振动破碎式微丸机的制作方法

专利名称：振动破碎式微丸机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制药设备，更具体的说，本发明涉及一种用于制备实心微丸的振 动破碎式微丸机。
背景技术：
微丸剂，作为一种新型的药物制剂，其主要特点包括以下方面-
(1) 最为突出的优点是可将难溶性药物熔融分散在亲水性基质中，以利药物的 溶出，故能够提高某些难溶性药物的生物利用度。
(2) 与同品种片剂相比，在辅料、包装材料、生产工时上可降低成本50%以上；
(3) 主药在基质中分散均匀，剂量准确，较之一般丸剂或片剂，其重量差异小；
(4) 某些液体药物，可以使用滴制法制成方便服用的固体滴丸；
(5) 选用合适的缓、控释辅料或肠溶性基质制成的滴丸，还可以控制药物的释放 并起到缓释或肠溶的作用；
鉴于以上所述微丸制剂的种种特点，医药用微丸制剂的研发和生产吸引了众多的制 药企业。高品质的微丸生产新技术已经为众多制药企业和研发单位所关注。
目前制备微丸的方法有多种，主要有包衣锅滚动制丸法、挤压滚圆法、离心造粒法、 流化床制丸法、球型成型机制丸法、喷雾干燥法、沸腾床制丸法等。
包衣锅滚动制丸法，又称为滚动泛丸法，即将药物和辅料混合粉末或预制的母丸置于包 衣锅中，喷洒润湿剂或粘合剂(水、稀醇等)，滚动成丸。
挤压滚圆法，设备包括挤压装置和滚圆装置两大部分。将药物与辅料等混合均匀加人 水、醇或粘合剂溶液制成软材；然后采用适宜的挤压机将湿料通过具一定孔径的孔或筛制 成圆柱形颗粒或条状挤出物，再经滚圆机滚圆成丸。
离心造粒法，它的主机是一台同时具有流化作用的离心机，制丸时可将部分药物与辅 料的混合细粉或母核直接投入离心机流化床内并鼓风，粉料在离心力及磨擦力的作用下， 在定子和转子的曲面上形成回转运动的粒子流，通过喷枪喷射入适量的雾化浆液，粉料凝 聚成粒，获得球形母核，然后继续喷入雾化浆液并喷洒含药粉料，使母核增大成丸。
流化床制丸法，设备由空气压縮系统动力加热系统喷雾系统及控制系统组成。其方法 是将物料置于流化室内， 一定温度的空气由底部经筛网进人流化室，使药物、辅料在流化 室内悬浮混合，然后喷入雾化粘合剂，粉末开始聚结成均一的球粒，当颗粒大小达到规定 要求时，停止喷雾，形成的颗粒直接在流化室内干燥。
目前制备微丸的方法虽有多种，但能被接受的较常用的方法和设备是包衣锅滚微丸， 流化床包衣机制微丸以及挤出滚圆法制微丸。锅包法设备简单，价格低廉，目前被实验室较多采用。 一般需要预制的丸心，才能滚出较好的微丸，滚出的微丸质量与操作者的经验、 水平有很大的关系，颗粒大小较难控制，粒度分布不均，粉尘污染大，成品合格率低，批 问重现性差等缺点，且生产效率低，操作周期长，劳动强度大，不适应工业化大规模生产； 流化床包衣机是国外制备微丸较常用的方法，系统较为复杂，由空气压縮系统，动力加热 系统，喷雾系统等组成。微丸成型效果受喷浆速度、转盘转速、供粉速度、鼓风量等因素 影响，操作复杂，对气流等参数大小的控制要求十分精确，价格也比较昂贵；挤出滚圆法 制微丸是目前应用最广的成丸方法，效率高，粒径分布范围宽，粉尘飞扬少，但如果制得 的条状物较硬，则硬度好，圆度差；如制得的条状物较软，圆度好，硬度差，并且由于余 料需要再次挤压搓圆，使微丸的崩解、溶出等性质出现较大变化。

发明内容
本发明所要解决的问题，就是提供一种能够克服现有微丸机一些缺点(比如系统 复杂、控制难度大、对操作者水平要求较高、粉尘污染、原料浪费、效率低等)的一 种新型微丸机。为此，本发明采用如下的技术方案
一种振动醉碎式微丸机，包括储液罐、滴丸系统、冷却循环装置、微丸收集器， 控制电路，其i，
所述的储液罐外壁设置有夹壁层，在夹壁层内设置有加热器和温度传感器，温度 传感器和加热器分别与控制电路相连，控制电路根据温度传感器检测的温度控制加热 器的通断；所述储液罐的下部设有电动阀门；
所述的滴丸系统包括滴头、喷孔、激振器、齿轮泵，所述滴头与激振器之间通过 刚性连杆相连；滴头的下部设置有一个或一个以上的喷孔，所述喷孔的上部为进液口， 下部为喷口；滴头与储液罐电动阀门之间通过管路相连，在管路上设置有齿轮泵；滴 头侧壁上开设有两个插入孔，在孔内插有分别与控制电路相连的加热器和温度传感器， 控制电路根据温度传感器检测的温度控制加热器的通断；
所述冷却循环装置包括冷凝柱、搅拌装置、过滤器、冷凝箱、冷却泵和电磁泵， 所述冷凝柱设置在滴头的下方，其上端设置有搅拌装置，下端通过循环管连接到过滤 器，冷凝箱位于过滤器的下方，其下部设置有冷却泵；通过冷却泵冷却的液体由循环 管和电磁泵被送回冷凝柱内；
所述的微丸收集器，用于收集经过过滤器滤出的微丸。
作为优选实施方式，本发明的振动破碎式微丸机，所述的搅拌装置包括由电机驱 动的搅拌桨，通过控制电路调节搅拌速度，并实时显示搅拌速度；在所述的齿轮泵的 泵头上装有加热圈和温度传感器，温度传感器检测到的温度信号被送入控制电路，由 控制电路根据温度信号控制加热温度；控制电路根据捕捉的齿轮泵的脉冲数，获得瞬 时流量，再根据喷口直径和瞬时流量，算出喷口处药液的瞬时流速，并在显示器上实 时显示；所述喷孔的喷口处壁厚《0.3mm，所述喷口直径为0.2-lmm;所述激振器与驱动电源1相连，并通过驱动电源控制激振器的振动频率与振幅；所述驱动电源的频率 控制范围为10Hz至20KHz，精度为1Hz;电压控制范围为0V至24V，精度为0. 01V;
连接滴头与储液罐电动阀门的管路为软管；储液罐内设置有搅拌器。
本发明通过滴制法制备微丸，设备简单，操作方便，生产周期短，制丸效率高，微 丸成型效果好；粒径调整范围宽，只需要更换不同孔径的滴头，配以合适的破碎频率和振 幅，就可滴制几十微米到几毫米的微丸，即适用于实验室小批量生产，又适合工业大批量 生产，是非常具有应用前景的一种微丸设备。与现有的微丸制备设备相比具有如下有益 效果
(1) 采用液体射流破碎原理制备微丸，生产效率明显提高；
(2) 通过振动频率、振幅与药液流速相匹配的振动滴制方式，可获得圆整光滑、 粒径偏差《10%的微丸；
(3) 不改变喷孔的孔径，只改变频率与流速也可在一定范围内得到不同粒径的 滴丸，从而使在线调节滴丸丸重成为可能，提高了设备的可操作性；
(4) 当喷口孔径为O. 2-0.5mm时，可快速、高效的制备粒径小于lmm，粒径偏差 《10%的微丸，并保证其制备效果同于滚圆机、离心喷雾机、以及流化床等制备微丸的 主要设备；
(5) 结构简单、设计合理，操作条件易于控制，制备成本低，丸重差异小，制 备过程简单，适用于多品种微丸的批量生产。
(6) 通过设置搅拌系统，减小了射流液滴之间相粘连的现象，大大减小了粒径偏差。
(7) 采用齿轮泵作为流速控制与传输单元，使得射流药液的流速更加稳定流畅， 从而获得更好的制丸效果。


图1是本发明中所述滴丸机的结构示意图； 图2是所述滴丸机中滴头的剖面结构示意图； 图3是所述滴丸机中喷孔的结构示意图。 附图标记说明
1驱动电源1 2激振器3搅拌装置 4 P 7冷凝柱 8电磁泵 9壳体 10; 13四氟软管 14微型齿轮泵 15: 18循环管 19进液螺纹孔 20: 21温度传感器插入孔 22加热器插入孔 25与滴头装配螺纹 26进液口 27喷口
WJ性连杆 5滴头 6喷孔 搅拌器ll储液罐12电动阀门 过滤器16冷凝箱17冷却泵 连接激振器螺纹孔
23底盖 24装喷孔螺纹孔
28喷口壁厚具体实施方式
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以下结合图l、图2、图3以及一个实施例对本发明作以详细描述。 图l示出了本发明中所述滴丸机的整体结构。
本发明的微丸机包括壳体9以及设置在壳体9内的储液罐11、滴丸系统、冷却循 环装置、微丸收集器、控制电路等。
储液罐ll外壁设置有夹壁层，在夹壁层内设置有加热器和温度传感器，下部设有 电动阀门12;
滴丸系统包括滴头5、激振器2、齿轮泵14。图2为滴头5示意图。滴头5侧壁上 设置有进液螺纹孔19以及加热器插入孔22，其上端设置有与连杆连接的螺纹孔20以 及温度传感器插入孔21，其下端设置有底盖23，底盖23上设置有装配喷孔6的螺纹 孔24。本实施例中的滴头5采用了加热器与滴头一体化的设置，其优点是重量轻且有 利于传热保温，拆卸方便，可以达到控制滴头5内药液温度的目的。
根据滴丸制备工艺的需要，滴头5的下端可以设置1至8个可拆卸喷孔6，喷孔6 的结构如图3所示，其上部设置有与滴头5下端底盖装配的滴头螺纹，其中心为进液 口 26，其下端的喷口壁厚28的数值《0. 3mm，其喷口 27的直径为0. 2-lmm。
滴头5与激振器2之间通过刚性连杆4相连。为了方便控制振动的频率和振幅， 本发明设计了专门的激振器2驱动电源1频率可在10Hz至20KHz的范围内连续调节，调 节精度为lHz,电压可在0V至24V范围内连续可调，调节精度为0.01V，且其振幅和振动 频率的数值可通过壳体9上设置的显示面板进行实时显示。滴头5侧壁上开设有两个插 入孔，在孔内插有分别与控制电路相连的加热器和温度传感器。
滴头5与储液罐11电动阀门12之间通过管路相连，为了方便控制药液射流速度， 保证射流速度的稳定，本发明采用微型齿轮泵14作为药液传输与流速控制装置。微型 齿轮泵14由齿轮泵头和驱动电机组成，电机每转一转，输出体积恒定的药液，同时电 机输出恒定个数的脉冲，通过检测每秒脉冲的个数从而得到瞬时流量。
冷却循环装置包括冷凝柱7、过滤器15、冷凝箱16、冷却泵和电磁泵8。冷凝柱 7通过循环管连接到过滤器15，冷凝箱16位于过滤器15的下方，其下部设置有冷却 泵17;通过冷却泵17冷却的液体由循环管和电磁泵8被送回冷凝柱7内；微丸收集器 安装在过滤器15旁，用于收集经过过滤器15滤出的微丸。
为了减小药液破碎后在冷凝液中的粘连现象，本发明设计了搅拌装置3，采用平 桨式搅拌桨或涡轮式搅拌桨，在冷凝柱7内设计了控制装置，控制电路通过旋钮调节 搅拌装置的搅拌速度，并在显示器上实时显示搅拌速度。
为了利于药液的混合与传热，本发明在储液罐ll内设置了搅拌桨IO (搅拌器)， 搅拌速度可调；
为了控制所述储液罐11内药液的温度，本发明所述储液罐11设有夹壁层，夹壁 层内设有加热器和温度传感器，可以进行水域或油域加热；为了承受药液温度，同时减少管道弹性力对激振器2振动的影响，本发明中储液 罐ll与微型齿轮泵14之间，微型齿轮泵14与滴头5之间采用耐温性、耐压性与柔韧 性均较良好的四氟软管。
为了使药液一直处于熔融状态，顺利传输，齿轮泵泵头上安装有加热圈对泵头加 热，泵头上还安装有温度传感器，检测到的温度信号被送入控制电路，由控制电路根 据温度信号控制加热圈的通断，从而控制加热温度，控制电路将温度值在显示器上实 时显示。
为了整体设置的方便，所述的电磁激振器2与所述的储液罐11采用并行方式放置。
本发明的控制电路，采用PIC18F4431作为控制器，利用其CCP模块检测单位时间 内齿轮泵14的脉冲数，从而获得瞬时流量，再根据喷口直径和瞬时流量，算出喷口处 药液的瞬时流速，并在显示器上实时显示。
储液罐11和滴头5外部的加热器和温度传感器分别与控制电路相连，控制电路根 据温度检测值，控制加热器的通断。
使用上述滴丸机制备微丸的方法包括如下步骤
(1) 将药物与基质放入储液罐11中，对储液罐ll加热，同时微型齿轮泵14与 滴头5进入加热状态；并打开冷却泵17、电磁泵8，同时调节冷凝柱7中冷凝剂液面 的高度；
(2) 待药物与基质熔融成为药液之后，开动搅拌桨将其搅拌均匀；
(3) 设定流速，振动的频率与振幅；
(4) 设定搅拌速度，并开启搅拌；
(5) 打开电动阀门12与微型齿轮泵14，使药液在齿轮泵14的吸引作用下通过滴 头5的喷孔6形成恒定速度的射流，同时在激振器2的振动下破碎并进入冷凝柱7，经冷 凝柱7中的冷凝液冷凝形成微丸；
(6) 微丸随冷凝液一起通过冷凝柱7底部的循环管流入过滤器15并被过滤器15 过滤收集，冷凝液则经过滤器15流入冷凝箱16，经制冷泵制冷后再被电磁泵8打回 冷凝柱7循环使用。
本发明的振动破碎式微丸机，依据射液体射流破碎理论而研制。该微丸机通过微 型齿轮泵的吸引作用将储液罐中的熔融药液传输至自加热的滴头，并使药液在滴头的 喷孔处形成射流，该射流在激振器所加的一定频率和振幅的振动作用下破碎，冷凝后 形成微丸，其单孔制备效率通常可达25ml/min。
本发明采用振动破碎方式制备微丸，其制备原理为药液在微型齿轮泵的吸力作用 下通过喷孔，在喷孔出口形成一定流速的射流，射流在外加激振器的特定频率和振幅的作 用下破碎形成均匀的液滴，液滴冷却收縮后就得到微丸。只要频率、振幅和滴速匹配合适， 就会得到粒径偏差《10%，圆整光滑的滴丸或微丸。
举例物料为聚乙二醇(PEG) 4000，喷孔直径0.6mm的单孔，振动频率70Hz，电压3. 0V， PEG4000喷射流量18ml/min，所制备的滴丸平均粒径为1. 753誦，粒径偏差为 3.6%;振动频率80Hz，电压3.0V， PEG4000喷射流量18ml/min，所制备的滴丸平均粒 径为1.819mm，粒径偏差为4. 1%。
以上参照附图对本发明技术方案的描述是示意性的，没有限制性。本领域的技术 人员应该能够理解，在实际的实施中，本发明的滴丸机中各构件的形状和布局方式均 可能发生某些改变；而在本发明的启示下，其他人员也可以作出与本发明相似的设计 或对本发明中各部件的设置状况作出修改或对其中的某个构件进行等同替换。特别需 要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变以及具有等同替换 的相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种振动破碎式微丸机，包括储液罐、滴丸系统、冷却循环装置、微丸收集器，控制电路，其中，所述的储液罐外壁设置有夹壁层，在夹壁层内设置有加热器和温度传感器，温度传感器和加热器分别与控制电路相连，控制电路根据温度传感器检测的温度控制加热器的通断；所述储液罐的下部设有电动阀门；所述的滴丸系统包括滴头、喷孔、激振器、齿轮泵，所述滴头与激振器之间通过刚性连杆相连；滴头的下部设置有一个或一个以上的喷孔，所述喷孔的上部为进液口，下部为喷口；滴头与储液罐电动阀门之间通过管路相连，在管路上设置有齿轮泵；滴头侧壁上开设有两个插入孔，在孔内插有分别与控制电路相连的加热器和温度传感器，控制电路根据温度传感器检测的温度控制加热器的通断；所述冷却循环装置包括冷凝柱、搅拌装置、过滤器、冷凝箱、冷却泵和电磁泵，所述冷凝柱设置在滴头的下方，其上端设置有搅拌装置，下端通过循环管连接到过滤器，冷凝箱位于过滤器的下方，其下部设置有冷却泵；通过冷却泵冷却的液体由循环管和电磁泵被送回冷凝柱内；所述的微丸收集器，用于收集经过过滤器滤出的微丸。
2. 根据权利要求1所述的振动破碎式微丸机，其特征在于，所述的搅拌装置包括 由电机驱动的搅拌桨，通过控制电路调节搅拌速度，并实时显示搅拌速度。
3. 根据权利要求1所述的振动破碎式微丸机，其特征在于，在所述的齿轮泵的泵 头上装有加热圈和温度传感器，温度传感器检测到的温度信号被送入控制电路， 由控制电路根据温度信号控制加热温度。
4. 根据权利要求1所述的振动破碎式微丸机，其特征在于，控制电路根据捕捉的 齿轮泵的脉冲数，获得瞬时流量，再根据喷口直径和瞬时流量，算出喷口处药 液的瞬时流速，并在显示器上实时显示。
5. 根据权利要求1所述的振动破碎式微丸机，其特征在于，所述喷孔的喷口处壁 厚《0.3mm，所述喷口直径为0. 2-lmm。
6. 根据权利要求1所述的振动破碎式微丸机，其特征在于，所述激振器与驱动电 源1相连，并通过驱动电源控制激振器的振动频率与振幅。
7. 根据权利要求2所述的振动破碎式微丸机，其特征在于，所述驱动电源的频率 控制范围为10Hz至20KHz，精度为1Hz;电压控制范围为0V至24V，精度为 0. 01V
8. 根据权利要求1所述的振动破碎式微丸机，其特征在于，连接滴头与储液罐电 动阀门的管路为软管。
9. 根据权利要求1所述的振动破碎式微丸机，其特征在于，储液罐内设置有搅拌 器。
全文摘要
本发明属于制药设备技术领域，涉及一种振动破碎式微丸机，包括储液罐、滴丸系统、冷却循环装置、微丸收集器，控制电路。其中的滴丸系统包括滴头、喷孔、激振器、齿轮泵，滴头与激振器之间通过刚性连杆相连；滴头的下部设置有一个或一个以上的喷孔，喷孔的上部为进液口，下部为喷口；滴头与储液罐下方的电动阀门之间通过管路相连，在管路上设置有齿轮泵；滴头侧壁上开设有两个插入孔，在孔内插有分别与控制电路相连的加热器和温度传感器，控制电路根据温度传感器检测的温度控制加热器的通断；冷却循环装置包括冷凝柱、搅拌装置、过滤器、冷凝箱、冷却泵和电磁泵。本发明的优点是可批量生产微丸剂，生产效率高，设备结构简单，控制方便。
文档编号A61J3/06GK101574305SQ20091006924
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者何明霞, 刘艳君, 张海斌, 康 王, 利 秦 申请人:天津大学