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药品颗粒数粒技术发展及应用
摘要：本文介绍了药品颗粒数粒技术发展过程和关键技术，以及在制药工业包装设备中的应用。
关键词：药品颗粒；颗粒计数；药品包装
Development and application of granulated pharmaceuticals counting technology,
Ding Weiyang Feng Shouchun (Guangzhou Pharmapack Packaging Equipment Co. Guangdong Guangzhou 510730)
Abstract: This paper introduces the development of granulated pharmaceutical counter, its key technology and its application within the pharmaceutical packaging equipment.
Key words: granulated pharmaceuticals; counter; pharmaceutical packaging
1 、药品包装技术的发展概况
全球经济的发展带来生活水平的提高，使作为人类生存和健康保障的医药产业越来越受到政府及企业的重视，整个医药产业也成为21世纪最富增长潜力的产业之一而快速增长。
医药行业的快速发展，离不开大量技术性能先进、质量稳定的制药装备。根据完成的生产工艺任务，可以将制药装备概括地分为两类：制药设备和包装设备。
就药品包装设备而言，根据药品形态、包装方式、包装物形态的组合不同，而有完成相应包装工艺的设备。药品形状大多数是固体，固体药品主要有颗粒剂、众多的片剂、丸剂等，颗粒剂药物在所有药品形态中占相当大的比例。目前颗粒剂药品主要的包装方式有三种：瓶装、袋装和泡罩包装。随着PET塑料瓶迅速取代玻璃瓶，药瓶的安全性得到进一步提高，颗粒瓶装市场的呈稳定增长之势。
药品装瓶采用计数和称重两种方式。数粒式颗粒包装可保证患者安全、方便用药，市场前景广阔，因而得到广泛的采用。随着药品成型设备性能的提高，药品成品颗粒重量及尺寸偏差大为降低，药品数粒包装占整个颗粒包装市场80％以上的市场份额。
2 、数粒技术的发展现状
按照工作原理的不同，数粒技术可分为三代，即第一代的机械数粒，第二代的光电数粒和第三代的静电场式数粒。其中第三代静电场数粒技术在国外仍处于研发阶段，技术的成熟度和稳定性有待观察，因此国内使用的数粒技术以第一代和第二代为主，其中采用第二代光电式数粒技术大型制药企业越来越多。
第一代机械式数粒技术根据机械模板的形式、整机工作原理不同，又可分为转盘式、履带（条板）式两大类。机械式数粒的工作原理，是在各种材料（以不锈钢和各种塑料居多）上预制一定数量大小的孔槽形成模板，药品颗粒逐一填充进模板上孔槽中，进行药品颗粒数粒，数粒完成的药品通过漏斗装瓶。【1】目前先进的机械式数粒机，数粒速度可达到200瓶/分钟，并且可通过一些在线的检测方法将数粒的精度提高到99％以上。由于机械数粒技术原理的局限，因此愈来愈不适应现代多品种、小批量的药品生产模式而被更先进的数粒技术所取代。
第二代光电数粒技术上世纪70年代末首先在欧美等发达国家应用，技术核心之一是安装有一对发射、接收红外线传感器的数粒检测通道，当颗粒通过检测通道时，发射传感器发射的红外线被遮挡，接收传感器即可检测到接收红外线信号的脉冲变化。变化的脉冲通过一般是储存于可编程控制器（PLC）内的应用程序和模型，通过特定算法对脉冲信号识别、判断，确定通过颗粒的特性，即可完成一次合格药品或次品的计数。【2】光电数粒技术经过20余年的发展，在欧美等发达地区的制药企业得到了广泛的使用。目前先进的光电检测技术，一个单独的检测通道可在500粒/分钟速度下检测2.5毫米的细小颗粒，准确率不低于99.95％。提高光电数粒技术速度的方法主要是通过增加颗粒检测通道的数量来实现，振盘式的数粒机设计通过增加振盘的轨道，而转盘式光电数粒机则增加转盘的光电数粒头的数目。
目前国际上生产数粒机有美国的DT包装集团、荷兰CREMER公司、瑞士ROMACO公司三家居于领先地位的药品光电数粒设备的供应商，广泛应用于全球顶级的制药及保健品的包装生产线，在全球大部分地区的市场采用率达90%以上，除以上外，还有众多设备及技术的提供者，但无论从技术水平还是市场占有率来看，在全球市场与以上三家公司还有较大差距。我国制药企业，只有少数由跨国公司投资的大型制药企业引进了少量的进口光电数粒设备，国内的众多制药企业以使用机械式数粒机为主。制药企业 GMP认证促使国内大批制药企业纷纷采用先进的药品包装设备，以珐玛珈（广州）包装设备有限公司为代表的一批包装设备制造商纷纷开发光电数粒技术，可提供光电数粒设备的公司包括珐玛珈（广州）包装设备有限公司、江苏激光研究所、黑龙江迪尔、北京精工翰林等10多家企业。相对于进口先进的药品包装设备国产的设备在运行速度、精确度、稳定性等方面都有相当大的差距，在高速、高准确度生产条件下使用还有待进一步的技术完善。
3 、光电式数粒的关键技术
要实现药品颗粒的高速高精度数粒装瓶，需要掌握三个关键技术：药品输送、光电检测计数和药品装瓶，其中光电检测计数是核心技术。
3.1 药品输送技术
药品颗粒输送的方式主要有两种：机械式转动输送和振盘振动输送。转动式输送方式首先将颗粒从料斗中输送到一个转盘中，药粒在转盘匀速转动过程中均匀分布。振动式输送方式主要依靠高频振荡器带动振盘、振筛振动，强制分配药粒的分配及移动，完成颗粒输送。两种颗粒输送方式各有优缺点。转动式颗粒输送方式可实现快速、大量完成颗粒的强制分配、输送，保证数粒和装瓶的速度；缺点是强制分配及输送刮板、筛动机构会破坏被输送的药粒，形成碎粒和粉尘，使包装的不合格品增多，同时也会降低数粒和瓶装的速度。振动式输送方式的优点是分配及输送药粒均匀，由于没有强制机构带来对药粒的摩擦、挤压，降低了碎粒和粉尘出现的可能，提高了产品的合格率，通过调整振动的频率及振幅，可方便调整药品输送的速度；缺点是输送速度的增加受到限制，需要增加振盘的面积来提高输送速度。
3.2 检测计数技术
光电式检测计数技术是现阶段得到广泛使用的最新的检测计数技术。光电式检测计数技术主要是依靠红外线传感器发射出的光线检测在检测通道中自由下落的药粒，接收传感器接收到的红外线信号由于药粒的遮挡、下落过程引起的遮挡时间长短而发生变化，检测计数CPU通过对脉冲信号变化的计算，判断通过的药粒是合格品、不合格品并进行计数和记录。光电式检测计数技术的最大优点是可检测各种形状、尺寸大小和规格的药品颗粒，并可通过参数设定确定合格品及不合格品的参数范围，保证计数完成的药品的合格率和准确率。【4】同时这种检测计数操作简便，装瓶量调整方便快捷，提高了品种更换的效率。在完成计数主功能的同时，可以设置多层次、多位置的检测点，提高药品包装的合格率。
3.3 装瓶技术
达到设定计数量的一组药粒，可通过机械方式、机械电气方式进行成组后装入瓶中。机械电气方式由于动作稳定、准确、容易实现自动控制而成为普遍采用的执行方式。装瓶技术主要解决两个关键问题，一个是装量控制，另外一个是药瓶控制。装量控制主要是在检测计数达到设定的装瓶量时，执行元件需快速准确地进行分组，保证装入瓶中的药粒数量就是检测计数控制单元发出指令时的数量。药瓶控制就是要控制药瓶在未装药、装药过程中以及装药完成后按照控制指令准确、快速地移动输送，准确到达指定位置。【3】
3.4 系统集成
光电数粒三项独立的关键技术——药品输送、检测计数和装瓶——需要进行系统集成，形成稳定、可靠的产品，以适应药品生产企业包装生产的要求。当今包装设备的设计，普遍采用PLC和触摸式平板电脑作为自动控制元件，在此基础上采用其它自动控制技术、气动及检测技术，完成整机的设计生产。目前国内使用的光电式数粒机以12或24轨振盘式设备为主，技术先进的设备，其检测颗粒的直径范围为3～23毫米，在100粒/瓶的包装条件下，可完成120瓶/分钟、99.9％以上的包装精度要求。
4 、数粒技术的发展趋势
无论是机械数粒技术，还是光电数粒技术，一般都能够满足药品生产企业进行药品包装的要求。随着众多先进技术的应用，现有的光电数粒技术存在着主要缺陷，需要尽快突破，以满足制药行业生产的需要。
首先是小尺寸颗粒的识别和检测问题。目前最成熟的技术也只能有限检测识别直径大于2.5mm的颗粒，小于此尺寸运动着的颗粒往往不能准确、有效识别。
其次是三维检测问题。光电数粒机采用一组光电传感器，加上颗粒的运动，可完成两维物体的识别检测。但是一组光电传感器无法识别三维的颗粒缺陷，对重叠、颗粒上的细小破碎无法识别，易造成不合格品的误检。
第三是碎片的剔除。现有的数粒技术，无论是机械式还是光电式，不合格品的剔除都是在装瓶后的整瓶剔除，如何将识别出来的单个不合格品颗粒剔除，是目前制药企业最迫切的要求。
第四是除建立在颗粒的外观的基础上的外形尺寸外其它要素的检测和识别。如何识别单个颗粒重量、颗粒变形、内含金属或其它物质、表面缺陷等不合格要素，需要开发新的识别检测技术。
利用静电场技术可实现对上述各要素的处理，以及对药品沾附金属颗粒、胶囊未充填而引起重量变化、胶囊变形等，理论上都可以以场的概念建立相应的模型予以检测识别。但是从国外样机试制的情况看，静电场数粒技术还有待完善，距离成熟应用还有一段时间。最后，消除颗粒数粒过程中产生的粉尘影响以提高数粒精度和速度，对中药丸振动输送过程中产生的静电对光电传感器的干扰而影响数粒的精度等的技术难题的攻克，在国内制药企业的生产实践中显得尤为重要。
5、 数粒技术的应用
相对于其它商品，药品由于生产量大、价值较高，对数粒技术的需求比较旺盛。目前制药行业应用的典型的自动化药品数粒瓶装线一般由理瓶机、数粒机、塞棉机、塞纸机、干燥机投入机、旋盖机、封口机、贴标机、装盒机、输送线以及各种在线检测设备组成，以各种规格的数粒机为关键或核心设备而得到广泛使用。使用较多的是可每分钟生产120瓶（以100粒/瓶计，下同）的24轨和60瓶的12轨数粒机，另外还有客户个性化需求的定制产品，如完成小装量（10粒/瓶）的8轨数粒机，生产速度可达160瓶/分钟的大装量32轨数粒机等。
除了瓶装药品外，大量药品采用塑料袋包装，采用塑料袋包装更多的是糖果类等食品、五金制品、电子元器件（如电容、电阻）、农业类的种子及其他轻工类的粒状物品等。将核心的光电数粒技术与塑料袋立式包装相结合，是向此类行业推广光电数粒包装技术的有效途径。
参考文献：
【1】. 耿世钧 赵海文， “高精度药丸计数系统的机电一体化设计”。中国机械工程。2000，（5）：663-664
【2】. 刘海宽 贾宇波, “二十四通道装瓶机计算机控制系统”。现代电子技术。2002,（8）:33-35
【3】. 孙佳金 郭巍巍 郭志刚， “12通道装瓶机计算机控制”。佳木斯大学学报(自然科学版)。2001，（6）：169－170
【4】. 周茂德， “TC12型电子数片机的装量误差分析”。中国设备工程。2001，（8）：33－34
第一作者简介：丁维扬，男，1960年生，广东潮州人，华南理工大学机械学硕士，工程师。研究领域：光机电一体化，药品包装设备及包装生产线。