聊聊粉末制粒和包衣(一)
無論是醫藥，食品，新能源材料，陶瓷和化工，都是從原料至成品的過程，可以視為“API->制劑”的路徑。然而，因為不同領域的特殊性，原料至成品采用的工藝并沒有做到融會貫通。當接觸行業和應用比較多后，琢磨琢磨，發現相似之處頗多。如果借鑒其他行業的工藝手段，沒準會起到非常好的效果。
包埋，是個很有意思的話題。
在制藥行業，片劑包衣是最常見的包埋了。緩控釋制劑常用的微丸包衣，即空白丸芯先后包載藥層、隔離層和腸溶層，也是很典型的應用。近兩年，開辟兒童藥物和適用于吞咽困難群體的細粒劑型的賽道也比較火熱。當制劑卷的不要不要的時候，也有些公司從源頭卷起，通過固體分散體或者包埋對API改性了，提高原料的流動性和溶出，便于后續制劑生產和提高生物利用度等。在上述應用過程中，被包埋物從大到小轉變，需要使用不同的工藝設備來實現。片劑用包衣機，微丸/顆粒用流化床，而到了粉末這個級別是特別有挑戰性的。
微米級粉末范圍是1-100um, 可謂是越小約難包埋，非常難以實現包埋；對于固體分散體，我們可以認為是對分子形態API的包埋。統一一下，我們稱被包裹的材料為芯材，包裹材料為壁材。對于壁材，也有行業會稱之為保護劑，比如凍干保護劑，噴干保護劑——益生菌行業習慣這么說。毋庸置疑，一層一層的包上去獲得的產品，是包埋。如果芯材和壁材混合之后，通過某種手段，一步到位的使壁材都包裹在芯材外面，這對于生產效率是好的。
各行各業都做了很多嘗試，可以分為濕法包埋和干法包埋。濕法，顧名思義引入水或溶劑，將芯材和壁材做成溶液/混懸液/或者乳液，然后將水和溶劑去除，進而獲得期望的包埋效果。
先說凍干法，壁材和芯材形成均一體系是獲得理想“包埋”的前提。之所以打引號，是因為凍干后的物料需要粉碎，而有些芯材成分難以避免的會出現粉碎后的顆粒界面，裸露在外。對于噴霧干燥，噴出來的顆粒表面也有可能會存在芯材(在油脂包埋的時候，會測試表面油，以此來評估包埋效果)。
凍干和噴干，我們可以認為獲得的是固體分散體系，即芯材和壁材固體間你中有我，我中有你。壁材表示我已經盡可能去保護你了，但是界面上出墻的紅杏，我實在是照顧不到了。為了實現包埋，可以通過以下思路進行優化，即二次包埋。
二次包埋之前，我們需要區分下制粒和包埋。制粒的過程，是將細小的粉末通過粘結劑變成大的粒子。粘結劑往往以霧化液滴的形式噴射在粉末表面的，液滴的粒徑因為霧化機制不同，可能在20-50um或者更大。當粉末粒徑遠小于液滴大小時，粉末就會粘在液滴表面，液滴起到橋接作用，液滴干燥后，粉末聚集成更大的顆粒。當液滴遠小于顆粒粒徑時，就反過來了，這樣子就是包衣(包埋)了。如果粉末和液滴粒徑相近，這也是個制粒的過程。當底物粒徑變大了，后續包衣就手到擒來了。
粘結劑和包埋材料可以是一種或者多種材料，以便起到不同的功效。
通過制粒過程，單個顆粒中芯材和壁材呈現固體分散形式；再追加一步，將更多的壁材包在前端步驟獲得的粒子表面，挨著墻體再筑墻(把墻體加寬)，保險起見，還可以多筑幾道墻，紅杏就出不來了。
在學習顆粒包衣相關內容時，大部分產品都是經過制取顆粒和包衣兩個步驟，也可以采用流化床一鍋法來實現制粒和包衣，如上述益生菌產品就是采用一鍋法生產的。
參考：US 11,039,637
對于其他行業，典型的新能源材料，正在熱火的固態電池研究領域。融會貫通一下：
1.固態電解質改性的包覆
為了增加流動性、穩定性等，由于顆粒小，也可以使用包覆材料完成粘結制粒和包覆；
2.正負極材料的包覆
將電解質，包覆材料和正負極材料體系混合，使用包覆材料完成粘結制粒和包覆。
當前新能源材料行業生產上用的濕法包覆(或制粒)一般是采用噴霧干燥設備和濕法高剪切制粒機，這取決于壁材的多少。當壁材量相對較大，通過引入溶劑配置成混懸液，采取噴霧干燥相對適宜。考慮到溶劑類型和產品易氧化，氮氣環境是需要的。出于對EHS的考量，設備都會設計成閉式循環的。如果壁材較少，和制藥行業的濕法制粒一樣，可以將壁材稀釋在水或有機溶劑中，在高剪切制粒機中完成混合、噴霧加液，實現制粒和包覆。不推薦流化床的原因是，新能源材料都是金屬或者無機材料，密度普遍偏大，初始物料粉體細，不利于流化。
介紹完濕法，再聊下干法。干法的包覆好處很多，不使用水或溶劑，生產效率高。但不適用于包覆材料占比少的情況。
制藥行業的干法一般是通過加熱融化蠟類、硬脂酸、高分子材料等材料進行制粒或者包覆，根據包覆材料和API的特性，選擇高剪切分散包覆及或噴霧冷凝、熱熔擠出等手段實現，依然需要關注是不是有紅杏出墻(熱熔擠出后續的粉碎工藝難以避免)。另外，通過機械能包覆的文獻也不少。
對于新能源行業，干法包覆可以通過高剪切完成混合和包覆，或者采用噴霧冷凝的形式。有時候不希望引入起到粘結的介質，希望粉體壁材直接包埋到另外一種材料顆粒表面，而且需要達到Order mixing and coating的效果，那就需要一些特別的設備，通過機械能破壞壁材粉末的團聚，使之包覆在大顆粒表面。
最近在研究粉末制粒/包衣，歡迎朋友們來擾，一起頭腦風暴，共同進步。
