微波技术在制药机械中的应用
由磁控管发射的波长在123mm，频率为245±50MHz的微波在工、农业方面的应用始于20世纪60年代。在这一波段内的微波不会妨碍通信，5mW/c㎡的泄漏量也不会伤害人体，在人们消除了这些疑虑，铸躇了一段时间后，近几年以来，作为一种新技术得到了广泛的应用。
微波是一种能量形式，在介质中它可以转换成热量。水、脂肪、蛋白质以及其它有机物质在微波场的作用下，其偶极子以微波的频率作高速摆动，使杂乱无章运动的分子获得能量，介质的温度由此而升高。微波加热为“体积加热”，介质的整个分子都处于加热状态，由内向外传递热量，而常规的传导加热则是由外向内传导热量。在医药产业，用微波辐射湿颗粒，可使颗粒内的水分子瞬时汽化，提高了颗粒的空隙度；用微波辐射植物细胞，可使细胞壁内的体液被瞬间加热，温度突然非平衡地上升到沸点，汽化并产生高压而导致细胞壁破裂；用微波辐射微生物体，其体内极性分子在微波场的作用下产生强烈的极性振荡，导致细胞分子间氢键断裂，细胞膜结构被击穿。微波加热技术还可以应用于固体制剂工艺，可解决那些一直困扰着人们的课题，如中药现代化进程中的破壁微粉碎、细胞破壁提取、粉体瞬时杀菌，浓缩浸膏的连续干燥制粒等等问题。
图1表示微波加热时，传热、结质方向一致；传导加热则相反。
图2表示微波加热和传导的加热的干燥速率对比。
传导加热 微波加热
图1 图2
本文综合国内外相关资料，结合我院在固体制剂制药机械方面的科研成果，就微波技术在制药机械中的应用这一课题展开探讨。
一、在颗粒方面的应用
由于片剂、胶囊和颗粒等固体制剂具有给药方便、安全、能工业化大规模生产等方面的优点，在以药物治疗为主的日常医疗事物中，为***剂型。口服固体制剂后，颗粒须经历崩解→溶解→吸收→入血液→进入病灶等过程。人们希望药物颗粒能在预定的时间和部位，以***短的时间崩解，以确保药效。
颗粒是主药和赋形剂等粉体的聚集体，是固体制剂的基本剂型。除颗粒剂外，片剂、胶囊等剂型都需要先制粒，然后再压片和填充等。颗粒的形状、粒度、粒径分布以及孔隙率等各项指标都将影响到药剂的崩解，溶解，影响到成形性及强度。湿法制粒时，利用液体架桥力、毛细管聚缩力等将粉粒团聚成颗粒，干燥后粉粒体之间形成孔隙，孔隙度可由下式来描述
ε=1-
式中，ε为孔隙率；ρA为颗粒的表现密度；ρT为颗粒的真密度。药物颗粒为多孔型，其孔隙率在5%～30%之间。颗粒的工艺参数，如液体的饱合度、混合桨叶对物料的作用强度以及干燥方法等都将影响到颗粒的孔隙率。
目前,我国湿法制粒的典型工艺是：湿法搅拌制粒→流化床干燥→圆锥整粒机→压片或胶囊填充。该法制粒的特点是颗粒偏硬，孔隙率小，粒径分布为呈双峰型。发达国家则采用“一锅法”制粒工艺，用一台设备分步完成混合、制粒和真空干燥。干燥可采用微波加热方式，调节真空度和微波辐射条件，可控制颗粒的孔隙率。真空微波干燥的干燥速度快，加热温度低，这对热敏性药物极为有利。
图3是真空微波干燥搅拌制粒机原理图，图4是该机型外形图。
压制片剂时，颗粒在压缩过程中须经历重新排列→塑性变形→破粒→形成新的界面→摩擦发热→在新的界面上重结晶→形成固体桥，***终成为
图4
压 缩体，即药片。用孔隙度高的颗粒压片，药片的孔隙致密，强度高，崩解和溶解性也好。图5是颗粒的孔隙率与抗张强度的关系。图6是颗粒孔隙率与溶解率之间的关系，横坐标表示溶解时间；纵坐标表示溶解率；三条曲线分别代表不同孔隙率的颗粒。
■ -11.0%；○-14.4%；▲-27.2%；□-40.1%；●-46.4%
图5 图6
沸腾干燥是利用热风使颗粒流态化，传热后再将颗粒的湿分带走。也可用微波辐射沸腾床，让颗粒内部的水份向表面迁移，再由气流带走。图7是热风+微波干燥原理图。图8是热风+微波干燥机的结构示意图。微波干燥的颗粒具有疏松、复水性和溶解性好等优点。干燥时，颗粒的含水隙越高，吸收
图8
微波的能力越强，即使颗粒的含水率不同，也能实现均一速率的干燥。
图9是真空隧道微波干燥机原理图和设备外形图。可用于浸膏的连续
干燥制粒。由螺杆泵1将浸膏或浆料泵在聚四氟乙烯（玻璃增强）传输带9上，由微波发生器2对物料辐射加热，再由破碎机5将干燥物整成颗粒，***后由排出机构6排出。该机的干燥效率是传统方法的十倍，用于食品颗粒干燥时，其组织状态接近于冷冻干燥，但运行成本要小于冷冻干燥。
二、在微粉碎方面的应用
中药饮片粉碎打粉，直接入药的工艺至今仍占主要地位，据2000版药典，全药材粉末制剂品种有261个，占制剂品种的57.2%。植物性中药的细胞大小约5～60μ其有效成分大多贮在细胞壁内，而细胞壁可成为释药的屏障。试验表明，若将细胞壁破碎，使细胞质逸出，其药效可提高1.5～2倍。破壁后的微粉中药饮片可制成袋泡剂，用开水浸泡10～20分钟后即可服用，可取代已沿用了二千年之久的水煎汤剂。
破壁微粉碎已成为当今中药界的热门课题。在传统的冲击型粉碎机基础上，人们发展了振动磨，它利用介质球的高频振动来研磨药材，产品细度可达到10μ。利用文氏喷嘴加速空气的气流粉碎机，将气流加速到超音速，用它来粉碎非纤维性的中药材，产品细度可达5μ。但作为一个工业化的生产设备以及制药行业GMP的特殊要求，人们仍需努力。在提高单机生产能力、折装清洗方便、低能耗、重金属超标、一台设备能粉碎不同的物料、同物料不同的细度等方面仍有待发展。粉碎前，用微波辐射药材颗粒，可使细胞壁变得疏松或破裂，它有利于中药的破壁微粉碎。可进一步提高冲击型粉碎机线速度，由现在的110m/sec提高到150m/sec，解决好易损件耐磨问题。上述二个方面的技术创新，有望成为粉碎设备新的亮点和经济增长点
三、在粉粒体杀菌方面的应用
随着消费者对食品安全和卫生性能要求的不断提高，国家对微生物的管理也相应变得越来越严格。虽然颗粒剂、各种食品、调味料等原料表面上的菌体不全都是有害的，但确存在着对原料颗粒污染的可能性，杀菌就成为一个必要的加工手段。为达到杀菌的预期目的，首先必须掌握微生物体的热特性和原料的热变性。利用微波辐射微生物体，让体内极性分子强烈振荡，击穿细胞膜结构，以达到杀菌目的。用微波杀菌，不会对蛋白质、维生素造成损失，也不会引起淀粉质的α化和物料色变等，关键是控制辐射条件，让杀菌在瞬间完成。图10是连续式粉粒体微波杀菌系统图。
综合上述各章节的分析，微波技术在药机的应用虽已起步，但缺乏深度，某些方面还是空白。微波独特的加热原理和效应为药机产品的技术提升带来了新思路，也必将创造新的经济和社会效益。
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