为符合监管部门的要求，药品生产领域一直关注连续生产以提高生产效率和提升产品质量。然而，若要实现连续生产效益增大，以及获得监管机构的批准，就必须建立起药品生产过程中的工艺参数与产品属性间的对应关系。但是，由于传统的粉末以及颗粒的测试方法敏感度不够高，很难获得这样的对应关系。
在本文研究中，我们与 GEA 公司*合作，探讨了在连续生产环境中，制粒特性与配方以及工艺参数之间的关系。在研究中，采用了 GEA 的 ConsiGma 连续式高剪切湿法造粒和干燥系统进行连续造粒生产，配合使用 Micromeritics FT4 粉体流变仪，定量表征当配方和工艺参数发生改变时，在造粒的各个阶段制粒的性质发生的相应变化。
将本研究拓展到片剂生产后，发现制粒的性质与片剂的关键质量属性之间亦存在明显的对应关系。这种对应关系正是真正的质量源于设计（QbD）方法所需要的信息。
FT4 粉体流变仪是一台通用的粉末性质测试仪，提供全自动的、可靠、完整的粉体性质表征。它所测得的数据可用来量化生产加工过程中工艺参数的变化对产品性质的影响，所以对于粉体加工和产品开发很有价值。该仪器擅长测量粉末的流动性质，除此之外 FT4 还提供了剪切池测试，以及包含堆密度、粉末压缩性和透气性等整体性质在内的综合粉末性质测试。
ConsiGma-1 是 ConsiGma 药片生产设备的小规模版本。该系统由一个连续高剪切造粒机和小型干燥机组成，能够生产几百克到几公斤的物料。它能够以连续的方式实现造粒，不会因启动和停机产生浪费。它使用了一种内置控制组合，获得的造粒的性质更为宽泛。这种采用双螺杆挤出方法的造粒机调控等待时间短，意味着调节挤出速度、加水量等工艺参数后，湿粒的性质几乎随之瞬时发生改变。
ConsiGma-1
为评估改变加水量、进料速度和造粒机螺杆速度对造粒的影响，本研究设计了一系列的实验。实验用料采用两种简单的粉末配方，主要成分分别为对乙酰氨基酚（APAP）和磷酸氢钙（DCP）。
下图显示了湿粒的性质如何因 ConsiGma-1 加工变量的变化而发生变化。
从 APAP 配方的数据图（图1）可以看出，在固定的给料速度下，对于所有的螺杆速度，基本流动能（BFE）随着水含量的升高而升高。
基本流动能（BFE）定量描述了所测粉末或湿粒的动力学行为。它测量当特定形状的叶片通过样品时，样品对发生流动所产生的阻力。作为一种精确且敏感的测试手段，它通常被用来评估任意一种粉体的性质和质量。
此外，对于 APAP，BFE 随螺杆速度的降低而增加。
这两个规律都是意料之中的。高的水含量和低的螺杆速度（增加剪切），会造出更大、更重和更粘结的湿粒。这些效应导致引起流动的阻力增高（较高的 BFE）。但是，之间的区别是，BFE 数值随水含量线形增加，与螺杆转速没有这样的规律。从数据中还能看到，螺杆速度 600rpm/水含量11%，与螺杆速度 450rpm/水含量8%两种不同条件下产出湿粒的 BFE 数值非常相近。
对于 DCP 配方（图2），在固定 15% 水含量以及 600rpm 螺杆速度条件下，BFE 数值随供料速度的降低而显著增加。对比另外的数据则可以看出，乳沟水含量增高，加快供料速度可以得到相同性质的湿粒。对本配方，25% 水含量/ 25kg / hr 供料速度，与 15% 水含量/ 18kg / hr 供料速度两种不同条件下产出的湿粒应该有相同的性质。
鉴于两种不同的基材都具备同样的规律，因此，能够认为使用不同的水含量、螺杆转速和供料速度等多个参数组合，获得明确的湿粒性质（用 BFE 数值描述）。
为了展示上述多种不同的参数组合能够造出明确湿粒性质这一概念，选用 APAP 配方进行造粒，采用设定的 BFE 数值作为目标值。
由表 1 所示，选用了几种不同的加工“条件”组合，造出两种不同性质的湿粒。经测试，在 1&2 条件下，湿粒的 BFE 数值大概为2200mJ 左右, 3&4 条件下为3200mJ。在整个湿法造粒加工过程的后续流程中，BFE 数值的这一相对分组情况保持不变，3&4 条件下的 BFE 数值总是高于 1&2 条件（图3）。
下面的图表进一步展示出造粒的流动性质如何随着加工的进程不断发生改变。对于加工条件 3&4，湿粒干燥后颗粒的 BFE 数值增加。该条件下产出的颗粒尺寸较大，密度和硬度较高，颗粒间的机械咬合较高，导致干燥后对流动的阻力比湿粒更高。条件 1&2 下的情况则刚好相反，湿粒干燥后颗粒的 BFE 数值降低。此条件下产出的颗粒结构较为疏松，密度和颗粒尺寸较小，干燥颗粒对流动的阻力反而低于湿粒（表 1 和图 3）。
经过磨粉工序，颗粒尺寸减小，两组工艺条件下颗粒间的 BFE 数值差异虽然趋向收敛，其间的差异仍然比较明显。这表明它们的物理性质存在区别。这种差异一直保留到随后的润滑工序。
这些发现证明颗粒的性质取决于加工条件，而更为重要的是，获得所需的制粒质量可以通过不止一种生产路线。
为生产特定质量的产品，能够在更大的范围空间内实现配方开发和加工单元的组合，上述结果对于配方专家、工艺工程师和设备设计师们显得极为重要。
作为一个独立的结果，这样的结论本身可以说是重要的。如果发现制粒的属性与最终片剂产品的性质间有对应关系，那么它就能够发挥更为重要的作用。
进一步使用 GEA Modul S 旋转压片机把 4 种不同条件下生产出的经湿粒、干燥、磨粉以及润滑后的最终颗粒进行压片，随后使用 Dr. Schleuniger Pharmatron 8M 压片硬度测试仪测试压片的强度（见图 4）。
四个条件下生产的片剂的硬度与干燥颗粒以及磨粉后颗粒的 BFE 数值间有很好的线性相关性，R2 数值高0.99（图5）。与湿粒和润滑颗粒间的线性相关性稍差，这是由于存在水分或流动助剂（硬脂酸镁）等额外成分的影响。根据大众认知，这两者即便是含量很少，也会对粉体的流动性质产生影响。
可以得出结论，在造粒过程中的所有制备阶段，以 BFE 表征的颗粒的流动性质与最终片剂产品的关键质量属性（CQA）间有直接的关系。
这些结果也为批量造粒设定过程放大的门槛值提供了可能。一旦确定最佳的产品 CQA 所需要的 BFE 数值，那么制造过程不用再过多关注特别的加工设备类型或者操作参数。只要湿粒的性质达到设定的 BFE 目标数值，那么片剂的质量就肯定没有问题。
本研究表明如何使用FT4粉体流变仪，有可能通过使用不同的加工条件组合，生产出明确的片剂。这是迈向完整质量源于设计（QbD）的重大一步。下一步给工作则是评估颗粒性质与其它片剂的 CQA 之间的相关性，比如片剂的均匀度、重量波动以及溶出度等。
* 感谢 GEA 制药提供相关图片
