作者：迦南科技药学研究院

基于Wurster包衣工艺中涉及的重点工艺变量 — 喷雾动力学

      微丸的包衣干燥过程涉及到风体动力学、热力学、喷雾动力学等基础学科研究，迦南科技《Wurster包衣专题系列》前三篇分别阐述了基于QBD理念设备设计的风量控制及分配、均一稳定的干燥系统，以及基于Wurster包衣工艺中涉及的重点工艺变量－传热传质，本文介绍喷雾动力学相关的重要工艺变量－喷液速率、雾化压力。

      选择合适的喷液速率不仅仅是取决于热力学方面的流化空气干燥能力，还要考虑到包衣材料的性质、喷雾区（紧邻喷嘴周围的区域）伯努利效应、喷枪的雾化能力等因素。

包衣材料的性质

      1.包衣液的表面张力：许多乳胶包衣成分具有非常低的表面张力，在较低的雾化气压下便可雾化成小液滴。较低的雾化压力降低了包衣基材的磨损率，且容易分散保证了雾化液滴的均匀。特别是在包衣的早期阶段，此时的包衣基材受到磨损和粘连的几率最高。

      2.包衣液的液体粘度：一般的包衣喷嘴可雾化黏度高达约250cP(厘泊)的液体，但是这种高黏度所得的液滴可能不太适合成膜。黏胶液体在制备过程中一般会产生较多气泡，形成的液滴将具有较高的蒸发表面积、固体浓度。大多数液体受热后其粘度进一步升高，最终导致液滴可能在与基底接触时基本上保持其形状，无法均匀地扩散在基底表面，这便无法形成连续和致密的包衣膜。因此，尽管高固含量可以极大减少包衣时间，但如果包衣液配方黏度过高，薄膜便可能不均匀致密，从而导致包衣产品的质量和再现性较差。

喷雾区的“柏努利”保护装置

      “伯努利原理”告诉我们：气体的流速越大，压强越小。由于足球两侧空气的流动速度不一样，它们对足球所产生的压强也不一样，于是，足球在空气压力的作用下，被迫向空气流速大的一侧转弯了。

      在Wurster柱中，根据伯努利原理，在上升床层中有很快的稀相气相输运，在下降床层区域（隔板外）有比较平稳和慢速的气相输运，通过隔板内的高速空气在隔板间隙处产生吸力。因此，通过间隙进入隔板的丸芯其流动具有水平分量。有些丸芯也会流向喷嘴，而不是简单地从水平流过渡到垂直流。同时雾化空气也具有非常高的速度，根据伯努利原理，该区域同样会产生吸力。

      在Wurster流化床中，喷嘴一般处于进风孔板上方的流化基质颗粒汇合处的正下方位置。喷嘴顶端正上方的区域是包衣液和雾化空气混合并开始形成雾滴的地方 。而非常靠近该区域的颗粒往往会被雾化扩散的液滴过度润湿，此时如果它们与其他颗粒接触，便会粘连形成聚集物。

      为了防止颗粒出现结块，一般的应对措施是降低喷雾速率，但这往往会使得流化床绝大部分的干燥能力没有得到充分利用。迦南科技wurster流化床的特殊装置旨在使颗粒远离喷嘴，直到喷雾模式完全形成。结果：由于颗粒远离雾化的最湿部分，喷液速率的上限可以得到显著增加。

      同时，此装置可以减少较细颗粒被喷枪的雾化气体冲击而造成的磨损和破碎。这种雾化空气的速度随着与喷嘴的距离增加而显著减小，尤其是在包衣早期阶段。

      在包衣开始时，喷雾速率必须保持较低，以避免使药芯溶解、药物或包衣聚合物渗入其他层。在包衣中期，可适当提高进液速度。当发现颗粒尺寸变大并且没有出现团聚现象，可以定期增加喷雾速率，同时增加液滴尺寸。

喷雾速率、雾化压力对包衣液滴大小的影响

      喷雾速率也取决于每个喷枪产生一致的液滴尺寸分布的能力。

      为了获得更小的液滴尺寸，则需要更高的雾化压力。对于功能膜层，有时过高的雾化压力会导致形成过于细密的喷雾液滴，喷雾液滴易干燥从而导致包衣层减少，同时还会增加颗粒与干燥粉末粘连造成包衣层不规则。

      另一方面，低雾化压力则会导致形成粗糙的喷雾液滴，喷雾液滴可能包裹多个颗粒或缓慢干燥并在颗粒之间形成液桥，导致包衣颗粒之间的聚集增加。

      优化喷雾速率：控制溶液的黏性和干燥效率。较小颗粒的涂层需要通过降低喷雾速率或增加雾化空气压力来实现较小尺寸的液滴。

      喷枪的雾化能力主要取决于喷枪的耗气量，而雾化液滴大小同喷液速率、耗气量成反比，即在喷液速率恒定情况下，耗气量越大，则雾化液滴越小。对于现在大部分生产型设备，干燥能力过大但受液滴尺寸限制而导致生产效率受阻。唯一方法增加喷枪耗气量，即在相同压力下使用更多的压缩空气。升级至高速喷枪，在相同的雾化空气压力下使用更多的压缩空气，将显著提高干燥能力利用率。

雾化器的选择

迦南科技采用新型外混合二流体的高速喷枪（Canaan）

      迦南科技通过粒度检测仪用于检测不同雾化器型号、喷嘴口径、浆液流量、雾化气压力等对雾化液滴的影响因素，从而掌握喷雾系统对包衣质量的影响。

      在固定的进液速率下，液体进入雾化空气的速度由喷嘴口大小控制。速度越低，液体的雾化越完全，平均液滴尺寸越小。对于喷嘴的选择，理论来说选用的喷嘴尺寸越小，喷雾就会越一致。但是，较小的喷嘴可能会导致喷嘴堵塞，同时较小的喷嘴所对应的进液速率的上限也相应减小。

小结

      包衣液雾化液滴大小是底喷包衣的关键工艺参数，雾化液滴大小主要受到喷雾系统的雾化能力等关键设备参数影响，因此迦南加大了药品在实验室研发阶段对底喷包衣工艺的研究，从而对设备关键参数进行识别并加以解决。制药企业许多工艺放大困难的疑难杂症可追溯到不合适的设备设计，因此最好的办法是从药品研发阶段开始，就从制造商处收集有关设备的完整信息并进行充分的交流、实验。

      迦南科技药学研究院后续将会在Wurster包衣专题（五）—分析底喷包衣放大生产，感谢您的持续关注，欢迎您来电咨询，或赴企业进行实地参观指导。