请升级浏览器版本

你正在使用旧版本浏览器。请升级浏览器以获得更好的体验。

1. 掌握制备固体分散体的 原理 。

2. 掌握影响固体分散体溶出度的因素。

3. 掌握喷雾干燥 机 的 构造与干燥 原理。

4. 掌握影响喷雾干燥过程和结果的因素。

《药剂学II 》是本院药剂学课程体系中重要组成部分,该课程侧重于新剂型与新技术的基本理论与最新进展。课程分为理论授课与实验课程两部分。实验课程中 目前开设了固体分散体、滴丸、微囊、静脉注射脂肪乳等多种新剂型新技术的实验课程。 其中固体分散体作为一种新技术、新方法,是该课程体系中重要的组成部分 。

固体分散体是指药物以分子、无定型或微晶状态高度分散在固体载体材料中的给药系统。可以 促进 药物 迅速溶解和吸收,达到 提高 口服 生物利用度的目的。口服给药是最安全、最方便的给药途径,因此是临床上最常用的给药方式。但 40%的上市药物和 90% 的备选药物都是难溶性的 极大地限制了其口服生物利用度和药效的发挥。固体分散体是提高难溶性药物溶出度和口服生物利用度的代表性技术之一,是新型给药系统的热点研究领域,也是改良型新制剂的重要发展方向。

喷雾干燥是工业上制备固体分散体的主要技术 。 基本原理是 将药物与载体材料 溶于有机溶剂后,通过喷雾干燥迅速除去有机溶剂,载体材料防止药物结晶析出或阻碍药物晶体的长大,以 达到 增大药物分散程度 而改善其溶出度的目的 。

现有的实验教学中, 采用水浴挥发溶剂的方法开展 实验 ,与工业实践严重脱节,不仅不利于学生掌握固体分散体的制备原理,还留下原始、落后的错误印象。

添置喷雾干燥机也并不可取。由于制备中使用大量有机溶剂, 有爆炸的危险。 另外,如果喷雾干燥工艺参数设置不当,极易出现堵喷嘴、材料黏壁等不可逆现象,无法让学生自由调节工艺参数以开展探索性实验。若学生仅仅按提供的参数开展实验,无法真正掌握这门技术。因此,开展喷雾干燥制备固体分散体的虚拟仿真实验是必要的。

图1 喷雾干燥示意图

本虚拟仿真实验分为2 部分建造。首先建立虚拟仿真模型 (图 1 包括固体分散体模块和喷雾干燥模块。

通过该模型使学生掌握 固体分散体的组成、促进溶出的原理, 喷雾干燥机的构造及各部件功能,更重要的是使同学掌握 影响固体分散体溶出的处方因素(如,载体材料种类及用量等),以及 各工艺参数(如,泵液速度、雾化压力、干燥气流流速及温度)是如何影响喷雾干燥过程(如,是否堵喷嘴,是否黏壁等)及结果(如,粉体收率)的。在此模型基础上进一步建立交互机制。通过实验 确立不同 处方 及工艺参数对应的实验结果, 将对应关系整合 入虚拟仿真模型中,学生可 以连续地调节不同的参数,进而呈现不同的实验结果,直至喷雾干燥过程能顺利进行,达到合理的收率以及理想的溶出曲线。

另外,本虚拟仿真模型预留接口以拓展其应用场景。 喷雾干燥在药学领域有较广的用途,除了固体分散体的制备外,还可以进行环糊精包合物、微囊 微球、干粉吸入剂、中药制剂、蛋白 多肽药物等的制备,也适用于食品、化工和农业等学科。因此,虚拟仿真 模型在构建之初就分为了 固体分散体模块和喷雾干燥模块两部分,可以以喷雾干燥模块为核心,增添其他模块以增加应用场景。

本实验系统的先进性体现在:①全新的虚拟仿真实验。目前在i LAB X 上未见有固体分散体相关的 虚拟仿真实验。喷雾干燥方面仅有 陶瓷干压成型粉料喷雾干燥造粒虚拟仿真实验 ,无交互机制,也不符合药学的实验需求。②交互机制。本系统通过实验建立处方因素和工艺参数与实验结果的对应关系,学生可以自由探索不同参数对实验结果的影响,能够真正掌握固体分散体和喷雾干燥的原理,进而在实践中知道处方或工艺参数调整的方向。③拓展性强。预留接口,可根据需要加装模块,满足不同学科的应用。

(1 )实验原理 

固体分散体提高溶出度的原理和药物的分散状态及载体材料的性质有关。1)药物在固体分散体中所处的 分散状态 是影响药物溶出速率的重要因素。药物以分子状态、胶体状态、亚稳定态、微晶态以及无定形态在载体材料中存在时具有较大的表面积, 有利于药物溶出。 2)载体材料对药物溶出 有 促进作用 。 ① 使用水溶性载体材料 可提高药物的润湿性。在固体分散体中,药物周围被可溶性载体材料包围时,使疏水性或亲水性弱的难溶性药物具有良好的可润湿性,遇胃肠液后,载体材料很快溶解,药物被润湿,因此溶出速率与吸收速率均相应提高。 ② 载体材料保证药物的高度分散性:当药物分散在载体材料中,由于高度分散的药物被足够的载体材料分子包围,使药物分子不易形成聚集体, 故保证了药物的高度分散性,加快药物的溶出与吸收。 ③ 载体材料对药物有抑晶作用:药物和载体材料医 `学教育网搜集整理在溶剂蒸发过程中,由于氢键作用、络合作用使黏度增大。载体材料能抑制药物晶核的形成及成长,使药物成为非结晶性无定形态分散于载体材料中,得共沉淀物。 因此,载体材料的种类(亲疏水性)及用量决定了药物的分散程度和可润湿性,进而影响难溶性药物的溶出度。

喷雾干燥的工作原理是将待干燥的物料通过雾化器分散成雾样微小液滴,与热空气流进行交换,蒸发掉大量水分,进而得到粉末状或细颗粒状的成品或半成品。喷雾干燥技术由三个部分组成,第一部分是对料液进行雾化处理,第二部分是使被雾化处理的料液与空气接触,第三部分是使干燥后的粉末与空气分离。 影响喷雾干燥的因素有: 1)进料速度 。 在喷雾干燥过程中,进料速度是重要影响因素之一。进料速度决定物料在干燥室、分离器和输送机中的停留时间,同时还影响着物料雾化以及液滴的大小。较高的进料速度会使热量传递变慢,使得液滴难以充分干燥, 增加了喷雾干燥粉末的水 分 ,甚至 导致粘壁现象。 更 高的进料速度也 有 可能 由于 物料雾化不完全 而出现 液滴直接滴落在干燥室内的现象 。但过慢的进料速度也可能由于雾滴过细,而导致粉末损失。 2 )干燥温度 。 干燥温度是影响喷雾干燥粉末物理化学性质最重要的因素。较高的干燥温度为干燥室提供更多的热量,这增加了干燥速率并降低了喷雾干燥产品的水分。干燥温度的升高导致水分蒸发加快,这使得微球更快地形成而没有足够的时间收缩,导致得到的颗粒粒径较大。喷雾干燥粉末的堆积密度随着温度的升高而降低。较大的颗粒可能内部是中空的,或者由于较高的水蒸发速率而具有多孔性或破碎的结构。喷雾干燥粉末的流动性在一定程度上也受干燥温度的影响,随着温度的升高,流动性会降低。3)干燥气流流速。气流量小影响热交换,容易造成粘壁。 4)雾化压力。雾化压力越大,雾滴越细,越容易干燥,但太细的粉末也可能流失而降低收率。雾化压力越低,雾滴越粗,不易干燥,可能出现粘壁现象。 5 )物料浓度。 浓度越高,粘度越大,若热交换效率低,则易出现堵喷嘴及粘壁现象。

知识点:共5 个

1. 固体分散体 提高溶出度的原理

2. 影响 固体分散体 溶出度的因素;

3. 喷雾干燥 机的构造

4. 喷雾干燥的 原理

5. 影响喷雾干燥的因素。

(2 )核心要素仿真设计

1、 固体分散体 仿真模型

建立固体分散体模型,展示药物和载体材料的相互作用,通过对其溶出过程的虚拟模型,讲解其提高溶出度的原理,及影响因素。

2、 喷雾干燥 机 仿真模型:

展现喷雾干燥机的构造以及工作原理;喷雾干燥机的设置,包括进料速度、干燥温度和雾化干燥气体的类型和流量。

3、交互机制

可以设置处方(载体材料的类型和用量,有机溶剂的种类和用量等)和工艺参数( 进料速度、 雾化压力、 干燥温度 、干燥气流等),不同的参数对应不同的结果(如,是否溶解,不同溶出曲线,是否堵喷嘴,是否粘壁,粉体收率等)。工艺参数可连续调节,对应结果动态变化。


线上、线下相结合混合式教学模式 。

线上:学生提前在线学习虚拟仿真课件,完整学习固体分散体制备的整个工艺流程;熟悉和掌握如何根据药物性质去选择相应的载体材料,以及如何筛选工艺参数;熟悉和掌握喷雾干燥机原理和使用方法,掌握药液喷雾干燥过程中的关键影响因素。 通过虚拟模型,完成喷雾干燥制备固体分散体的实验操作,根据实验现象调整参数,直至整个喷雾干燥过程能够顺利进行(无堵喷嘴和粘壁),粉体收率较高,溶出曲线得到显著改善。

线下:实验室进行部分实践操作, 基于选定的处方, 通过溶剂法制备固体分散体,测定 其溶出度 ,与虚拟仿真结果进行对比 。


(1)学生交互性操作 步骤 ,共 11 步

(2)交互性 步骤 详细 说明

1、 固体分散体结构和促进溶出度原理学习, 根据学习情况, 回答相关问题。

2、影响固体分散体的因素,通过前述学习,回答问题。

3、 喷雾干燥机构造与原理学习,根据学习情况,组装仪器并回答相关问题。

4、影响喷雾干燥的因素,通过前述学习,回答问题。

5、 5 7为制剂参数设定部分,应从不同的载体材料中选择水溶性载体材料,选择合适的载体用量,选择合适的溶剂及用量,否则会出现药物无法完全溶解、溶出曲线未见改善 、堵喷嘴等不同现象,学生根据现象分析原因,调整参数,直至实验顺利,但每调整一次参数,则对应项扣 5分。

6、 8 11项为喷雾干燥工艺部分,学生自行设置相应参数,若参数设置不当会出现堵喷嘴、粘壁、收率低等不同现象,学生根据现象分析原因,调整参数,但每调整一次则对应项下扣 5分,直至实验顺利完成。


制剂处方设置

1、应选择水溶性载体材料,若选择其他类型载体材料,则无法达到促进溶出度的

目的。

2、应选择适宜的载体材料用量,若载体材料用量不足,无法达到药物的高度分散,对溶出度的提高能力有限。载体材料用量过多,也可能由于本身的粘性拽药物的溶出。

3、应选择适宜的有机溶剂水溶液,否则药物无法完全溶解,无法制备得到有机溶剂。

4、所用溶剂的量应适度,否则物料浓度过高,易堵喷嘴。

喷雾干燥实验环节:

1、进料速度过大,可能堵喷嘴或粘壁。 2、雾化压力过低,则雾滴太粗,易堵喷嘴或粘壁;雾化压力过大,粉体过细,可能流失造成收率低。 3、干燥温度过低,可能粘壁。 4、干燥气流过小,可能粘壁。

(1 )客户端到服务器的带宽要求

项目采用按需加载技术,初次访问约30 秒内完成下载,考虑到本项目采取边使用边加载的技术模式,一般宽带用户均可正常访问,校园网到教室的带宽为 100兆接入,完全满足日常教学要求。

(2 )能够支持的同时在线人数

支持并发响应数量为500 。可支持 2000 人同时在线,在线人数超过 2000 时,根据实际的网络情况,访问可能会变慢。

(1)计算机硬件配置要求

CPU推荐使用 Intel 8代 i5

内存至少8G以上;

建议用户显示器的分辨率调至1920×1080。

系统硬盘剩余空间不小于2G。

(2)其他计算终端硬件配置要求

(1) 计算机操作系统和版本要求

Windows

(2) 其他计算终端操作系统和版本要求

无要求

(3) 支持移动端: ○ 是 ● 否

(4)非操作 系统软件要求( 支持 2种 及 以上 主流浏览器)

■谷歌 浏览器 ■ IE浏览器 ■ 360浏览器 £ 火狐浏览器 £ 其他

(5)需要特定插件 ○ 是 ● 否

相关实验
团队成员
卢懿|副教授
负责人

Email:fd_luyi@fudan.edu.cn

研究方向:药物的口服递送、制剂新技术

个人主页:https://spfdu.fudan.edu.cn/cd/34/c41556a511284/page.htm