晶体聚结成球的设计策略及其应用

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球形聚结技术可以在一个单元操作中耦合结晶和造粒两个过程,可制备高性能的球形晶体产品,在制药、食品等领域的高端产品制造方面具有广阔应用前景。本文针对目前球形聚结技术机理研究不充分、过程设计复杂和产品粒度粒形控制困难等问题,提出一种晶体聚结成球的设计策略,验证了策略的有效性和普适性,并应用该策略实现高质量塞来昔布(Celecoxib,CXB)球晶产品的设计与开发。首先,本文开发了一种晶体聚结成球设计策略,能够显著提高溶剂筛选效率、粒度粒形调控范围和精度。利用分子动力学模拟计算等容吸附热表征润湿性,结合溶解度和三元相图,实现成球溶剂体系的高效筛选。将球形聚结过程分为粘附阶段和塑形阶段。基于多液相作用区域和动态组成权重,充分考虑多液相中粘附力、分散力和毛细管力的动态平衡。在此基础上,提出两步粘附机理将粘附阶段分为一次粘附和二次粘附,并建立动态组成多相流环境下的球晶尺寸计算模型。其次,以苯甲酸为模型物质,通过成球溶剂体系筛选和两步粘附过程在线监测验证了策略的可行性,设计并制备出在2600-5200μm范围内粒径可调、粒度分布均匀、球形度高的苯甲酸球晶,产品粒度与模型的计算值吻合良好。分别制备出高质量水杨酸和洛伐他汀球晶,粒度的变异系数(Coefficient of variation,CV)均小于10%,平均圆度约为0.9(CV<5%),验证了策略的普适性。与文献报道的方法相比,基于该策略获得的产品粒度的CV值降低了10-35%,说明该策略在控制产品质量方面具有优势。最后,针对文献中CXB球晶产品质量低等问题,本文基于该策略进一步开发出粒度可控、含量均匀的多组分CXB球晶制备方法。测定CXB在13种纯溶剂中的溶解度,结合三元相图和等容吸附热,从1716种组合中成功筛选出30种有效的成球溶剂组合。采用润湿角法计算CXB的表面自由能参数并设计球形聚结过程。以苯甲酸为辅料,成功制备出粒度分布窄、球形度高和机械性能好的多组分CXB球晶,可用于直接压片。在此基础上,根据CXB与洛伐他汀药理上具有协同作用,开发了这两种药物的多组分球晶。与单组分球晶相比,该球晶的破碎强度最大提升约一个量级,CXB的含量稳定在59.4±2.2%。综上,本文开发了一种晶体聚结成球的设计策略,可实现高质量球晶产品的理性设计与精确制备,对颗粒工程的晶体聚结设计具有指导意义。
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