專利名稱：以可重復(fù)方式分裝超微細(xì)顆粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以可重復(fù)方式精確分裝非常少量的超微細(xì)顆粒。
制藥工業(yè)(以及其它工業(yè))經(jīng)常需要以可重復(fù)的方式在干燥的狀態(tài)下，精確分裝非常少量(1mg或更小量級以下)的超微細(xì)(小于10μm)藥物(或其它用途的)顆粒。例如，病人以吸入方式服用很微細(xì)顆粒。由于新藥配方有更高的效力，就要求劑量比以前的分裝方法所分裝的劑量更小得多。市場上現(xiàn)有的設(shè)備一般只可分裝5±0.5mg量級的劑量(即量級為5mg，誤差為正/負(fù)0.5mg)。如果能夠分裝劑量為1mg或更少，而且分裝誤差小于±0.1mg，那將更為理想。
流化床給料器(fluidized bed feeder)，作為非機(jī)械顆粒給料器，具有分裝更小劑量的潛力和可重復(fù)性的特點(diǎn)。盡管已開發(fā)出一些類型的傳統(tǒng)流化床給料器，但沒有一個(gè)適用于前面所說的分裝小劑量的超微細(xì)顆粒的能力。本專利發(fā)明人所知的任何現(xiàn)有工藝下的給料器都無法分裝這里所論及的很小劑量的微細(xì)顆粒。
許多政府和工業(yè)部門已將微細(xì)顆粒(包括納米顆粒)的處理視為21世紀(jì)的關(guān)鍵發(fā)展領(lǐng)域之一。
由于超微細(xì)顆粒的粘著特性，所有機(jī)械方法都被認(rèn)為不適用于精確分裝超細(xì)顆粒?，F(xiàn)有傳統(tǒng)顆粒給料器無法處理1mg以下量級的少量顆粒的藥劑量分裝。
本發(fā)明的公開本發(fā)明的目的就是以可重復(fù)的方式，在干法下，精確分裝非常少量的超微細(xì)顆粒，例如藥物(粉)。
本發(fā)明采用兩級顆粒流化(two-stage fluidization)。較為理想的第一級配置是一個(gè)上部帶有自由空間的流化床(fluidized bed)，但也可以是一個(gè)氣-固懸浮充滿整個(gè)室的稀相流化床(dilute-phase fluidizedbed)；第二級是一個(gè)稀相氣-固懸浮流化床(dilute gas-solid suspensionfluidized bed)。第二級接收從第一級的懸浮顆粒中引出的顆粒，形成非常均勻的稀相懸浮，進(jìn)而可以從中獲取非常精確的(顆粒)數(shù)量。因此，本發(fā)明具有第一級和第二級氣-固懸浮或流化室，每一級室都有顆粒流化手段，一根導(dǎo)管連接第一級室與第二級室，以便懸浮顆?？梢詮牡谝患壥伊飨虻诙壥?。通過例如文氏管這樣的手段，在第一級室和第二級室之間產(chǎn)生一個(gè)壓力差，以便將懸浮顆粒從第一級室通過導(dǎo)管傳遞到第二級室中去。為了精確分裝，通過收集口(withdrawalports)將懸浮顆粒從第二級室取出，放入一個(gè)收集器(collection area)，從而完成分裝。
如果需要，可以使用多個(gè)第二級室，每一個(gè)第二級室都通過一根單獨(dú)的導(dǎo)管從一般要大得多的第一級室獲取懸浮顆粒。因此，工業(yè)設(shè)置可以有一個(gè)相當(dāng)大的第一級室，通過一些導(dǎo)管延伸到位于遠(yuǎn)處的許多第二級室。
同樣地，每一個(gè)第二級室都可以有多個(gè)收集口，以增加分裝點(diǎn)的總數(shù)。
這一新的流化分裝系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用之處是制藥工業(yè)，用來分裝很小劑量的用藥。這一技術(shù)也可應(yīng)用于許多需要計(jì)量少量顆粒的工業(yè)中。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用節(jié)省成本的氣動(dòng)裝置而非機(jī)械裝置，獲得對小劑量微細(xì)顆粒的精確分裝。
盡管本發(fā)明對超微細(xì)顆粒和少量分裝很適宜，但本發(fā)明也可處理較大的顆粒和劑量大于1mg的情況，直至其它較為傳統(tǒng)的方法可以更有效地發(fā)揮作用的情況，例如，100-200mg的范圍。然而，顆粒越小，使用傳統(tǒng)方法分裝就越困難。因此，不應(yīng)把這一發(fā)明的應(yīng)用范圍解釋為嚴(yán)格局限于僅僅分裝很少量的、量級等于或小于1mg的超微細(xì)顆粒，盡管這可能是本發(fā)明最為有用之處。
盡管在本發(fā)明首選的配置下，第一級室階段是一個(gè)上部帶有自由空間的密相流化床，但是，第一級也可以是一個(gè)氣-固懸浮充滿全室的稀相狀態(tài)流化床。
通過下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述，將會更進(jìn)一步理解本發(fā)明的特點(diǎn)并變得更加明朗。
一根導(dǎo)管15將第一級室20的自由空間區(qū)41(即粉末床40上方的區(qū)域，該處為稀相顆粒懸浮，見圖2)與第二級氣-固流化室30連接，以便懸浮顆?？梢詮牡谝患壥伊魍诙壥摇Ｍㄟ^例如導(dǎo)管15中的文氏管10一類的手段，在第一級和第二級之間形成一個(gè)壓力差，該文氏管被充以來自于一根氣體輸送管16的高速氣體流J(例如其速度為10-50m/s)，以產(chǎn)生所需的文氏管效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生懸浮顆粒從第一級室到第二級室的流動(dòng)。第二級室中的顆粒懸浮比第一級室的要更加均勻和稀疏得多，由于維持了一個(gè)穩(wěn)定的稀疏顆粒流，通過一根收集導(dǎo)管31，顆粒被從第二級室30中提取到一個(gè)收集器34中，更為詳細(xì)的描述如下。
由于在第二級室獲得了一個(gè)稀疏的、非常穩(wěn)定、非常均勻的顆粒懸浮，通過這一兩級流化可以取得極為精確的分裝。一旦獲得精確、可靠、可重復(fù)的(分裝)量，則在生產(chǎn)中，操作條件確定并經(jīng)過校準(zhǔn)后，就只需要為質(zhì)量控制監(jiān)控而對所采集的數(shù)量定期加以檢查就可以了。
如上所述，可以使用多個(gè)“第二級”室30，每一個(gè)第二級室都通過一根獨(dú)立的導(dǎo)管15從大得多的第一級室獲取懸浮顆粒。為清楚敘述和解釋起見，本說明將著重對只有單個(gè)第二級室的情況進(jìn)行敘述，但應(yīng)清楚地理解，多個(gè)第二級室的情況也是本發(fā)明所包括的。多個(gè)獨(dú)立導(dǎo)管15將從第一級室周圍的許多不同地方吸取(懸浮顆粒)，根據(jù)需要，這些導(dǎo)管可以處于同樣的高度，也可以處于不同的高度。
同樣如上所述，應(yīng)該同樣清楚的是，該第二級室30，或該多個(gè)第二級室30(倘若多于一個(gè))，可以安裝多個(gè)收集導(dǎo)管31。同樣為了說明和解釋清楚，本敘述將著重對只有單個(gè)收集導(dǎo)管的情況進(jìn)行敘述。
盡管本說明特別地?cái)⑹隽宋氖瞎芎推渲挟a(chǎn)生文氏管效應(yīng)的高速氣體流，但應(yīng)知道，只要滿足以下條件，任何形式的導(dǎo)管對本發(fā)明都適用導(dǎo)管中存在第一級流化室和第二級流化室之間的壓力差，從而導(dǎo)致第二級室中的壓力變小，進(jìn)而產(chǎn)生從第一級室到第二級室的流動(dòng)。例如，在第二級流化室30上端的區(qū)域可以抽真空(圖中未示出)，以在導(dǎo)管中產(chǎn)生一個(gè)低壓。另一可供選擇的方法是，給第一級流化室增壓，使其壓力大于(一個(gè)或多個(gè))第二級流化室的壓力。
圖3-圖9給出了另外可供選擇的配置的例子，這些配置可以與文氏管共同使用以從第一級室20中吸取懸浮顆粒。例如，圖3和4顯示了一根擁有末端平板14的導(dǎo)管15，該平板上面有數(shù)個(gè)小孔以從第一級室吸取顆粒。這塊板子的作用是控制導(dǎo)入第二級室顆粒的質(zhì)量流率。同時(shí)提供了一個(gè)中央開孔13，以安裝高速氣體輸送導(dǎo)管16。這基本上是

圖1和圖2所示結(jié)構(gòu)的簡化。
在圖5-圖6所示的可供選擇的文氏管配置中，(數(shù)個(gè))小孔12是打在導(dǎo)管15的壁上的，位于該導(dǎo)管稍稍延伸進(jìn)入第一級室20的部位。第一種結(jié)構(gòu)的有利之處在于可以使用一些不同數(shù)量、不同尺寸的小孔，而不必改變文氏管設(shè)備。
圖7顯示了一種將文氏管10的頸安放在第一級室20內(nèi)的一種設(shè)置，這時(shí)(數(shù)個(gè))小孔12位于頸上。
圖8顯示與導(dǎo)管15在第一級室20的內(nèi)部相交的(數(shù)個(gè))管子11，由此而導(dǎo)致的縮小的橫截面區(qū)域產(chǎn)生了文氏管效應(yīng)。管子11將懸浮顆粒吸入導(dǎo)管，(數(shù)個(gè))管子的外端起小孔12的作用。
圖9顯示了一個(gè)與圖8類似的配置。
在每種情況下，根據(jù)應(yīng)用的具體情況，小孔12的直徑最好是1-5mm左右。
較佳的選擇是將文氏管置于自由空間內(nèi)的高處。應(yīng)該知道，只要導(dǎo)管可以從第一級室內(nèi)之稠密顆粒床的自由空間吸取稀釋顆粒，多種不同的位置對文氏管都適用。然而，在計(jì)量的量較大時(shí)，可能需要使導(dǎo)管從密相床或接近處吸取，以增加流量。
最好將一個(gè)高效的旋風(fēng)分離器80安置在第一級室20的出口處，以捕獲流化氣流F所帶出的顆粒(F源于G)，使之不會流失。捕獲的顆粒被收集在容器82里，如果需要，可以將其再引入位于第一級室底部的顆粒床的底部?；蛘?，可以改為在自由空間內(nèi)安裝一個(gè)旋風(fēng)分離器或一個(gè)恰當(dāng)形式的顆粒過濾系統(tǒng)。
為了保證文氏管內(nèi)部和密相流化床自由空間之間有足夠的壓降，以便顆粒可以從主流化床平穩(wěn)流進(jìn)文氏管，第二級室30的稀疏氣-粒流(gas-particle fluidization flow)將不被送回到主流化床(也就是第一級室20)中去。而是選擇讓這一氣-粒懸浮通過一個(gè)過濾器(圖中未示出)以捕獲微細(xì)粉末，同時(shí)將空氣釋放到大氣中去。這一氣-粒懸浮流由標(biāo)有F的箭頭所示。在一個(gè)商用裝置中，分離出來的顆?？赡鼙凰突亟o第一級室。在第二級室的出口安裝一個(gè)蝴蝶閥(butterflyvalve)32則更佳。這一閥門在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通常是開放的，但可以定時(shí)關(guān)閉，而且空氣(源)可被引入塔內(nèi)，以迫使空氣定時(shí)流回密相床，從而凈化文氏管，并防止小孔12被微細(xì)顆粒堵塞。
為了控制空氣濕度，兩個(gè)氣流(G與J)最好首先通過二個(gè)單獨(dú)的盛有干燥劑(諸如硅膠)的填充床吸附管(bed adsorption tubes)。
現(xiàn)在詳細(xì)地?cái)⑹鐾ㄟ^收集管31將懸浮顆粒收集至一個(gè)收集器34的方法。一旦收集管31打開，由于第二級室內(nèi)的正壓力，少量的懸浮粉末就會從第二級室中流出。通過調(diào)節(jié)收集管的開放時(shí)間，可以精確控制粉末的收集數(shù)量。通過增加收集管的數(shù)量，可以大大提高生產(chǎn)率。
一個(gè)理想的顆粒收集系統(tǒng)示意圖如圖10所示。顆粒的收集是通過一個(gè)三通道電磁閥33和一個(gè)定時(shí)器(圖中未示出)來控制的。管道A和收集管31最初是打開的，而使用電磁閥關(guān)閉管道C，這樣，來自管道A的反凈化氣體(back-purging gas)流入稀相流化床，從而阻止顆粒進(jìn)入收集管31。
在收集程序開始時(shí)，管道C打開，同時(shí)三通道電磁閥33將管道A關(guān)閉。一旦凈化氣流停止，氣-固懸浮便開始從稀相床30流入收集管31，并最終進(jìn)入收集器(collection cell)34，稀相流化床與外界的小壓差是造成這一流動(dòng)的原因，可以通過在收集系列的終端施加一個(gè)吸力(真空)來加強(qiáng)這一流動(dòng)。通過控制電磁閥的開放時(shí)間可以簡單地獲得預(yù)先想要分裝的顆粒數(shù)量。如前所述，這可以很容易地加以控制和校準(zhǔn)，以獲得非常精確、可靠、且可重復(fù)的數(shù)量。
另一種可供選擇的收集設(shè)備(圖中未示出)是在連接稀相床(dilutephase column)和收集器的單管管道上安裝一個(gè)雙通道的電磁閥。這一電磁閥在不進(jìn)行收集時(shí)是關(guān)閉的，在收集過程中是打開的。當(dāng)收集頻率很高時(shí)，不必進(jìn)行凈化。
以乳糖粉末為例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件下，借助于內(nèi)部攪拌和(或)外部震動(dòng)以及(或)其它流化輔助，乳糖粉末有可能獲得高質(zhì)量的流化；同時(shí)從稀相流化床中收集的乳糖量也可能具有很好的可重復(fù)性(稀相床通過文氏管的出口與主流化床相接)。
我們希望以上通過示例進(jìn)行的最佳實(shí)施例說明可以得到對本發(fā)明的理解。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，這一發(fā)明顯然可以有許多不同的變化類型，無論是否已明確說明，這些明顯的變化類型都在本發(fā)明之?dāng)⑹龊蜋?quán)利要求的范圍之內(nèi)。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明提出了一種經(jīng)過改進(jìn)的粉末分裝方法。
權(quán)利要求
1．分裝干顆粒的設(shè)備，包括一個(gè)第一級氣-固流化室和至少一個(gè)第二級氣-固流化室，每個(gè)第一級室和第二級室中都配有顆粒流化手段以在這些室內(nèi)產(chǎn)生所述顆粒的懸?。粸槊總€(gè)所述第二級室配備的一根導(dǎo)管，該導(dǎo)管是為顆粒從所述第一級室流向所述第二級室，從而在所述第二級室中形成顆粒懸浮而連接的；在所述第一級室和每個(gè)所述第二級室之間產(chǎn)生壓降的手段，以形成從所述第一級室到所述第二級室的所述顆粒流；以及為每個(gè)所述第二級室配置的用于將懸浮顆粒從所述第二級室收集到至少一個(gè)收集器的手段。
2．按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述導(dǎo)管是為所述顆粒從所述第一級室流向所述第二級室而連接的，其中所述顆粒在所述第一級室中處于懸浮狀態(tài)。
3．按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于第二級室不止一個(gè)。
4．按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于有多種已敘述的手段以將懸浮顆粒從所述第二級室收集到相應(yīng)多個(gè)收集器中。
5．按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述將懸浮顆粒從所述第二級室收集到一個(gè)收集器的手段包括……。
6．按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述第二級室為氣-固懸浮充滿整個(gè)室的稀相流化床。
7．按照權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于所述第一級室有一個(gè)密相流化床，在所述床的上方有一個(gè)自由空間。
8．按照權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于所述第一級室為氣-固懸浮充滿整個(gè)室的稀相流化床。
9．按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述的提供所述第一級室和所述第二級室之間壓降的手段是每一根所述導(dǎo)管中的一個(gè)文氏管，該文氏管中充滿高速氣體以產(chǎn)生文氏管效應(yīng)。
10．按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述的提供所述第一級室和所述每一個(gè)第二級室間壓降的手段是給所述第一級室加壓，使其壓力大于每一個(gè)所述第二級室的壓力。
11．按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述將顆粒從所述第二級室收集到至少一個(gè)收集器的手段對每個(gè)收集器而言包括一根連接所述第二級室和所述收集器的收集導(dǎo)管，其中所述第二級室與所述采集區(qū)之間有一個(gè)壓降，且每個(gè)所述收集導(dǎo)管與收集器之間有一個(gè)閥，該閥的設(shè)置方式是控制從所述第二級室到所述收集器的顆粒流動(dòng)。
12．按照權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述閥門是一個(gè)定時(shí)電磁閥。
13．按照權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于所述電磁閥是一個(gè)三通道閥，它的三個(gè)端口分別與所述收集導(dǎo)管、所述收集器和一個(gè)高壓凈化氣體源相接，從而使得凈化氣體可以在不收集顆粒時(shí)從所述收集導(dǎo)管中回流至所述第二級室，防止懸浮顆粒進(jìn)入收集導(dǎo)管，直至所述三通道閥在操作下將所述收集導(dǎo)管與所述收集器相接，并同時(shí)斷開與所述凈化氣體源的連接。
全文摘要
本發(fā)明系在干法基礎(chǔ)上以可重復(fù)的方式用兩級顆粒流化分裝微細(xì)顆粒的分裝設(shè)備。第一級配置是，帶有自由空間的流化床或稀相流化床，其中稀疏的氣－固懸浮充滿整個(gè)室。第二級是稀相氣－固懸浮流化床。第二級接收從第一級引出的懸浮顆粒，形成很均勻的稀相懸浮，經(jīng)收集端口得到很精確數(shù)量的顆粒，放入收集器以供分裝用。也可在多個(gè)第二級室中的每個(gè)都通過一單獨(dú)導(dǎo)管，從大得多的第一級室引出懸浮顆粒。每第二級室可有多個(gè)收集端口。收集最好通過收集端口的定時(shí)開/關(guān)進(jìn)行，使精確分裝量與時(shí)間成正比。
文檔編號B01F5/04GK1316916SQ99810716
公開日2001年10月10日 申請日期1999年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月13日
發(fā)明者祝京旭, 約翰·R·格雷斯, 納扎尼恩·普爾卡福斯 申請人:西安大略大學(xué)