中国粉体网讯  中药制药行业不仅是我国健康产业的关键构成部分，更是实现中药智能制造价值的主体。由于缺乏明确的量值传递规律和统一的制备工艺标准，中药固体制剂制备过程往往涉及多种复杂的工艺操作和原料配比，造成制造过程中试错多、成本高、周期长的缺陷，制约了中药固体制剂工业的进一步发展。随着交叉学科的融合，新技术的不断引进，中药制药过程的模拟仿真和数字孪生越来越受到重视。目前应用于中药领域的数值模拟方法有：计算流体力学、离散元法(DEM)、数字化模拟等，其中DEM便是一种有效的可对制药过程的多个单元进行模拟的方法，可为推动中药固体制剂走向连续制造和智能制造提供新的技术支撑。

DEM概况

DEM是一种用于分析颗粒运动及其相互作用的方法，在研究颗粒粉末运动碰撞时，具有获取信息全面精准的特点。与物理实验相比，DEM可以更详细地研究粉末的微观动力学。一方面，可以使用DEM软件可视化在粒状介质中形成的微观动力网络，且在计算过程中能追踪到大量颗粒中每一个颗粒的位置和速度，从而能够预测实验和生产中难以准确测量的所有颗粒的信息，并能直观地用图像显示，如作用于单个粒子的轨迹或力；另一方面，它还可以解决在欧拉模型中无法处理的单个粒子的尺寸分布。

由于DEM具有预测计算实验中特细小颗粒的优势，它常用于计算和测量粉末相互间的性质和运动，与物理实验相比具有减少试错，降低成本，提高效率的优点。在药物制剂中，粒子间的相互作用力是重要的影响因素。而DEM可运用这些作用力参数研究检查单个颗粒、工艺条件或设备设计对药品质量的影响程度。

DEM在中药固体制剂中的应用

（1）物料的粉碎

粉碎是中药固体制剂行业关键操作单元之一，用超微粉碎机、球磨、液体能磨、塔式磨机（也称立式搅拌磨机）、锥形筛磨、锤磨和搅拌介质磨等设备将药材或浸膏粉碎到合适的粒度或将细胞破碎，可显著提高有效成分的提取率和生物利用度，但中药粉碎过程的控制是一个重大的挑战。结合DEM的特性，DEM能够建立各种粉碎设备中粉碎进度的模型，且能很好地应用于中药物料粉碎过程的预测和模拟。

（2）混合过程

药物混合的均匀性是评价中药固体制剂质量的关键指标，对药物的安全性、有效性有重要影响。粉末颗粒混合的主要机制：扩散混合、对流混合和剪切混合。但是在混合过程中，药品的均匀性很容易受到共混过程中发生的团聚和离析等问题的影响，加上中药混合过程中复杂成分的“黑箱”特性，导致粉末混合不均匀或混合均匀后再次脱混或离析将影响下游工艺和最终产品质量的一致性，在目前中药固体制剂制造过程中很难立即检测到这些问题。由于DEM可以得到颗粒碰撞过程中全面精准的信息，能阐明不同机器和参数工艺下的混合机制和效果；因此，DEM能够应用于中药物料的混合过程模拟。

（3）制粒单元

湿法制粒是制药工业中常用于制备固体剂型的制造方法。它提高了细粉末的流动性，减少了粉尘产生。目前市场上中药配方颗粒质量参差不齐，不同厂家的同种配方颗粒，同一厂家的不同批次配方颗粒，其有效成分的含量相差较大。将DEM应用于湿法造粒过程中，有助于预测颗粒特性，以及提供对造粒过程的深入理解。所以，DEM能在中药颗粒制粒过程和终点判断方面发挥关键作用。

（4）片剂包衣

片剂通常需经包衣处理，以达到掩味、防潮、控制药物释放等目的，还可利用药辅合一原理，用有药效成分的充当包衣成分，达到协同增效的作用。在包衣的过程中，片芯的性质（形状、表面形貌等）、包衣液的性质（黏度、浓度）和操作条件（进风温度、喷雾速度、包衣锅转速、挡板数量、尺寸、位置）均会影响包衣的均匀性。

包衣的好坏与片剂的含量均匀性直接相关，所以应对片剂包衣进行检测和控制。DEM采用数值积分、牛顿运动方程和欧拉定律模拟离散粒子的运动轨迹，推导粒子位置和速度等信息，以研究并确定操作条件（挡板的数量、尺寸和位置、喷嘴几何形状和包衣时间等）对关键质量参数的影响。因此在中药片剂包衣中运用DEM进行模拟可以加深对包衣过程的理解，并对包衣相关参数进行调整和优化，最终实现提高包衣效率、改善包衣质量的目标。

小结：

DEM作为一种特色明显、优势突出的重要数值模拟方法，不仅能促进中药固体制剂过程朝着智能化发展，还能提供难以通过实验获得的制造过程的具体参数。其可以应用于中药固体制剂制造的中间环节，包括粉碎、混合、制粒、包衣等单元过程，并能量化中药制剂制造过程相关数值，探明其过程机制，模拟其制造过程的真实场景，以达到减少试验试错、降低中药固体制剂的研发成本，缩短生产周期，把被动防御转化为主动预防，加快推动我国中药固体制剂走向智能制造，助力于中药固体制剂行业快速发展。

参考来源：

王晓川，杨华瑞等.复合振动筛筛分性能的离散元模拟研究

吴一峰，王子千等.离散元法(DEM)在中药固体制剂制造过程中的应用

（中国粉体网编辑整理/青黎）

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