专利名称：在制造药品过程中用于监控颗粒上的包衣的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于监控在颗粒上形成包衣的方法和设备。本发明主要集中于控制形成药品如药丸、药片、胶囊等的包衣的过程。
将药品进行包衣有几个原因。保护性包衣通常保护活性成分，使其免受来自环境的可能的负面影响，比如光或受潮，还有温度和振动。通过使用这种包衣，活性物质在贮存和运输过程中得到了保护。使用包衣还能使该产品更容易服用，使其具有好的口感或用于产品的标识。另外，使用包衣可起到药物功能如使药物具有肠溶性和/或控释功能。功能性包衣的目的是提供一种具有所期望性能的药物制剂或配方，使得活性药物能够通过消化系统运送到它将要被释放和/或吸收的区域。通过这种控释过程可以获得所期望的活性物质在体内随时间的浓度曲线。肠溶性包衣用于保护该产品在胃的酸性环境中不被消化。此外，这些所期望的功能随时间的推移，即在贮存过程中保持不变是重要的。通过控制包衣的质量，也可能控制所期望的最终产品的功能。
不同的药品注册机构对于药品都有严格的要求。这些要求对包衣的质量提出很高要求，并且要求包衣的综合特性被控制在很窄的范围内。为了符合上述要求，就要求对包衣过程进行准确的控制。
包衣的质量依赖于包衣的物理和/或化学性质，如化学组成、局部非均一性、物理和化学均一性、密度、机械性质、静态参数、模量、拉伸强度、断裂伸长率、压缩性、延性、粘弹系数、形态、宏观和微观性质、无定形和/或结晶性、渗透性、孔隙率、聚集性、可湿性、聚结或熟化度、稳定性和抗化学和/或物理降解性。也有些其它的性质未在上文中列出。包衣的质量在很大程度上影响了药品的释放性质并且对于贮存稳定性也有显著的影响。为了将包衣的质量控制在所期望的很窄的范围内，我们有必要准确地控制包衣的制备过程。
在对药品进行包衣的工厂车间，要对所选择的工艺参数进行监测控制以获得所期望的最终产品的质量。这些工艺参数通常是全局性的，并且可能包括如包衣容器的压力、供应包衣容器的气体和包衣液的流速和温度等。然而，这种全局性工艺参数的对包衣过程的影响，以及最终对最终产品的包衣性能的影响，只能在特定车间中从经验中知道。这样，对于每一个具体的车间要通过大量的试验来开发加工方案。例如，在扩大工艺规模过程中当包衣容器的尺寸或形状变化时，颗粒的局部环境可能被改变。为了重新得到最终产品的相同包衣性能这就要求耗时的测量和调整。
要改进现存的车间也需要改进现存的制造方法。现在，因为加工方案或车间设计的任何变化对最终产品的影响必须通过大量的试验，经常按实际规模来研究，所以这是一项繁重的工作。对于新产品的开发也是这样，例如当将要使用一种新型的颗粒或包衣液时。
一个满足上述需求的尝试公开在K.C Link和E.-U.Schlünder的文章“Fluidized bed spray granulation，investigation of the coatingprocess on a single sphere”中，发表在Chemical Engineering andProcessing，No.36，1997中。为了研究通过成层导致颗粒成长的基本物理机理，设计了一种实验室规模的设备用于分析单个颗粒。在这个设备中，将单个铝球漂浮在通过毛细管供应的流动气流上。这样，这个球就在包衣容器中自由并旋转地悬浮在一个稳定的位置上。安置在这个稳定的位置上的一个超声喷嘴间断地启动以产生包衣液的喷雾尘，这种喷雾降落到球体上并在其上形成包衣。这种类型的喷嘴产生液滴状的喷雾，液滴喷雾的速度用通过喷嘴的单独的空气流进行调控。这种设备被用于研究不同的参数如液滴的速度、流动气流的温度、干燥时间以及包衣液类型对所得的包衣的厚度和形态的影响。可通过在实际包衣过程之前和之后称量球体并获得前后的重量差值，来得到包衣总厚度的粗略测量值。包衣以后，包衣的形态可通过在扫描电子显微镜(SEM)中放入该球体进行定性检测。对于这两种检测方法，必须将球体从设备中取出来进行分析。这些设备还包括用于照明球体的灯和用于在包衣过程中连续定性观察球体外形的摄像机。
这种现有技术设备的缺点在于难于对包衣性能进行定量的、时间分辨的测量。经过一个特定的时期，包衣过程必须中断以分析球体上的包衣，因此必须在一个新的没有包衣的球体上进行一个时间更长的新的包衣过程，等等。在这种方法中，一个连贯时间序列的测量数据的获得需要在每一个球体的环境中保持一致的条件。这样，对于每一个球体，包衣过程必须以精确相同的方式重复。这是很困难的。例如，铝球质量的任何细小的变化都需要对流动空气的流速进行调整，以保持每一个球位于容器中的相同位置上。这种流速上的变化在包衣过程中也将改变球体的环境，由此使得从几个先后测量中收集测量数据形成连贯的时间序列变得困难。
这种已知设备的另一个缺点是它仅仅能测量包衣的少数性能，即平均厚度和表面形态。
还有一个缺点是包衣方法的过程只能在标准球体上研究，以便于对于每一个球体能以精确相同的方式重复包衣过程。然而，包衣过程被认为对于粒子本身的特性，如尺寸、密度、孔隙率和粒子形状有很高的依赖性。因此对于实际颗粒，从已知的设备进行的试验中得出任何结论都是困难的，或甚至是不可能的。
通过在所附权利要求中阐明的方法和设备达到这个目标。
本发明方法和设备可以在对单个颗粒包衣过程中，对与包衣相关的一个或多个主要参数，如厚度、厚度生长速度和与包衣质量相关的物理和/或化学性能，以及传热、传质和动量传递进行连续的和非侵入性的监控。通过本发明设备和方法所获得的测量结果可用于开发与一个或多个控制参数呈函数关系的在单个颗粒上的包衣方法的基本模型，其可与颗粒环境的特性和颗粒本身的特性相关联。最终，这种基本模型可以转化为一个聚集体模型，用于例如在一个工业车间中的实际规模的包衣过程中对大量颗粒预测全局工艺参数对所监控的主要参数的影响。这种聚集体模型是一种有价值的工具，其可以用于放大工艺和车间的规模，改进现存的制造工艺和车间，并开发新产品。
也应当指出，本发明允许监控在任何类型的单个固体样品上的包衣过程。这样，与现有工艺技术相反，据信可以使用实际的核，如药丸、药片或胶囊。
本发明方法和设备具有另外的优点，其可以提供可以直接用在控制实际规模方法中的信息。更具体地说，通过在良好控制条件下在单个颗粒上完成包衣过程，使得在颗粒上获得了所期望的包衣性能，并且通过连续进行光谱测量，获得了所期望的系列测量值。通过在实际规模的加工中进行相同的光谱测量，可以控制这个方法的全局工艺参数来获得所期望的系列测量值。从而，将控制实际规模方法来在颗粒上获得所期望的包衣性能。在实践中，系列测量值能在由一个或多个主要成分定义的空间中形成所期望的迹线。这些主要成分可以通过对从时间系列的光谱测量获得的测量数据应用化学计量方法推导出来。明显的，也可以通过在实际规模方法本身中在一组颗粒上进行光谱测量而确立所期望的系列测量值。然而，按照本发明，可以更快地确立所期望的系列测量值，因为单个颗粒的包衣过程与在实际规模方法中一组颗粒的包衣过程相比在时间上显著地短。
在一个用于直接控制实际规模方法的可选方案中，本发明方法和设备用于识别在由常规传感器给出的控制参数和由光谱方法给出的主要参数之间的相互关系。这一般如下进行通过在控制得很好的条件下在单个颗粒上完成包衣过程，连续进行光谱测量，并同时进行一个或多个控制参数如流动空气流速或温度的测量而完成。通过用这种方法识别相关的控制参数，使本发明方法和设备能够用于建立所期望的系列控制参数值。然后这个系列可以直接转变成实际规模方法，其中控制这种方法的全局工艺参数来形成相应的所期望的系列全局工艺参数值。由此，将控制实际规模方法来在颗粒上获得所期望的包衣特性。
优选的是，在颗粒上形成包衣的步骤包括产生包衣流体的单个液滴和使液滴冲击颗粒。使用单个液滴，或一系列这种单个的液滴，而不是喷雾尘，在颗粒表面上提供了包衣流体的受控沉积。这样，在润湿期中能够控制液滴尺寸或液滴产生的速度并用作明确定义的控制参数。术语“包衣流体”理解为这样的综合性描述，其包括从纯包衣液到包衣液和包衣固体的料浆或悬浮体。另一选择，包衣流体可能是包衣固体和载气的混合物。在这种情况下，术语“包衣液滴”指的是包衣固体。
优选，颗粒在向上引入的气体流上流化，以便于颗粒保持在给定的空间位置上，同时在这个位置可自由地旋转。这样，可以固定颗粒以便于达到精确的测量，并且旋转颗粒以便于可以形成均一的包衣。流动气流具有干燥颗粒的额外作用。
优选每一液滴在产生时进入并随着流动气体流流向颗粒。因此可以确保每一液滴冲击在流化的颗粒上。
在另外一个优选的实施方案中，控制参数的改变基于，至少部分地基于测量值。这种类型的反馈控制提供了在线调整在单个颗粒上的包衣过程。因此在包衣过程中监控任何控制参数改变的影响成为可能。
控制参数可能包括所说的气体流的性质，如流速、温度或溶剂如水的含量；颗粒特性如尺寸、形状、密度或孔隙率；液滴的特性如液滴的尺寸、液滴生成速度或液滴成分的浓度；在包衣过程中的润湿时间；在包衣过程中的干燥时间。除了上文所列出的控制参数，还有在这里未列出的其它参数。
优选通过近红外光谱和/或基于拉曼散射的光谱方法和/或基于UV、可见或红外(IR)波长区的吸收的光谱方法，或发光法如荧光发射和/或成像光谱进行光谱测量。
垂直管6沿着室1的中垂线从室1的底部7伸出。调控气体供应设备2以控制量向室1进气。设备2与管6和室1的周边部分8相连通。通过管6的气流用于在室1的给定位置处使颗粒漂浮或流化。流向周边部分8的保护气流用于使测量设备4和颗粒P之间的任何梯度最小化，因为这些梯度可能在光谱测量中引入误差。尽管没有在图中显出，应该知道这种保护气体能够在围绕室1周围的几个位置处向周边部分8供应。另一选择或额外地，保护气体可通过底部7进气。
控制系统是为了精确地定位颗粒P。控制系统包括定位传感器9如阵列检测器，它被配置在室1的周边并被调整以输出指示颗粒P的位置的位置信号。将位置信号输入主控设备5，它通过向气体供应设备2输入控制信号来相应地调整气体流动速度。控制系统能够在室1中使颗粒P保持在给定的位置。这个位置可以一种受控的方式随时进行改变或在空间上被固定在室1中。
根据从主控单元5收到的相应控制信号，气体供应设备2也被调整用于调制气体，如通过改变气体温度或气体中的溶剂如水的含量。为了这个目的，气体供应设备2可能包括常规的鼓泡器系统(未示出)，在其中将气体通过液体源鼓泡以向气体中加入低浓度的液体蒸气。这种，以及其它的、用于气体和液体蒸气混合的高精度系统在市场上可以买到。
一个或多个包衣液体分配器3(在图中仅列出一个)与管6相连并且被调整以顺序地产生包衣液的液滴D。将产生的液滴D注入在管6中的气流中并将随着气体流向颗粒P，冲击在颗粒P上并在颗粒上形成包衣。包衣液分配器3从主控设备5收到控制信号，例如该信号指示所期望的液滴生成速度和液滴尺寸。
在该图解说明实例中，包衣液分配器3是一种直通型微分配器，该类型公开在论文“Design and development of a siliconmicrofabricated flow-through dispenser for on-line picolitre samplehandling”，Journal of Micromechanical Microengineering No.9，369-376页，1999，作者是T.Laurell，L.Wallman和J.Nilsson。这种微分配器在图中没有给出任何细节，其包含形成流通通道的两个结合的硅结构体。压电陶瓷元件与一个硅结构体相连。通过激活压电陶瓷元件，在通道中产生压力脉冲，由此在对面的硅结构体中从喷嘴中喷出液滴。这种微分配器允许顺序产生具有明确尺寸和频率的液滴。
光谱测量设备4配置在室1的周边并被调整在包衣过程中对包衣进行光谱测量，优选通过NIRS(近红外光谱)测量。所得光谱测量数据表示为一个样本向量。光谱测量设备4也被调整用于评价在样本向量中的测量数据并导出与包衣相关的测量值。这个测量值输送到主控设备5贮存起来。
NIRS同时提供了包衣的物理和化学性能。这种光谱方法与其它常规使用的几种光谱方法相似，是非侵入性的，也是非破坏性的。进行一个NIRS测量是很快的，因此它可用于各种样品的连续测量。通过NIRS测量获得的可能性将在下面进一步讨论。
更进一步，使用本发明的光谱测量方法，从几种不同厚度的包衣中提取信息是可能的，也即是说可能既从其表面又从其更深的层位提取信息。另外，直接测量包衣的厚度也是可能的。可以以这样的一种方式进行光谱测量，包衣厚度有待测量的颗粒P相对于测量设备4定位在所期望的水平上。这样，可以测量平均包衣厚度或包衣厚度的变化。通过使用成像光谱法，可以测量在包衣中的局部不均匀性。成像光谱法也允许在光谱测量中颗粒P的位置有偏差。
在光谱测量设备4中，为了提取与包衣质量直接相关的信息对样本向量进行评估。在一个实施方案中如下进行评估，通过对样本向量进行数学分析，连同前面的数据一起对数据进行加权并且将它们精简为至少一个测量值。在本实施方案中使用了化学计量方法。更具体地并且至少在包衣过程中进行连续测量的情况下，对样本向量使用了多元分析方法，如PCA(主成份分析法)或PLS(偏最小二乘法)。
这样，从相关的物理和/或化学性能角度而言，直接测量包衣的质量是可能的。作为另外的实例，通过提取与包衣表面温度相关的测量值可以监控传递至包衣的热量。另外，通过提取与包衣含湿量相关的测量值可以监控传递至包衣的质量。
主控设备5，例如个人计算机，被调整用于连续储存可能影响室1中颗粒P上的包衣过程的控制参数。一些控制参数在上面提及，例如气体温度、气体湿度、液滴生成速度和液滴尺寸。主控设备从下列设备中接受另外的控制参数信息分别用于测量通过管6进入室1的气体温度、流速和溶剂浓度的温度传感器10a、质量流量计11和气体分析仪12，还有分别用于测量排出室1的气体温度和溶剂浓度的温度传感器13和气体分析仪14。另外，温度传感器10b用于测量进入室1的保护气体的温度。可以提供其他这类常规传感器。其它的控制参数包括包衣液分配器3的断续负载，即颗粒P分别进行润湿和干燥的时间长短。其它的控制参数与颗粒P本身或包衣液组分的浓度相关。
应当理解在包衣过程中可以改变一个或多个控制参数以监控其对由元件4测量的包衣性能的影响。
可能的变化的实例包括，例如使用其它光谱测量方法如那些基于拉曼散射或在UV和可见或红外(IR)波长区中的吸收或发光如荧光发射的方法。
另外一种变化的实例用如下一种更简单的分析法代替化学计量方法。通常，在用光谱方法时，获得了很宽的响应光谱。然而，不是使用化学计量方法对从这种很宽的响应光谱获得的所有测量值进行分析，而是仅仅分析测量值中的一个或几个值。例如，可以分析在几个单一频率处的测量值。同样，当使用拉曼光谱法时，其经常导致测量值按照波长很好地分离，此时可以使用这种简化的分析方法。
权利要求
1.一种监控在单个颗粒(P)上形成包衣的方法，其包括下列步骤将颗粒(P)置于给定的空间位置上；在颗粒(P)上形成所述包衣；并获得至少一个与该包衣相关的主要参数的测量值，该方法的特征在于所述测量值是在形成该包衣的上述步骤中通过对包衣进行光谱测量获得的。
2.权利要求1的方法，其中所述光谱测量至少在形成包衣的部分步骤中是连续进行的，由此产生所述至少一个主要参数的一系列测量值。
3.权利要求1或2的方法，其中将颗粒(P)置于给定的空间位置上的所述步骤包括使该颗粒(P)流化在向上导入的气流上。
4.权利要求1-3任一项的方法，其中在颗粒(P)上形成所述包衣的所述步骤包括生成流体的单个液滴(D)，并使该液滴撞在所述颗粒(P)上。
5.权利要求3和4的方法，其中所述液滴(D)在所述产生时进入并随着所说的向上导入的气流撞向颗粒(P)。
6.权利要求4或5的方法，其中所述单个液滴(D)是重复产生的，由此形成至少一个顺序撞在颗粒(P)上的液滴(D)流。
7.前述权利要求任一项的方法，还包括监控至少一个与颗粒(P)的环境或颗粒(P)本身相关的控制参数的步骤，以及识别在所述至少一个控制参数与所述至少一个主要参数之间的函数关系的步骤。
8.权利要求7的方法，还包括基于所述单个颗粒(P)的所述函数关系生成聚集体模型的步骤，该模型用于为大量的这类颗粒(P)预测所述至少一个控制参数对所述至少一个主要参数的影响。
9.权利要求7或8的方法，还包括基于、至少部分基于所述测量值来改变所述至少一个控制参数的步骤。
10.权利要求7-9任一项的方法与权利要求3或5相结合的方法，其中所述至少一个控制参数包括气流的特性如流速、温度或溶剂含量。
11.权利要求7-9任一项的方法，其中所述至少一个控制参数包括颗粒(P)的特性，如尺寸、形状、密度或孔隙率。
12.权利要求7-9任一项的方法与权利要求4-6任一项相结合的方法，其中所述至少一个控制参数包括液滴(D)的特性，如液滴大小、液滴生成速度或液滴组分的浓度。
13.权利要求7-9任一项的方法与权利要求4-6任一项相结合的方法，其中所述至少一个控制参数包括在形成所述包衣步骤中的润湿时间，通过控制所述液滴产生来影响该润湿时间。
14.权利要求7-9任一项的方法与权利要求4-6任一项相结合的方法，其中所述至少一个控制参数包括在形成所述包衣步骤中的干燥时间。
15.前述权利要求任一项的方法，其中获得所说的测量值的步骤包括从光谱测量中生成一个测量数据的样本向量，并将该测量数据精简成所述至少一个主要参数的测量值。
16.前述权利要求任一项的方法，其中光谱测量是按照近红外光谱法进行的。
17.前述权利要求任一项的方法，其中光谱测量是按照基于拉曼散射的光谱法进行的。
18.前述权利要求任一项的方法，其中光谱测量是按照基于在UV、可见、或红外(IR)波长区的吸收或发光如荧光发射的光谱法进行的。
19.前述权利要求任一项的方法，其中光谱测量是按照成像光谱法进行的。
20.前述权利要求任一项的方法，其中颗粒(P)是一种药品，如药丸、药片或胶囊。
21.前述权利要求任一项的方法的应用，用于识别所述至少一个主要参数与形成包衣过程中颗粒(P)的环境特性和/或颗粒(P)本身特性之间的函数关系。
22.权利要求2的方法的应用，用于控制一批颗粒的包衣过程，其中所述系列测量值在该控制中用作系列参考值，并且其中对该批颗粒进行相应的光谱测量以提供用于该控制的系列实际值。
23.权利要求1-20任一项的方法的应用，用于控制一批颗粒的包衣过程，其中识别的函数关系是在所述至少一个主要参数与至少一个同时监控的控制参数之间的函数关系，该参数与单个颗粒(P)的环境相关；其中根据该函数关系选择所述至少一个控制参数的一个或多个来代表所述至少一个主要参数的一个或多个；其中，对所述单个颗粒(P)测定所述一个或多个选定控制参数的所期望的系列值；其中一批颗粒的包衣过程根据所期望的选定控制参数值的系列进行控制。
24.一种用于监控在单个颗粒(P)上形成包衣的设备，其包含用于将颗粒(P)置于给定的空间位置上的设备(2，5，6，9)；以及流体供应设备(3)，用于向颗粒(P)使用包衣液以形成包衣，该设备的特征在于测量设备(4)，其用于在形成所述包衣的过程中对包衣进行光谱测量并导出至少一个与该包衣相关的主要参数的测量值。
25.权利要求24的设备，其中测量设备(4)用于连续进行光谱测量，由此生成所述至少一个主要参数的系列测量值。
26.权利要求24或25的设备，其中颗粒配置设备(2，5，6，9)包含流动设备(2)，用于产生流动气流，颗粒(P)在该气流上流化。
27.权利要求26的设备，还包含一个室(1)，在该室中在颗粒(P)上形成所述包衣，其中所述流动设备(2)用于在室(1)中向测量设备(4)和颗粒(P)的位置之间提供保护气体，该保护气体基本上与用于使所述颗粒(P)流化的气体一致。
28.权利要求24-27任一项的设备，其中可操作流体供应设备(3)产生单个液滴(D)，其被引导撞向颗粒(P)。
29.权利要求26和28的设备，其中配置流体供应设备(3)用于向流动气流中喷入每一个液滴(D)。
30.权利要求28或29的设备，其中配置流体供应设备(3)来重复生成所述单个液滴(D)，由此形成顺序撞在颗粒(P)上的液滴(D)流。
31.权利要求24-30任一项的设备，还包含一个控制设备5，其适用于监控与颗粒(P)的环境或颗粒(P)本身相关的至少一个控制参数。
32.权利要求31的设备，其中控制设备(5)适用于从测量设备(4)接收测量值并且根据，至少部分根据该测量值来改变所述至少一个控制参数。
33.权利要求32结合权利要求26或28的设备，其中所述至少一个控制参数包括流化气流的特性如流速、含湿量或温度，其中可操作控制设备(5)通过控制流动设备(2)来产生所述变化。
34.权利要求32结合权利要求28-30的任何一项的设备，其中所述至少一个控制参数包括液滴的特性如液滴大小、液滴生成速度或液滴组分的浓度，其中可操作控制设备(5)通过控制流体供应设备(3)来产生所述变化。
35.权利要求32结合权利要求28-30的任何一项的设备，其中所述至少一个控制参数包括液滴的产生时间，其中可操作控制设备(5)通过控制流体供应设备(3)来产生所述变化。
36.权利要求32结合权利要求28-30的任何一项的设备，其中所述至少一个控制参数包括干燥时间，并且其中可操作控制设备通过控制流体供应设备(3)来产生所述变化。
37.权利要求24-36任一项的设备，其中测量设备(4)用于按照近红外光谱法进行光谱测量。
38.权利要求24-37任一项的设备，其中测量设备(4)用于按照基于拉曼散射的光谱法进行光谱测量。
39.权利要求24-38任一项的设备，其中测量设备(4)用于按照基于在UV、可见、或红外(IR)波长区的吸收或发光如荧光发射的光谱法进行光谱测量。
40.权利要求24-39任一项的设备，其中测量设备(4)用于按照成像光谱法进行光谱测量。
41.权利要求24-40任一项的设备，其中颗粒(P)是药品，如药丸、药片或胶囊。
全文摘要
在监控在单个颗粒(P)上形成包衣的方法中，使用了一种设备，该设备包含用于将所述颗粒(P)置于在给定的空间位置上的设备(2，5，6，9)，以及用于向颗粒(P)施用包衣流体以形成包衣的流体供应设备(3)。另外，该设备有测量设备(4)，其用于在形成包衣的过程中在包衣上进行光谱测量并导出至少一个与该包衣相关的主要参数的测量值。这样，对这些主要参数，例如与包衣质量相关的厚度、厚度生长速度和物理和/或化学性能，同时还有传热、传质和动量传递，能够在单个颗粒(P)上的包衣过程中进行连续和非侵入性的监控。这类测量的结果可用于理解在单个颗粒(P)上的包衣过程，并最终用于控制、放大和开发工业实际规模的包衣车间。
文档编号G01N21/31GK1395682SQ01803640
公开日2003年2月5日 申请日期2001年1月8日 优先权日2000年1月13日
发明者S·福勒斯塔, B·I·尼克拉松, A·拉斯穆松, D·斯特伦 申请人:阿斯特拉曾尼卡有限公司