粉體流變學(xué)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，支持新產(chǎn)品的研發(fā)和制造。通過對(duì)粉體流變學(xué)的投資，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)所測(cè)得的粉體特性與加工表現(xiàn)之間的相關(guān)性，建立起對(duì)生產(chǎn)工藝和單元操作的理解。即使粉體的常規(guī)特性，如粒徑分布保持不變的情況下，供應(yīng)商和設(shè)備的變更（例如，選用更低成本的原料和工藝放大）都有可能導(dǎo)致粉體的整體行為發(fā)生變化。而這些變化也會(huì)對(duì)工藝產(chǎn)生挑戰(zhàn)，導(dǎo)致如堵塞、混合均勻度差以及批次生產(chǎn)時(shí)質(zhì)量或體積變化等一系列情況發(fā)生。
通過測(cè)量和理解粉體行為，克服這些挑戰(zhàn)，并就原料和生產(chǎn)方式的變更做出經(jīng)濟(jì)、高效的決策。
FT4粉體流變儀™
FT4粉體流變儀™作為通用粉體測(cè)試儀，提供全自動(dòng)、可靠、全面的粉體性質(zhì)表征。該信息可與加工經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)，提高生產(chǎn)效率并且有助于質(zhì)量控制。FT4專注于測(cè)量粉體的動(dòng)態(tài)流動(dòng)特性，除此之外還提供了剪切盒，以及包含密度、可壓性和透氣性等整體性質(zhì)的測(cè)試能力，從而全面表征與工藝相關(guān)的粉體性能。
案例研究1-生產(chǎn)地的影響
藥物活性成分樣品（API 1）在三個(gè)不同的地點(diǎn)A、B和C樓生產(chǎn)。其中B樓和C樓生產(chǎn)的API存在流動(dòng)不連續(xù)和混合均勻度的問題，而A樓生產(chǎn)的API表現(xiàn)良好。來自三個(gè)不同生產(chǎn)地的樣品使用FT4動(dòng)態(tài)流動(dòng)法進(jìn)行評(píng)估。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明這三個(gè)樣品之間存在明顯的差異。A樓所得API 1基本流動(dòng)能（BFE）和比流動(dòng)能（SE）值最低，表明該粉體動(dòng)態(tài)流動(dòng)時(shí)阻力較小。B樓和C樓所得API 1的BFE和SE值較高，表明強(qiáng)制流動(dòng)時(shí)阻力更大，具有更強(qiáng)的機(jī)械互鎖和顆粒間摩擦作用，這兩者都可能導(dǎo)致流動(dòng)不連續(xù)和混合均勻度等上述觀察到的問題。
基于以上這些理解，改進(jìn)B樓和C樓所使用的工藝條件，并在加工前對(duì)這些生產(chǎn)地所得批次進(jìn)行評(píng)估，確保API性能與A樓生產(chǎn)批次的相當(dāng)，從而確保加工工藝的相容性。
案例研究2-填充過程中堵塞
第二種API（API 2）加工過程中采用填充操作。應(yīng)用一系列FT4測(cè)試方法對(duì)該API的不同批次進(jìn)行表征，由此發(fā)現(xiàn)可壓性是該過程中可接受性能的關(guān)鍵指標(biāo)。通過評(píng)估一系列樣品，確定可接受的可壓性限度。同時(shí)新工廠開始生產(chǎn)API 2，并在最初運(yùn)行填充過程時(shí)也面臨加工問題。首次生產(chǎn)的API樣品具有較大的可壓性，超出可接受的參數(shù)空間。此后，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行修改，之后的兩批樣品可壓性都落于可接受的范圍，如預(yù)期一樣，粉體在填充過程中表現(xiàn)良好。
然而，隨著氣候條件的改變，尤其是相對(duì)濕度的變化，還發(fā)生了其他問題。在較高的濕度條件（48% RH）下，加工所得的粉體性能較差。在相同的環(huán)境條件下評(píng)價(jià)粉體，可壓性隨濕度的增大而增大，因此在某些濕度條件下，可壓性超出了預(yù)先規(guī)定的界限。由此確定該操作下可接受的濕度范圍。
案例研究3-API研磨工藝
某一API生產(chǎn)商考察選用新的研磨設(shè)備。備選的新設(shè)備所生產(chǎn)得到的材料，其粒徑分布（PSD）與現(xiàn)有研磨機(jī)得到的近似。
每臺(tái)研磨機(jī)上制備四個(gè)批次API，并使用FT4評(píng)價(jià)。在動(dòng)態(tài)流動(dòng)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)明顯差異，備選的研磨機(jī)所生產(chǎn)的API具有較高的流速指數(shù)（FRI），較低的基本流動(dòng)能（BFE）、比流動(dòng)能（SE）和預(yù)處理松裝密度（CBD）。這些性能通常發(fā)生于粘性較強(qiáng)的材料，表明備選的研磨機(jī)所生產(chǎn)的粉體在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)問題。
粉體流變學(xué)的研究有助于檢測(cè)出粉體流動(dòng)特性的差異，而非僅僅通過粒徑來進(jìn)行區(qū)分。引進(jìn)新的加工設(shè)備有可能不利于生產(chǎn)。而粉體流變學(xué)的應(yīng)用則規(guī)避了這一風(fēng)險(xiǎn)，并指導(dǎo)深入研究，采取預(yù)防措施。
結(jié)論
FT4粉體流變儀有助于成功排除故障并支持生產(chǎn)。常規(guī)的表征手段能夠幫助用戶或操作人員建立起知識(shí)數(shù)據(jù)庫，確定生產(chǎn)問題的根本原因。通過理解粉體特性及其與加工結(jié)果的關(guān)系，用以評(píng)估原料供應(yīng)商或生產(chǎn)方法變更所引致的風(fēng)險(xiǎn)。
FT4的多元測(cè)試方法適用于表征工藝相關(guān)的粉體性能，這些性能將影響不同加工過程中的流動(dòng)性。尤其是通過測(cè)試低應(yīng)力、動(dòng)態(tài)條件下的粉體，所得到的性能與加工表現(xiàn)具有良好的相關(guān)性。這一相關(guān)性可用于構(gòu)建粉體性能的設(shè)計(jì)空間，并與良好的加工表現(xiàn)相關(guān)聯(lián)，從而評(píng)估新處方以及輸入和輸出批次，預(yù)測(cè)下游環(huán)節(jié)的行為。
作者簡(jiǎn)介 — Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司總經(jīng)理
自20世紀(jì)90年代末，Tim Freeman作為粉體表征公司富瑞曼科技有限公司的總經(jīng)理，在FT4粉體流變儀®和通用型粉體測(cè)試儀的設(shè)計(jì)和持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。Tim與各專業(yè)機(jī)構(gòu)合作并參與行業(yè)活動(dòng)，對(duì)促進(jìn)粉體加工領(lǐng)域的發(fā)展做出了
杰出貢獻(xiàn)。
Tim擁有英國(guó)薩塞克斯大學(xué)的機(jī)電一體化學(xué)位。他是美國(guó)結(jié)構(gòu)化有機(jī)微粒系統(tǒng)工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 許多項(xiàng)目組的導(dǎo)師，并經(jīng)常組織粉體表征和加工領(lǐng)域的行業(yè)會(huì)議。作為美國(guó)藥學(xué)科學(xué)家協(xié)會(huì) (AAPS) 的“過程分析技術(shù)”焦點(diǎn)小組的前任主席，Tim是制藥技術(shù)編輯顧問委員會(huì)的成員，以及《歐洲藥物評(píng)論》雜志的行業(yè)專家組成員。Tim還是化學(xué)工程師學(xué)會(huì)“顆粒技術(shù)”特別興趣小組的委員會(huì)成員、ASTM負(fù)責(zé)粉體和松裝固體的特性和處理的D18.24小組委員會(huì)副主席，以及美國(guó)藥典 (USP) 通論 — 物理分析專家委員會(huì) (GC-PA EC) 的成員。
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