用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备、系统和方法
阅读说明：本技术 用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备、系统和方法 (Apparatus, system and method for studying nucleation and growth of particles in wet granulation ) 是由 刘子健 钟涛 钟东灵 黄俊宇 罗胜年 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备、系统和方法,能够对反应液的不同加入高度对颗粒的影响进行研究。用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备,设备包括：反应容器,所述反应容器内装有待制粒的粉末；注液机构,所述注液机构用于向反应容器中注入反应液,所述反应液与粉末反应生成所需的颗粒；高度控制机构,所述高度控制机构用于控制注液机构的反应液下落出口与反应容器的高度差。(The invention discloses equipment, a system and a method for researching nucleation and growth of particles in wet granulation, which can research the influence of different adding heights of reaction liquid on the particles. Apparatus for studying nucleation and growth of particles in wet granulation, the apparatus comprising: a reaction vessel containing a powder to be granulated; the liquid injection mechanism is used for injecting reaction liquid into the reaction container, and the reaction liquid reacts with the powder to generate required particles; and the height control mechanism is used for controlling the height difference between a reaction liquid falling outlet of the liquid injection mechanism and the reaction container.)
技术领域
本发明涉及湿法制粒的技术领域，尤其涉及对湿法制粒中颗粒成核生长进行研究的技术领域，具体而言，涉及用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备、系统和方法。
背景技术
制粒是把粉末、熔融液、蒸馏水溶液等状态的物料经加工制成具有一定形状与大小粒状物的操作。几乎所有的固体制剂的制备过程都离不开制粒过程。所制成的颗粒可能是最终产品，如颗粒剂；也可能是中间产品，如片剂。
制粒操作使颗粒具有某种相应的目的性，以保证产品质量和生产的顺利进行。如在颗粒剂、胶囊剂中颗粒是产品，制粒的目的不仅仅是为了改善物料的流动性、飞散性、黏附性及有利于计量准确、保护生产环境等，而且必须保证颗粒的形状大小均匀、外形美观等。而在片剂生产中颗粒是中间体，不仅要改善流动性以减少片剂的重量差异，而且要保证颗粒的压缩成型性。
制粒方法有多种，制粒方法不同，即使是同样的处方不仅所得制粒物的形状、大小、强度不同，而且崩解性、溶解性也不同，从而产生不同的药效。因此，应根据所需颗粒的特性选择适宜的制粒方法。
在医药生产中广泛应用的制粒方法可以分为三大类：湿法制粒、干法制粒、喷雾制粒，其中湿法制粒应用最为广泛。
湿法制粒是在药物粉末中加入黏合剂(或含有黏合剂的反应液)，靠黏合剂的桥架或黏结作用使粉末聚结在一起而制备颗粒的方法。它包括挤压制粒、转动制粒、流化制粒和搅拌制粒等。湿法制成的颗粒经过表面润湿，具有颗粒质量好，外形美观、耐磨性较强、压缩成型性好等优点，在医药工业中应用最为广泛。
湿法制粒中反应液(包括但是不限于黏合剂)对最终获得的颗粒形貌以及性能具有尤其重要的影响。目前，湿法制粒中反应液的作用仍主要集中在对其用量和成分的研究；并且，目前只能在多次不同用量和成分的试验进行完成后对最终颗粒的性能进行研究来反推反应液用量和成分的作用，没有对反应液和粉末的反应过程中的状态进行动态原位实时获取的设备。
发明内容
第一方面，本发明的目的在于提供设备，该设备能够对反应液的不同加入高度对颗粒的影响进行研究。
第二方面，本发明的目的在于提供系统，该系统能够对反应液和粉末的反应过程进行动态原位实时研究。
第三方面，本发明的目前在于提供方法，该方法采用第一方面的设备或第二方面的系统。
为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备。技术方案如下：
用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备，设备包括：反应容器，所述反应容器内装有待制粒的粉末；注液机构，所述注液机构用于向反应容器中注入反应液，所述反应液与粉末反应生成所需的颗粒；高度控制机构，所述高度控制机构用于控制注液机构的反应液下落出口与反应容器的高度差。
进一步地是，所述高度控制机构包括：立杆，所述立杆上设有竖向放置的第一导向部；滑块，所述滑块可以沿第一导向部滑动；所述注液机构与滑块连接，滑块沿第一导向部滑动时带动注液机构上下移动。
进一步地是，所述高度控制机构还包括：丝杠，所述丝杠竖向放置；第一电机，所述第一电机用于驱动丝杠转动；所述滑块上设有与丝杠配合的螺纹通孔，丝杠转动时带动滑块上下移动。
进一步地是，设备还包括底座；所述立杆的下端与底座连接，立杆的上端与第一电机连接；所述丝杠的上端与第一电机连接，丝杠的下端与底座连接；所述反应容器安装于底座上。
进一步地是，所述注液机构设于反应容器的上方，注液机构包括由下至上依次连接的针头、针管和活塞，反应液储存于针管内；并且/或者，设备还包括体积控制机构，所述体积控制机构用于控制注入反应容器的反应液的体积。
进一步地是，所述体积控制机构包括与活塞连接的第二电机，所述第二电机的侧部与滑块连接，第二电机的下端与注液机构连接。
为了实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供了用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统。技术方案如下：
用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统，包括：第一方面的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备；X射线发生器，所述X射线发生器用于发出穿过反应容器的X射线；折射镜，所述折射镜用于对穿过反应容器的X射线进行折射；相机，所述相机用于对折射后的X射线进行拍照。
进一步地是，系统还包括位置调节机构，所述位置调节机构用于调节设备的位置以使X射线可以穿过反应液与粉末的接触面。
进一步地是，所述位置调节机构包括第二导向部，设备可以沿第二导向部滑动，第二导向部与X射线不相平行。
为了实现上述目的，根据本发明的第三个方面，提供了用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的方法。技术方案如下：
用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的方法，采用第一方面的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备；或者，采用第二方面的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统。
本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备、系统和方法简单易实施，能够用于研究不同组分、体积、下落高度对制粒的影响，效率高，准确度高，具有极强的实用性。
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备的具体实施方式的结构示意图。
图2为本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统的第一种具体实施方式的结构示意图。
图3为本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统的第二种具体实施方式的结构示意图。
图4为本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统的第三种具体实施方式的结构示意图。
图5为本发明实施例1中相机拍摄到蒸馏水与粉末从接触到制粒的照片。
图6为本发明对照例1中相机拍摄到植物油与粉末从接触到制粒的照片。
图7为本发明对照例2中相机拍摄到蒸馏水与粉末从接触到制粒的照片。
上述附图中的有关标记为：
100-反应容器，110-承台，120-内管，130-外管，210-针头，220-第二电机，310-立杆，311-接触平面，320-滑块，330-丝杠，340-第一电机，400-底座，510-X射线发生器，520-折射镜，530-相机，540-显示器，600-导向杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
图1为本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备的具体实施方式的结构示意图。
如图1所示，用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备包括底座400、反应容器100、注液机构、高度控制机构和体积控制机构；所述反应容器100内装有待制粒的粉末，所述反应容器100安装于底座400上；所述注液机构用于向反应容器100中注入反应液，反应容器100与注液机构同轴放置，所述反应液与粉末反应生成所需的颗粒；所述高度控制机构用于控制注液机构的反应液下落出口与反应容器100的高度差。
所述高度控制机构包括立杆310和滑块320，所述立杆310上设有竖向放置的第一导向部，所述滑块320可以沿第一导向部滑动，所述注液机构与滑块320连接，滑块320沿第一导向部滑动时带动注液机构上下移动；所述第一导向部为立杆310与滑块320的接触平面311。由此，高度控制机构的结构简单，通过控制滑块320的移动即可控制反应液的初始高度，根据下落高度与反应液的体积可以进一步计算得到反应液与粉末的接触速度，从而可以同时研究反应液的多个因素(组成、体积和接触速度)对制粒的影响，具有更强的指导意义。
进一步地是，所述高度控制机构还包括丝杠330和第一电机340，所述丝杠330竖向放置，所述第一电机340用于驱动丝杠330转动，所述滑块320上设有与丝杠330配合的螺纹通孔，丝杠330转动时带动滑块320上下移动；所述立杆310的下端与底座400连接，立杆310的上端与第一电机340连接；所述丝杠330的上端与第一电机340连接，丝杠330的下端与底座400连接。由此，不仅可以通过第一电机340驱动丝杠330的转动的圈数来精确控制反应液的下落高度，而且便于实现对反应液下落高度的远程控制。
所述注液机构设于反应容器100的上方，注液机构包括由下至上依次连接的针头210、针管和活塞，反应液储存于针管内。由此，注液机构的结构简单，便于拆装，反应液的体积易于控制。
所述体积控制机构用于控制注入反应容器100的反应液的体积；所述体积控制机构包括与活塞连接的第二电机220，所述第二电机220的侧部与滑块320连接，下端与注液机构连接。由此，不仅可以通过第二电机220推动活塞的移动来精确控制反应液的体积，而且便于实现对反应液体积的远程控制；第二电机220与注液机构采用可拆卸的连接方式，由此便于更换反应液，从而研究不同组成的反应液对制粒过程的影响。
图2为本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统的第一种具体实施方式的结构示意图。
如图2所示，用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统包括上述的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备、X射线发生器510、折射镜520和相机530；所述X射线发生器510用于发出穿过反应容器100的X射线；所述折射镜520用于对穿过反应容器100的X射线进行折射；所述相机530用于对折射后的X射线进行拍照，所述相机530为高速相机。
由于X射线对物体具有优异的穿透性能，X射线被物质吸收的过程本质上是和核外电子相互作用的过程，并且不同物体或者厚度不一的同种物体对X射线的吸收程度不同，当X射线穿过物体后会产生吸收衬度的变化，X射线再穿过闪烁体可转换成可见光学成像信息，通过高速相机可拍照记录下物体内部变化过程。
由此，采用本具体实施方式的系统，可以对反应液与粉末从接触到制粒的全过程进行动态原位实时拍照，能够更直观地反应反应液对制粒的影响。
进一步地是，系统还包括显示器540，该显示器540与相机530直接进行有线或无线通信，并对相机530拍摄的照片进行显示。
图3为本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统的第二种具体实施方式的结构示意图。
如图3所示，在第一种具体实施方式的基础上，系统的第二种具体实施方式进一步包括位置调节机构，所述位置调节机构用于调节设备的位置以使X射线可以穿过反应液与粉末的接触面；所述位置调节机构包括第二导向部，设备的底座400可以沿第二导向部滑动，第二导向部为与X射线垂直的导向杆600。由此，可以在X射线发生器510的位置固定的情况下通过调整设备的整体位置来确保X射线能够有效穿过反应容器100。
图4为本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统的第三种具体实施方式的结构示意图。
如图4所示，在第二种具体实施方式的基础上，系统的第三种具体实施方式进一步包括设置：所述位置调节机构还包括设于反应容器100底部的伸缩组件，伸缩组件包括承台110以及套接的内管120和外管130，反应容器100放置于承台110上，由此，当反应容器100内粉末的装填高度不相同时，可以通过内管120和外管130的配合长度来控制反应容器100内粉末界面的高度，从而进一步确保X射线能穿过反应液与粉末的接触面。
为了减小设备体积，便于远程控制反应液的体积和下落高度，第一电机340和第二电机220优选采用步进电机。远程控制可以使实验员远离X射线的辐射，保证实验操作的安全性。
为了确保X射线能有效穿过反应容器100，反应容器100的材质优选为亚克力。
本发明用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的方法的第一种具体实施为采用上述的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备。
本发明用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的方法的第二种具体实施为采用上述的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的系统。以下通过实例来说明该方法的有益效果。
实施例1
以二氧化硅玻璃珠为粉末，将蒸馏水从10cm的高度自由落体落入反应容器100中。图5为本实施例中相机530拍摄到蒸馏水与粉末从接触到制粒的照片，由上至下(1)-(6)分别对应制粒过程中的六个时间点的照片。
对照例1
与实施例1的区别在于：反应液为植物油。图6为本实施例中相机530拍摄到植物油与粉末从接触到制粒的照片，由上至下(1)-(6)分别对应制粒过程中的六个时间点的照片。
对照例2
与实施例1的区别在于：高度为60cm。图7为本实施例中相机530拍摄到蒸馏水与粉末从接触到制粒的照片，由上至下(1)-(6)分别对应制粒过程中的六个时间点的照片。
上述三个示例中，反应液的体积相同。
图5和图6显示了同一高度落下不同密度和粘稠度的反应液与粉末的制粒过程的差异。由图5和图6可知，蒸馏水的分散范围更广，吸附的颗粒数量明显更多；植物油滴上颗粒更多是吸附于表面，最终制粒的形状也更接近于球体。
图5和图7显示了同一种反应液在不同下落高度下与粉末的制粒过程的差异。由图5和图7可知，从60cm下落的蒸馏水滴由于与粉末接触时的速度更快，造成大范围的溅射，分散多个小体积的液滴，最终制粒形状不规则。
除了二氧化硅玻璃珠之外，本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备、系统和方法还能用于研究反应液对安非他酮、卡马西平、萘普生钠等粉末的制粒的影响。
综上可知，本发明的用于研究湿法制粒中颗粒成核生长的设备、系统和方法能够用于研究不同组分、体积、下落高度(可以进一步得到反应液与粉末的接触速度)对制粒的影响，效率高，准确度高，具有极强的实用性。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
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