本發(fā)明涉及粉末灌裝設(shè)備，更具體地說，涉及一種機(jī)械振動式粉體微量灌裝噴頭。

背景技術(shù)：

在制藥工業(yè)中，粉體材料作為原料、中間體、最終產(chǎn)品涉及到藥物研發(fā)與生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。為提高藥物的生物藥效和人體對水溶性差的藥物吸收，藥物制劑中所用粉體顆粒粒徑通常低至微米或納米級。但這類細(xì)粉材料會表現(xiàn)出非常差的流動性，給藥物研發(fā)和生產(chǎn)造成了很大的操作技術(shù)難題和原料浪費。其中，呼吸道干粉吸入型藥劑作為治療哮喘、慢性阻塞性肺炎等肺部疾病的有效手段，其研發(fā)和生產(chǎn)在國內(nèi)開始受到高度重視。干粉吸入劑的生產(chǎn)受嚴(yán)格的制藥和制造標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)管，其中最具挑戰(zhàn)性的是對干粉吸入劑劑間均一性的控制。因此，藥物粉體的灌裝成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。灌裝工藝的精確度決定著藥品劑間的均一性。其高效性可以解決產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中生產(chǎn)成本高，周期長，原料浪費嚴(yán)重等問題，減少能源，材料以及人力等資源的浪費。針對此類技術(shù)需求，在上世紀(jì)末研究人員開始關(guān)注粉體微量灌裝技術(shù)在生物制藥產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。

目前，常見的粉體微量灌裝技術(shù)是采用氣動技術(shù)和體積法。專利US4350049在1982年介紹了將氣動技術(shù)與體積法結(jié)合在粉體微量運送中的應(yīng)用。但方法不能提供連續(xù)性的粉體輸送，粉體填料和運送是交替完成的。采用體積法的灌裝技術(shù)是難于生產(chǎn)微劑量藥劑(＜20毫克)的；灌裝粉體的稱量由預(yù)先設(shè)計好的體積定量槽完成，精確度受粉體顆粒堆積密度的實時變化所影響；如需更改灌裝劑量需要重新設(shè)計更換灌裝設(shè)備，這無疑增大了時間與經(jīng)濟(jì)成本。而且只能完成單一粉體或粉體混合物的灌裝，對于多組分藥物就必須先將這些組分大量混合，然后再進(jìn)行灌裝，這樣會導(dǎo)致由混合帶來的劑間組分不均勻。另外，對粘性高的粉體進(jìn)行灌裝時也很容易出現(xiàn)粉體堵塞，導(dǎo)致低劑量輸出或過程停滯。

重量法是另一種粉體微量灌裝的解決方案。粉末在重力的作用下通過噴嘴卸料進(jìn)入目標(biāo)位。然而，藥劑生產(chǎn)中的極細(xì)粉末由于其流動性不好，在重力作用下不能實現(xiàn)自由流動，保證不了每次灌裝劑量的一致性，影響灌裝精度乃至產(chǎn)品質(zhì)量。公開文獻(xiàn)J Biomol Screen，10(2005)p524-531中介紹了為實現(xiàn)精確的重量法灌裝，灌裝系統(tǒng)增添了有即時質(zhì)量迭代反饋回路的重量平衡系統(tǒng)。該系統(tǒng)由天平反饋即時重量來控制噴頭閥門以開啟和關(guān)閉粉體流動卸料。這樣提高了灌裝精度，但同時也帶來了過程耗時并難以適用于大規(guī)模生產(chǎn)線的缺陷。

根據(jù)最新研究發(fā)現(xiàn)，由振動激勵并控制的粉體微量灌裝技術(shù)可以有效解決體積法和重量法現(xiàn)有的應(yīng)用缺陷。其在使用毛細(xì)管或微型漏斗實現(xiàn)微量運送和灌裝的過程中，對運送通道施加由脈沖信號控制的振動有助于破壞高粘度粉體結(jié)塊和顆粒間拱力，引發(fā)粉體自由流動。專利GB2472817介紹了振動在粉體材料微量灌裝上的應(yīng)用。

專利GB2472817中公開了三種不同結(jié)構(gòu)的輸送管，如圖1a～圖1c所示，并給出了相應(yīng)參數(shù)：上部垂直部分的內(nèi)徑D(不計管壁厚度)在水平方向上最小為5毫米；出口孔徑d在水平方向上最大為200微米至3毫米；下部錐體斜面與垂直方向的角度α在5度到45度(見圖3)。

在專利GB2472817中亦介紹了水作為媒介傳播超聲波振動，因此振動傳播媒介的性質(zhì)對粉體流動的影響也是需要考慮的一個重要因素。

但是，由于上述專利及公開文獻(xiàn)對于粉末的微量控制技術(shù)僅處于一個初級的研究階段，其公開的上述參數(shù)也僅是一個大概、寬泛的范圍，僅適于實驗室試驗，且未能夠進(jìn)一步深入的研究。由于各種粉末本身的物性不同，隨著研究發(fā)現(xiàn)，上述設(shè)計參數(shù)不但不夠完整，而且也并不能真正且很好的實現(xiàn)各種粉末，特別是如藥劑這類細(xì)小顆粒和流動性差、易結(jié)塊的高粘度粉體的微量灌裝控制。隨著呼吸道干粉吸入型藥劑(如膠囊、囊泡等)的生產(chǎn)需求不斷增大，迫切需要對制藥粉末的微量控制技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究，以實現(xiàn)微量化粉體運送與灌裝的真正精確定量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點，本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)械振動式粉體微量灌裝噴頭，能夠有利于實現(xiàn)藥劑粉體微量灌裝控制。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

該機(jī)械振動式粉體微量灌裝噴頭，包括灌裝流道和安裝灌裝流道上的機(jī)械振動源，灌裝流道包括圓柱形流道和圓錐形流道，圓柱形流道連通于圓錐形流道上端，且圓錐形流道上端內(nèi)徑與圓柱形流道內(nèi)徑相同且大于圓錐形流道下端出口內(nèi)徑，所述的圓柱形流道內(nèi)徑設(shè)計為6～10毫米，所述的圓錐形流道下端出口內(nèi)徑設(shè)計為0.6～1.5毫米，所述的圓錐形流道的半錐角設(shè)計為6～20°，圓柱形流道和圓錐形流道的總高度大于圓柱形流道高度10毫米以上。

所述的圓柱形流道下端與圓錐形流道上端連通處的內(nèi)壁表面為連續(xù)的一弧面，該弧面的曲率半徑大于1.5倍的圓柱形流道內(nèi)徑。

所述的灌裝流道采用質(zhì)量輕、低振動阻尼的材質(zhì)制作。

所述的灌裝流道采用硼硅玻璃制作。

所述的機(jī)械振動源通過固定件固設(shè)于灌裝流道上，固定件包括流道固定套及機(jī)械振動源固定夾，流道固定套與灌裝流道下部相匹配，用以固定套設(shè)于灌裝流道下部，機(jī)械振動源固定夾連接設(shè)于流道固定套一側(cè)，用以安裝機(jī)械振動源。

所述的機(jī)械振動源為振動馬達(dá)，通過機(jī)械振動源固定夾固定緊附于圓錐形流道的外表面。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的機(jī)械振動式粉體微量灌裝噴頭具有以下幾個優(yōu)點：

1、完善了整個流道中的關(guān)鍵參數(shù)及具體的參數(shù)范圍，更有利于細(xì)小顆粒和流動性差、易結(jié)塊的高粘度藥劑粉體的微量灌裝控制。

2、提出了對流道材質(zhì)的選用要求，從而使得流道對振動傳播效率高；透明材質(zhì)的硼硅玻璃流道可以方便通過表面體積刻度讀取流道內(nèi)的粉料余量。

3、提出了硼硅玻璃為較佳的流道加工材料。

4、適用于藥劑粉體材料的灌裝，尤其是≤50毫克每劑的微量灌裝。

附圖說明

圖1a～圖1c分別是現(xiàn)有技術(shù)的三種輸送管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的機(jī)械振動式粉體微量灌裝噴頭的分解示意圖；

圖3是本發(fā)明的機(jī)械振動式粉體微量灌裝噴頭的安裝示意圖；

圖4是本發(fā)明的灌裝流道的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的灌裝流道的另一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的灌裝流道與機(jī)械振動源的安裝示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明的機(jī)械振動式粉體微量灌裝噴頭如圖2～圖3所示，主要包括圓管狀的噴頭殼體10、固設(shè)于噴頭殼體10內(nèi)的灌裝流道11和機(jī)械振動源14，灌裝流道11可采用如圖4、圖5兩種不同形式，圖4為管體形式，圖5為腔體形式，當(dāng)然還可以采用其他的形式。并且，本發(fā)明的灌裝流道11結(jié)構(gòu)與專利GB2472817相同之處在于，同樣也包括圓柱形流道1和圓錐形流道2，圓柱形流道1連通于圓錐形流道2上端，且圓錐形流道2上端內(nèi)徑與圓柱形流道1內(nèi)徑相同且大于圓錐形流道2下端內(nèi)徑。

不同之處在于，本發(fā)明通過進(jìn)一步深入的研究以及多次反復(fù)計算、試驗發(fā)現(xiàn)，該灌裝流道11的關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)該包括圓柱形流道1內(nèi)徑D、圓錐形流道2下端出口內(nèi)徑D_o、圓錐形流道2的半錐角α及圓柱形流道1和圓錐形流道2的總高度H，上述四個參數(shù)缺一不可，各參數(shù)的具體取值范圍如下：所述的圓柱形流道1內(nèi)徑D設(shè)計為6～10毫米，所述的圓錐形流道2下端出口內(nèi)徑D_o設(shè)計為0.6～1.5毫米，所述的圓錐形流道2的半錐角α設(shè)計為6～20°，圓柱形流道和圓錐形流道的總高度H應(yīng)大于圓柱形流道高度10毫米以上，以滿足小顆粒和流動性差、易結(jié)塊、高粘度的藥劑粉體的微量灌裝控制。

在此需要說明的是，參數(shù)D_o的取值范圍是由粉體顆粒物性以及外部振動參數(shù)共同決定的。若在重力場下填充在流道中的粉體可以由底端的圓形孔自發(fā)流出的最小孔徑為D_c，當(dāng)加工出來的孔徑D_o≥D_c，用物體將該孔堵住后向流道里填充粉料，填入一定高度后，去掉堵在孔口位置的物體，此時流道內(nèi)粉體會向下流出；反之，當(dāng)加工出來的孔徑D_o＜D_c，重復(fù)上面的操作，當(dāng)去掉堵塞物后流道內(nèi)粉體靜止在原處，不會向下流出。

在振動作用下，該“臨界值”變?yōu)镈_c,v，其定義方法與D_c類似。D_c,v小于D_c，因此為了使粉體僅在振動作用下流出而在無振動狀態(tài)下靜止，因此本發(fā)明中合理的加工孔徑選擇應(yīng)遵循以下不等式：

D_(c,v)<D_o<D_c

經(jīng)實驗最終確定，D_o設(shè)計為0.6～1.5毫米。

而半錐角α的確定更為復(fù)雜，當(dāng)收斂流道構(gòu)成一個錐形底部，此錐體角度對內(nèi)部粉料流動有著重要的影響。粉料在流道中除了發(fā)生顆粒間滑動外，顆粒也可以沿流道壁面滑動。當(dāng)粉體達(dá)到內(nèi)部屈服界限時，粉體顆粒發(fā)生顆粒間滑動；當(dāng)達(dá)到壁面屈服界限時，顆粒發(fā)生于壁面間的相對滑動。壁摩擦角w與粉料發(fā)生流動所需的最大錐形流道半角αmax有關(guān)。所以，為使粉料能自由流出收斂流道半角的取值應(yīng)小于一個“臨界值”αmax。經(jīng)實驗最終確定，α設(shè)計為6～20°。

而圓直管型流道1內(nèi)徑D越大，粉體流動阻力越小，質(zhì)量流動越穩(wěn)定。但D增大會加大流道整體尺寸，不利于整個灌裝系統(tǒng)的小型化設(shè)計。經(jīng)實驗最終確定，D設(shè)計為6～10毫米。

由于制藥粉劑的流動性通常較差，在從圓柱形流道向圓錐形流道流動的過程中，極易在連接處發(fā)生聚集，影響后續(xù)粉末的流動，因此本發(fā)明還設(shè)計了以下結(jié)構(gòu)：在所述的圓柱形流道1下端與圓錐形流道2上端連通處的內(nèi)壁表面為連續(xù)的一弧面，該弧面的曲率半徑R越大，粉體流動阻力越小，質(zhì)量流動越穩(wěn)定，因此通過實驗最終確定，將該弧面的曲率半徑R設(shè)計為大于1.5倍的圓柱形流道內(nèi)徑。通過上述弧面過渡，能夠避免制藥粉劑在此處的聚集現(xiàn)象，保證制藥粉劑的流速的均一性，更有助于微量精確灌裝控制。

上述灌裝流道11的材質(zhì)選用需遵循以下幾點：質(zhì)量輕、低振動阻尼。

因此，作為一個實施例，所述的灌裝流道11可采用硼硅玻璃等材質(zhì)制作，采用上述材料的效果較佳。

請結(jié)合圖2、3、6所示，所述機(jī)械振動源14通過固定件固設(shè)于灌裝流道11上。所述的固定件包括流道固定套12及機(jī)械振動源固定夾13，流道固定套12與灌裝流道11下部相匹配，用以固定套設(shè)于灌裝流道11下部，機(jī)械振動源固定夾13連接設(shè)于流道固定套12一側(cè)，用以安裝機(jī)械振動源14，并通過螺栓固定。當(dāng)然，該固定件的形狀結(jié)構(gòu)不僅限于本發(fā)明的圖2、3、6中所示的結(jié)構(gòu)，還是可以是其它基于本原理的形狀和結(jié)構(gòu)。所述的機(jī)械振動源14可采用振動馬達(dá)，通過機(jī)械振動源固定夾固定緊附于圓錐形流道的外表面，并通過在其額定直流電壓下工作，以控制振動馬達(dá)的振動和停止，以實現(xiàn)控制灌裝噴頭的灌裝(物料落下)和停灌。

另外，所述的噴頭殼體10上下兩端還設(shè)有可拆卸的上、下蓋15、16，通過旋開上蓋15，可在流道中進(jìn)行粉體加料；當(dāng)旋開下蓋16后，可進(jìn)行灌裝。

采用本發(fā)明的機(jī)械振動式粉體微量灌裝噴頭對多種藥劑粉體進(jìn)行灌裝的實施例如下：

上述實施例中顯示了應(yīng)用于200微米到30微米顆粒粒徑范圍內(nèi)的藥劑粉體，流道參數(shù)對超聲激勵的流道內(nèi)藥劑粉體卸料速率與卸料精度(劑間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差)具有不同的影響。在所選的流道參數(shù)范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)微量化(<100毫克/秒)的藥劑粉體灌裝和小于5％的劑間誤差，實施例中的誤差遠(yuǎn)小于行業(yè)劑間均一性的最低誤差要求。

綜上所述，采用本發(fā)明的機(jī)械振動式粉體微量灌裝噴頭與專利GB2472817所公開的輸送管相比，具有以下多個優(yōu)點：

1、進(jìn)一步的深入研究，改進(jìn)了流道設(shè)計，增加了圓柱形流道與圓錐形流道的內(nèi)徑、高度、半錐角，連通處弧面的半徑等參數(shù)，使得整個流道結(jié)構(gòu)參數(shù)更為完善，并通過多次反復(fù)試驗和計算獲得了各參數(shù)更為具體的數(shù)值范圍，從而更有利于藥劑粉末微量灌裝的控制。

2、提出了對流道材質(zhì)的選用要求，從而使得流道能夠更有利于微量灌裝的精確、有效控制。

3、提出了硼硅玻璃作為較佳的流道加工材料。

4、可在玻璃流道外表面標(biāo)記有如精度為1毫升的體積刻度，方便讀取流道內(nèi)的粉料余量。

5、本發(fā)明的機(jī)械振動式粉體微量灌裝噴頭能夠廣泛適用于數(shù)克每劑、直徑為數(shù)毫米的藥劑微劑量藥劑灌裝控制，尤其是≤50毫克每劑的微量灌裝，有助于在藥劑生產(chǎn)中提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，減少制藥的時間和復(fù)雜性。當(dāng)然，本發(fā)明還適用于除藥劑粉體之外的其它類似物性的粉體微量灌裝控制。

6、采用的振動源類型(GB專利無機(jī)械馬達(dá)內(nèi)容)“振動源組裝方式等與GB專利存在明顯不同，通過設(shè)計了一種機(jī)械振動源14與灌裝流道11的組合方式，使微量灌裝設(shè)計變?yōu)楝F(xiàn)實，

本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。