Hình dạng của sức mạnh: Hình dạng của viên thuốc ảnh hưởng đến tính toàn vẹn như thế nào?

Giới thiệu

Trong hành trình của một viên thuốc từ dây chuyền sản xuất đến tay bệnh nhân, nó phải đối mặt với vô vàn áp lực cơ học. Nó được nhào trong máy tráng, rung động trên dây chuyền đóng gói, vận chuyển xuyên lục địa và được xử lý bởi người dùng cuối. Trải qua tất cả những điều này, nó phải duy trì được chất lượng của mình. tính toàn vẹn về cấu trúc. Một viên thuốc bị sứt mẻ, nứt hoặc vỡ không chỉ là một lỗi thẩm mỹ; nó có thể dẫn đến việc định lượng thuốc không chính xác, làm giảm độ ổn định và làm mất lòng tin của bệnh nhân.

Điều này đặt ra một câu hỏi cơ bản cho bất kỳ nhà sản xuất hoặc công ty bào chế dược phẩm nào: Điều gì làm cho máy tính bảng trở nên bền chắc?

Mặc dù công thức là nền tảng của độ bền viên nén, một yếu tố quan trọng khác, thường được tranh luận, là hình dạng của viên nén. Liệu một viên nén tròn đơn giản có chịu lực tốt hơn một viên nén hình bầu dục phức tạp? Hình dạng ảnh hưởng như thế nào đến mọi thứ, từ quy trình sản xuất đến lớp phủ màng cuối cùng?

Bài viết này đi sâu vào khoa học đằng sau hình dạng viên thuốc, dựa trên nghiên cứu có thẩm quyền để khám phá cách nó tác động đến tính toàn vẹn cơ học. Chúng tôi sẽ xem xét sự tương tác giữa công thức, hình dạng và quy trình sản xuất, đồng thời tiết lộ cách các thiết bị hiện đại, như Máy ép viên quay Grand, là yếu tố cần thiết để sản xuất ra những viên thuốc chắc chắn với mọi thiết kế.

Nền tảng: Tại sao độ bền của viên thuốc không chỉ là "độ cứng"

Trước khi thảo luận về hình dạng, trước tiên chúng ta phải định nghĩa thế nào là "sức mạnh". Trong ngành dược phẩm, thuật ngữ "độ cứng"đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ, thường được đo bằng một thử nghiệm lực nghiền đơn giản. Tuy nhiên, khoa học dược phẩm hiện đại ưa chuộng một thước đo chính xác và có ý nghĩa hơn: độ bền kéo.

Như đã nêu chi tiết trong một bài đánh giá toàn diện trong Tạp chí Dược phẩm Quốc tế, độ bền kéo (σt​) là lực cần thiết để kéo vật liệu ra xa nhau. Đối với viên nén, lực này được đo gián tiếp bằng các phép thử như thử nghiệm nén đường kính (hay còn gọi là "thử nghiệm Brazil"). Phương pháp này cung cấp một giá trị chuẩn hóa cho phép so sánh chính xác giữa các viên thuốc có kích thước và hình dạng khác nhau. Tại sao điều này lại quan trọng? Bởi vì chỉ số "độ cứng" cao không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với việc viên thuốc ít bị sứt mẻ hoặc vỡ nắp hơn. Độ bền kéo là chỉ số chính xác hơn về khả năng chống chịu các loại hư hỏng mà viên thuốc có thể gặp phải trong thực tế.

Một viên thuốc chắc chắn—một viên thuốc có độ bền kéo cao—đảm bảo:

• Độ bền thông qua quá trình phủ, đóng gói và vận chuyển.

• Ngăn ngừa tình trạng đóng nắp và cán mỏng (lỗi sản xuất thông thường).

• Liều lượng phù hợp, vì các mảnh không bị vỡ ra.

• An toàn và tuân thủ của bệnh nhân.

Với sự hiểu biết cơ bản này, chúng ta hãy khám phá hai yếu tố chính kiểm soát thuộc tính quan trọng này: công thức và hình dạng.

Bắt đầu từ bên trong: Tác động to lớn của công thức

Không có cuộc thảo luận nào về hình dạng viên nén được coi là hoàn chỉnh nếu trước tiên không thừa nhận vai trò sâu sắc của chính công thức bột. Việc lựa chọn tá dược - tức các thành phần không hoạt động - có thể quyết định thành công hay thất bại của một viên nén, theo đúng nghĩa đen.

Hình ảnh đầu tiên được cung cấp ở đầu bài viết này minh họa rõ nét điểm này. Hình ảnh so sánh các viên nén được sản xuất với hai tá dược chính khác nhau: mannitol (một vật liệu giòn) và xenlulozơ vi tinh thể (MCC) (vật liệu có khả năng biến dạng dẻo).

Kết quả thật rõ ràng:

• Hàm lượng Mannitol cao: Những viên thuốc này có tỷ lệ khuyết tật cao ngay cả khi chịu lực va đập tương đối nhỏ. Tính chất giòn của mannitol khiến nó tạo thành một cấu trúc cứng, dễ nứt khi chịu áp lực.

• Hàm lượng MCC cao: Ngược lại, viên nén có hàm lượng MCC cao có độ đàn hồi tốt hơn nhiều. Các hạt MCC biến dạng dẻo, nghĩa là chúng có thể chảy và thay đổi hình dạng dưới áp lực để tạo thành liên kết chặt chẽ, liên kết chặt chẽ giữa các hạt. Điều này giúp viên nén có thể chịu được lực va đập lớn hơn nhiều với tỷ lệ khuyết tật tối thiểu.

Điều này chứng minh một nguyên tắc quan trọng: Trước khi bạn có thể tối ưu hóa hình dạng, bạn phải hoàn thiện công thức. Một công thức được thiết kế tốt với khả năng nén chặt là bước đầu tiên và quan trọng nhất để đảm bảo tính toàn vẹn của viên thuốc.

Hình học của độ bền: Hình dạng máy tính bảng ảnh hưởng đến ứng suất như thế nào

Sau khi công thức được tối ưu hóa, hình dạng của viên nén trở thành biến số quan trọng tiếp theo. Hình dạng của viên nén ảnh hưởng trực tiếp đến cách phân bổ ứng suất cơ học bên trong viên nén, cả trong quá trình nén và trong quá trình xử lý sau sản xuất.

Từ phẳng đến lồi hai mặt: Vấn đề với các cạnh sắc

Những viên thuốc đầu tiên là những hình trụ phẳng, đơn giản. Mặc dù dễ sản xuất, hình dạng này có một nhược điểm đáng kể: các cạnh sắc nhọn. Các cạnh này là các điểm của tập trung ứng suấtKhi có lực tác dụng—dù là từ một giọt nước, va chạm trong chảo phủ, hay lực đẩy ra khỏi khuôn—ứng suất sẽ tập trung vào các góc sắc nhọn này, khiến chúng dễ bị sứt mẻ và xói mòn. Điều này dẫn đến tăng độ giòn, xu hướng hao mòn của máy tính bảng.

Để chống lại điều này, các nhà sản xuất đã chuyển sang viên nén hai mặt lồi. Các mặt cong và cạnh bo tròn của thiết kế hai mặt lồi đóng một vai trò quan trọng: chúng phân bổ lực đều hơn trên toàn bộ cấu trúc viên thuốc. Không có điểm sắc nhọn nào có thể tập trung lực, giúp viên thuốc có khả năng chống sứt mẻ và vỡ tốt hơn.

Hình bầu dục và hình viên nang: Một giải pháp hiện đại

Khi ngành công nghiệp phát triển, thiết kế viên nén cũng thay đổi theo. Viên nén hình bầu dục và hình viên nang đã trở nên phổ biến vì nhiều lý do, bao gồm dễ nuốt và tạo sự khác biệt cho sản phẩm. Về mặt cơ học, những hình dạng thon dài này được phát huy dựa trên những ưu điểm của thiết kế hai mặt lồi.

Nghiên cứu được công bố trong Công nghệ bột Kendal G. Pitt và Matthew G. Heasley đã sử dụng Phân tích Phần tử Hữu hạn (FEA) để nghiên cứu sự phân bố ứng suất trong viên nén dài. Công trình của họ đã hé lộ một thông tin quan trọng: đối với hầu hết các viên nén dược phẩm dài phổ biến (với tỷ lệ chiều dài/chiều rộng vượt quá 1,7:1), ứng suất kéo cực đại đạt đến một giá trị giới hạn có thể dự đoán được. Điều này cho phép phát triển một phương trình đáng tin cậy để tính toán độ bền kéo của những hình dạng phức tạp này:

Ở đâu $P$ là tải trọng gãy xương, $D$ là trục ngắn, $t$ là độ dày tổng thể và $T$ là chiều cao của bức tường.

Bài học thực tế rút ra là hình bầu dục và hình viên nang được thiết kế tốt có độ bền đặc biệtĐộ cong liên tục của chúng giúp giảm thiểu các điểm tập trung ứng suất, khiến chúng có khả năng chống gãy cao trong quá trình nén theo đường kính và va chạm thực tế.

Hình dạng và lớp phủ của viên nén: Sự kết hợp hoàn hảo

Lợi ích của bề mặt cong mở rộng trực tiếp đến một trong những bước nén quan trọng nhất: lớp phủ phim. Lớp phủ đồng nhất rất cần thiết để che giấu mùi vị, kiểm soát việc giải phóng thuốc và bảo vệ hoạt chất.

• Viên nén phẳng rất khó để phủ đều. Các cạnh sắc có thể bị phủ quá nhiều trong khi các mặt phẳng chỉ được phủ một lớp mỏng hơn. Chính những cạnh này cũng dễ bị xói mòn trong quá trình lăn trong khay phủ, dẫn đến các khuyết tật "mài mòn cạnh" hoặc "song sinh".

• Viên nén hai mặt lồi và hình bầu dụcVới bề mặt lăn nhẵn, lý tưởng cho việc phủ sơn. Chúng lăn tự do và cho phép lớp sơn phủ được phủ đều, mang lại lớp sơn hoàn thiện đồng đều, chất lượng cao và ít khuyết tật hơn.

Tổng hợp tất cả: Máy ép viên tạo ra các hình dạng viên thuốc khác nhau như thế nào

Hiểu được công thức và hình dạng lý tưởng chỉ là một nửa chặng đường. Việc thực hiện thiết kế đó đòi hỏi một quy trình sản xuất với độ chính xác và khả năng kiểm soát tuyệt vời. Đây chính là lúc máy dập viên đóng vai trò then chốt.

Hình dạng của một viên thuốc được quyết định bởi dụng cụ: chết và cú đấmKhuôn dập tạo thành chu vi của viên thuốc, trong khi đầu của mũi đột trên và dưới tạo thành mặt trên và mặt dưới của viên thuốc. Ví dụ, để sản xuất viên thuốc hình bầu dục hai mặt lồi, máy dập phải được lắp khuôn dập hình bầu dục và mũi đột có đầu lõm hình bầu dục.

Tuy nhiên, việc sản xuất các viên thuốc có hình dạng phức tạp, chất lượng cao một cách nhất quán và với tốc độ cao đặt ra những thách thức kỹ thuật đáng kể:

1. Lực nén chính xác: Máy ép phải tạo ra và duy trì lực nén chính xác cần thiết để đạt được mật độ và độ bền kéo mong muốn. Lực nén quá nhỏ sẽ khiến viên nén yếu, dễ vỡ; lực nén quá lớn có thể gây ra hiện tượng đóng nắp hoặc cán mỏng.

2. Đổ khuôn đồng nhất: Để mỗi viên thuốc có cùng trọng lượng và độ cứng, khuôn phải được đổ một lượng bột hoàn toàn đồng đều. Điều này trở nên khó khăn hơn với những viên thuốc có hình dạng không tròn.

3. Căn chỉnh và độ bền của dụng cụ: Các đầu đột trên và dưới phải được căn chỉnh hoàn hảo để tránh hao mòn và lỗi viên nén. Toàn bộ hệ thống phải đủ chắc chắn để chịu được lực tác động lớn khi vận hành liên tục.

Đây chính xác là nơi mà một cỗ máy vượt trội như Máy ép viên quay Grand mang lại lợi thế quyết định. Được thiết kế để đáp ứng nhu cầu sản xuất dược phẩm hiện đại, sản phẩm này vượt trội trong việc chuyển đổi khoa học công thức thành một sản phẩm hoàn thiện hoàn hảo.

• Kiểm soát lực nâng cao: Máy ép Grand sử dụng công nghệ đo ứng suất tiên tiến và khung cơ học chắc chắn để tạo ra lực nén cực kỳ chính xác và có thể lặp lại, đảm bảo mọi viên thuốc đều đáp ứng thông số kỹ thuật về độ bền kéo mục tiêu, bất kể hình dạng của nó.

• Hệ thống nạp liệu được tối ưu hóa: Hệ thống cấp liệu cưỡng bức được thiết kế để đảm bảo quá trình đổ khuôn đồng đều, nhất quán ngay cả với các công thức khó và hình dạng viên thuốc phức tạp, giảm thiểu sự thay đổi về trọng lượng và đảm bảo tính đồng nhất của nội dung.

• Kỹ thuật chính xác cao: Máy ép viên quay Grand Rotary được thiết kế chú trọng vào việc căn chỉnh tháp pháo và dụng cụ, giảm nguy cơ xảy ra các lỗi thường gặp như bịt kín và kẹt, đồng thời kéo dài tuổi thọ của dụng cụ có hình dạng tùy chỉnh đắt tiền.

Bằng cách cung cấp mức độ kiểm soát và độ tin cậy này, máy ép Grand giúp các nhà sản xuất tự tin sản xuất ra những viên thuốc có hầu hết mọi hình dạng—từ viên thuốc tròn đơn giản đến những thiết kế tùy chỉnh phức tạp—mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn về mặt cơ học hoặc hiệu quả sản xuất.

Kết luận: Tổng hợp Khoa học và Kỹ thuật

Vậy, hình dạng viên thuốc lý tưởng để đảm bảo tính toàn vẹn là gì? Khoa học đã chỉ ra câu trả lời rõ ràng: các hình dạng có bề mặt cong liên tục, như hình lồi hai mặt, hình bầu dục và hình viên nang, có tính cơ học vượt trội hơn so với các viên thuốc phẳng có cạnh sắc. Chúng phân bổ ứng suất hiệu quả hơn, ít bị sứt mẻ hơn và phù hợp hơn nhiều để tráng phim.

Tuy nhiên, đây không chỉ là chiến thắng của hình dáng. Tính toàn vẹn thực sự của máy tính bảng đạt được thông qua một phương pháp toàn diện:

1. Nó bắt đầu bằng một công thức được thiết kế khoa học ưu tiên tính nén chặt, sử dụng tá dược như MCC để tạo nên sức mạnh vốn có.

2. Nó được thực hiện thông qua một hình dạng máy tính bảng được tối ưu hóa giúp giảm thiểu sự tập trung căng thẳng.

3. Nó được sản xuất hoàn hảo bằng cách sử dụng máy ép viên hiệu suất cao cung cấp độ chính xác và khả năng kiểm soát cần thiết để làm chủ sự phức tạp của quá trình sản xuất máy tính bảng hiện đại.

Tương lai của ngành sản xuất dược phẩm nằm ở sự tổng hợp giữa khoa học vật liệu, thiết kế hình học và kỹ thuật cơ khí tiên tiến. Bằng cách đầu tư vào cả ba yếu tố này, các nhà sản xuất có thể đảm bảo rằng mỗi viên thuốc họ sản xuất đều là minh chứng cho chất lượng, độ an toàn và độ bền.

Tài liệu tham khảo

1. Chương 22 Độ mạnh của viên thuốc - ScienceDirect.Iosif Csaba Sinka hạng 1,Kendal George Pitt hạng 2, Alan Charles Francis Cocks hạng

2. Ảnh hưởng của các thông số chế biến đến tính chất của viên nén dược phẩm - ScienceDirect.IC Sinka a 1 F. Motazedian a, ACF Cocks b,KG Pitt c

3. Khám phá tác động của công thức và hình dạng viên nén đến tính toàn vẹn của viên nén: Một cuộc điều tra toàn diện sử dụng các kỹ thuật cơ học và hình ảnh. Mayank Singhala mayank.singhal@astrazeneca.com ∙ Joona Sorjonenb ∙ Håkan Wikströmc ∙ Pratik Upadhyayc ∙ Farhan Alhusband ∙ Dean Murphye ∙ Luis Martin de Juanc ∙ Jarkko Ketolainenb ∙ Pirjo Tajarobif. https://jpharmsci.org/article/S0022-3549(25)00285-0/abstract
4. Phương pháp xác định thực tế độ bền cơ học của viên nén—Từ kinh nghiệm đến khoa học.https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378517312006588