藥品顆粒數粒技術發展及應用

1、藥品包裝技術的發展概況

全球經濟的發展帶來生活水平的提高，使作為人類生存和健康保障的醫藥產業越來越受到政府及企業的重視，整個醫藥產業也成為21世紀最富增長潛力的產業之一而快速增長。

醫藥行業的快速發展，離不開大量技術性能先進、質量穩定的制藥裝備。根據完成的生產工藝任務，可以將制藥裝備概括地分為兩類：制藥設備和包裝設備。

就藥品包裝設備而言，根據藥品形態、包裝方式、包裝物形態的組合不同，而有完成相應包裝工藝的設備。藥品形狀大多數是固體，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定增長之勢。

藥品裝瓶采用計數和稱重兩種方式。數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，藥品數粒包裝占整個顆粒包裝市場80％以上的市場份額。

2、數粒技術的發展現狀

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

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

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

第二代光電數粒技術上世紀70年代末首先在歐美等發達國家應用，技術核心之一是安裝有一對發射、接收紅外線傳感器的數粒檢測通道，當顆粒通過檢測通道時，發射傳感器發射的紅外線被遮擋，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）內的應用程序和模型，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。

【2】光電數粒技術經過20余年的發展，在歐美等發達地區的制藥企業得到了廣泛的使用。目前先進的光電檢測技術，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％。提高光電數粒技術速度的方法主要是通過增加顆粒檢測通道的數量來實現，振盤式的數粒機設計通過增加振盤的軌道，而轉盤式光電數粒機則增加轉盤的光電數粒頭的數目。

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

3、光電式數粒的關鍵技術

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

3.1藥品輸送技術

藥品顆粒輸送的方式主要有兩種：機械式轉動輸送和振盤振動輸送。轉動式輸送方式首先將顆粒從料斗中輸送到一個轉盤中，藥粒在轉盤勻速轉動過程中均勻分布。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缺點。轉動式顆粒輸送方式可實現快速、大量完成顆粒的強制分配、輸送，保證數粒和裝瓶的速度；缺點是強制分配及輸送刮板、篩動機構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，同時也會降低數粒和瓶裝的速度。振動式輸送方式的優點是分配及輸送藥粒均勻，由于沒有強制機構帶來對藥粒的摩擦、擠壓，降低了碎粒和粉塵出現的可能，提高了產品的合格率，通過調整振動的頻率及振幅，可方便調整藥品輸送的速度；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檢測計數技術

光電式檢測計數技術是現階段得到廣泛使用的最新的檢測計數技術。光電式檢測計數技術主要是依靠紅外線傳感器發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生變化，檢測計數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和記錄。光電式檢測計數技術的最大優點是可檢測各種形狀、尺寸大小和規格的藥品顆粒，并可通過參數設定確定合格品及不合格品的參數范圍，保證計數完成的藥品的合格率和準確率。

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

3.3裝瓶技術

達到設定計數量的一組藥粒，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定、準確、容易實現自動控制而成為普遍采用的執行方式。裝瓶技術主要解決兩個關鍵問題，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達到設定的裝瓶量時，執行元件需快速準確地進行分組，保證裝入瓶中的藥粒數量就是檢測計數控制單元發出指令時的數量。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系統集成

光電數粒三項獨立的關鍵技術——藥品輸送、檢測計數和裝瓶——需要進行系統集成，形成穩定、可靠的產品，以適應藥品生產企業包裝生產的要求。當今包裝設備的設計，普遍采用PLC和觸摸式平板電腦作為自動控制元件，在此基礎上采用其它自動控制技術、氣動及檢測技術，完成整機的設計生產。目前國內使用的光電式數粒機以12或24軌振盤式設備為主，技術先進的設備，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、數粒技術的發展趨勢

無論是機械數粒技術，還是光電數粒技術，一般都能夠滿足藥品生產企業進行藥品包裝的要求。隨著眾多先進技術的應用，現有的光電數粒技術存在著主要缺陷，需要盡快突破，以滿足制藥行業生產的需要。

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。現有的數粒技術，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，是目前制藥企業最迫切的要求。

第四是除建立在顆粒的外觀的基礎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、內含金屬或其它物質、表面缺陷等不合格要素，需要開發新的識別檢測技術。

利用靜電場技術可實現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，靜電場數粒技術還有待完善，距離成熟應用還有一段時間。最后，消除顆粒數粒過程中產生的粉塵影響以提高數粒精度和速度，對中藥丸振動輸送過程中產生的靜電對光電傳感器的干擾而影響數粒的精度等的技術難題的攻克，在國內制藥企業的生產實踐中顯得尤為重要。

5、數粒技術的應用

相對于其它商品，藥品由于生產量大、價值較高，對數粒技術的需求比較旺盛。目前制藥行業應用的典型的自動化藥品數粒瓶裝線一般由理瓶機、數粒機、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備組成，以各種規格的數粒機為關鍵或核心設備而得到廣泛使用。使用較多的是可每分鐘生產120瓶（以100粒/瓶計，下同）的24軌和60瓶的12軌數粒機，另外還有客戶個性化需求的定制產品，如完成小裝量（10粒/瓶）的8軌數粒機，生產速度可達160瓶/分鐘的大裝量32軌數粒機等。

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）、農業類的種子及其他輕工類的粒狀物品等。將核心的光電數粒技術與塑料袋立式包裝相結合，是向此類行業推廣光電數粒包裝技術的有效途徑。

來源：制藥工程工藝之窗

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