的應(yīng)用湖北省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院 賓武生 由磁控管發(fā)射的波長(zhǎng)在123mm，頻率為245±50MHz的微波在工、農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代。在這一波段內(nèi)的微波不會(huì)妨礙通信，5mW/c的泄漏量也不會(huì)傷害人體，在人們消除了這些疑慮，鑄躇了一段時(shí)間后，近幾年以來(lái)，作為一種新技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。 微波是一種能量形式，在介質(zhì)中它可以轉(zhuǎn)換成熱量。水、脂肪、蛋白質(zhì)以及其它有機(jī)物質(zhì)在微波場(chǎng)的作用下，其偶極子以微波的頻率作高速擺動(dòng)，使雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)的分子獲得能量，介質(zhì)的溫度由此而升高。微波加熱為“體積加熱”，介質(zhì)的整個(gè)分子都處于加熱狀態(tài)，由內(nèi)向外傳遞熱量，而常規(guī)的傳導(dǎo)加熱則是由外向

2、內(nèi)傳導(dǎo)熱量。在醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)，用微波輻射濕顆粒，可使顆粒內(nèi)的水分子瞬時(shí)汽化，提高了顆粒的空隙度；用微波輻射植物細(xì)胞，可使細(xì)胞壁內(nèi)的體液被瞬間加熱，溫度突然非平衡地上升到沸點(diǎn)，汽化并產(chǎn)生高壓而導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂；用微波輻射微生物體，其體內(nèi)極性分子在微波場(chǎng)的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的極性振蕩，導(dǎo)致細(xì)胞分子間氫鍵斷裂，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)被擊穿。微波加熱技術(shù)還可以應(yīng)用于固體制劑工藝，可解決那些一直困擾著人們的課題，如中藥現(xiàn)代化進(jìn)程中的破壁微粉碎、細(xì)胞破壁提取、粉體瞬時(shí)殺菌，濃縮浸膏的連續(xù)干燥制粒等等問(wèn)題。 圖1表示微波加熱時(shí)，傳熱、結(jié)質(zhì)方向一致；傳導(dǎo)加熱則相反。圖2表示微波加熱和傳導(dǎo)的加熱的干燥速率對(duì)比。 傳導(dǎo)加熱 微波加熱圖1

3、 圖2本文綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，結(jié)合我院在固體制劑制藥機(jī)械方面的科研成果，就微波技術(shù)在制藥機(jī)械中的應(yīng)用這一課題展開探討。一、在顆粒方面的應(yīng)用 由于片劑、膠囊和顆粒等固體制劑具有給藥方便、安全、能工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)等方面的優(yōu)點(diǎn)，在以藥物治療為主的日常醫(yī)療事物中，為首選劑型?？诜腆w制劑后，顆粒須經(jīng)歷崩解溶解吸收入血液進(jìn)入病灶等過(guò)程。人們希望藥物顆粒能在預(yù)定的時(shí)間和部位，以最短的時(shí)間崩解，以確保藥效。顆粒是主藥和賦形劑等粉體的聚集體，是固體制劑的基本劑型。除顆粒劑外，片劑、膠囊等劑型都需要先制粒，然后再壓片和填充等。顆粒的形狀、粒度、粒徑分布以及孔隙率等各項(xiàng)指標(biāo)都將影響到藥劑的崩解，溶解，影響到成形性

4、及強(qiáng)度。濕法制粒時(shí)，利用液體架橋力、毛細(xì)管聚縮力等將粉粒團(tuán)聚成顆粒，干燥后粉粒體之間形成孔隙，孔隙度可由下式來(lái)描述 =1-式中，為孔隙率；A為顆粒的表現(xiàn)密度；T為顆粒的真密度。藥物顆粒為多孔型，其孔隙率在5%30%之間。顆粒的工藝參數(shù)，如液體的飽合度、混合槳葉對(duì)物料的作用強(qiáng)度以及干燥方法等都將影響到顆粒的孔隙率。目前,我國(guó)濕法制粒的典型工藝是：濕法攪拌制粒流化床干燥圓錐整粒機(jī)壓片或膠囊填充。該法制粒的特點(diǎn)是顆粒偏硬，孔隙率小，粒徑分布為呈雙峰型。發(fā)達(dá)國(guó)家則采用“一鍋法”制粒工藝，用一臺(tái)設(shè)備分步完成混合、制粒和真空干燥。干燥可采用微波加熱方式，調(diào)節(jié)真空度和微波輻射條件，可控制顆粒的孔隙率。真空微

5、波干燥的干燥速度快，加熱溫度低，這對(duì)熱敏性藥物極為有利。 圖3是真空微波干燥攪拌制粒機(jī)原理圖，圖4是該機(jī)型外形圖。圖3壓制片劑時(shí)，顆粒在壓縮過(guò)程中須經(jīng)歷重新排列塑性變形破粒形成新的界面摩擦發(fā)熱在新的界面上重結(jié)晶形成固體橋，最終成為圖4壓縮體，即藥片。用孔隙度高的顆粒壓片，藥片的孔隙致密，強(qiáng)度高，崩解和溶解性也好。圖5是顆粒的孔隙率與抗張強(qiáng)度的關(guān)系。圖6是顆粒孔隙率與溶解率之間的關(guān)系，橫坐標(biāo)表示溶解時(shí)間；縱坐標(biāo)表示溶解率；三條曲線分別代表不同孔隙率的顆粒。 -11.0%；-14.4%；-27.2%；-40.1%；-46.4%圖5 圖6圖7沸騰干燥是利用熱風(fēng)使顆粒流態(tài)化，傳熱后再將顆粒的濕分帶走。

6、也可用微波輻射沸騰床，讓顆粒內(nèi)部的水份向表面遷移，再由氣流帶走。圖7是熱風(fēng)+微波干燥原理圖。圖8是熱風(fēng)+微波干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。微波干燥的顆粒具有疏松、復(fù)水性和溶解性好等優(yōu)點(diǎn)。干燥時(shí)，顆粒的含水隙越高，吸收?qǐng)D8微波的能力越強(qiáng)，即使顆粒的含水率不同，也能實(shí)現(xiàn)均一速率的干燥。圖9是真空隧道微波干燥機(jī)原理圖和設(shè)備外形圖。可用于浸膏的連續(xù)圖9干燥制粒。由螺桿泵1將浸膏或漿料泵在聚四氟乙烯（玻璃增強(qiáng)）傳輸帶9上，由微波發(fā)生器2對(duì)物料輻射加熱，再由破碎機(jī)5將干燥物整成顆粒，最后由排出機(jī)構(gòu)6排出。該機(jī)的干燥效率是傳統(tǒng)方法的十倍，用于食品顆粒干燥時(shí)，其組織狀態(tài)接近于冷凍干燥，但運(yùn)行成本要小于冷凍干燥。 二、在

7、微粉碎方面的應(yīng)用 中藥飲片粉碎打粉，直接入藥的工藝至今仍占主要地位，據(jù)2000版藥典，全藥材粉末制劑品種有261個(gè)，占制劑品種的57.2%。植物性中藥的細(xì)胞大小約560其有效成分大多貯在細(xì)胞壁內(nèi)，而細(xì)胞壁可成為釋藥的屏障。試驗(yàn)表明，若將細(xì)胞壁破碎，使細(xì)胞質(zhì)逸出，其藥效可提高1.52倍。破壁后的微粉中藥飲片可制成袋泡劑，用開水浸泡1020分鐘后即可服用，可取代已沿用了二千年之久的水煎湯劑。 破壁微粉碎已成為當(dāng)今中藥界的熱門課題。在傳統(tǒng)的沖擊型粉碎機(jī)基礎(chǔ)上，人們發(fā)展了振動(dòng)磨，它利用介質(zhì)球的高頻振動(dòng)來(lái)研磨藥材，產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)到10。利用文氏噴嘴加速空氣的氣流粉碎機(jī)，將氣流加速到超音速，用它來(lái)粉碎非纖維

8、性的中藥材，產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)5。但作為一個(gè)工業(yè)化的生產(chǎn)設(shè)備以及制藥行業(yè)GMP的特殊要求，人們?nèi)孕枧?。在提高單機(jī)生產(chǎn)能力、折裝清洗方便、低能耗、重金屬超標(biāo)、一臺(tái)設(shè)備能粉碎不同的物料、同物料不同的細(xì)度等方面仍有待發(fā)展。粉碎前，用微波輻射藥材顆粒，可使細(xì)胞壁變得疏松或破裂，它有利于中藥的破壁微粉碎?？蛇M(jìn)一步提高沖擊型粉碎機(jī)線速度，由現(xiàn)在的110m/sec提高到150m/sec，解決好易損件耐磨問(wèn)題。上述二個(gè)方面的技術(shù)創(chuàng)新，有望成為粉碎設(shè)備新的亮點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)三、在粉粒體殺菌方面的應(yīng)用圖10 隨著消費(fèi)者對(duì)食品安全和衛(wèi)生性能要求的不斷提高，國(guó)家對(duì)微生物的管理也相應(yīng)變得越來(lái)越嚴(yán)格。雖然顆粒劑、各種食品、調(diào)味料等原料表面上的菌體不全都是有害的，但確存在著對(duì)原料顆粒污染的可能性，殺菌就成為一個(gè)必要的加工手段。為達(dá)到殺菌的預(yù)期目的，首先必須掌握微生物體的熱特性和原料的熱變性。利用微波輻射微生物體，讓體內(nèi)極性分子強(qiáng)烈振蕩，擊穿細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，以達(dá)到殺菌目的。用微波殺菌，不會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)、維生素造成損失，也不會(huì)引起淀粉質(zhì)的化和物料色變等，關(guān)