控释片剂激光打孔机的研制

第28卷第6期

1998年11月东 南 大 学 学 报JO UR NAL OF SOU T HEA ST UN IV ERSIT Y Vol 28No 6Nov.1998

控释片剂激光打孔机的研制

赵炎生1 王长芳2 夏 毅2 屠锡德

1

(1中国药科大学,南京210009)

(2地质矿产部南京综合岩矿测试中心,南京210018)

收稿日期:1998-05-20,修改稿收到日期:1998-07-27.摘 要 报道一种利用激光束在控释片剂上产生预定释药小孔的激光打孔机.仪器步

进式工作,由伺服传动系统联动控制激光脉冲通断与片剂的传送.从而使片剂的储料、

输送、定位、打孔、出料程序自动化进行.打孔速率1~2片/s,孔径范围 0 1~1 0mm.

经过对盐酸普鲁卡因胺渗透泵片与盐酸维拉帕米渗透泵片的打孔应用,证明仪器能满

足科研与小批量生产要求.

关键词 激光打孔;渗透泵控释片;研制

中图法分类号 T N2491 激光打孔工作原理

根据控释片剂包衣材料 纤维素衍生物等是非金属低反射率的有机化工材料,对特定波长的激光有良好的光吸收性能的特点,同时根据打孔直径范围在 0.1~1.0mm 的要求,我们选用了CO 2激光器.

激光束聚焦在片剂包衣材料表面,在瞬间会产生极高的温度,使包衣材料表面汽化蒸发,汽化的物质高速喷射出,同时产生很大的反作用力,整个过程相当于局部微型爆炸,于是在包衣的表面便形成了小孔[1].

在片剂上打出一个直径为d 、深度为h 的孔,则所需CO 2激光脉冲能量E 应为

E =14 d 2hL p (1)式中,L p 是材料的单位体积破坏比能,J/cm 3.其孔径d 和孔深h 可用以下2式估算:

d =23E (L B +2L m

)ar 1/3

(2) h =3E tan 2 (L B +2L m

)si d,1/3(3)其中,E 是激光脉冲能量,J;L B 是材料汽化热比能,J/cm 3;L m 是材料的熔化热比能,J/cm 3; 是光束进入材料表面时的发散半角,rad.按计算若打出 1m m 孔径,需数十mJ 能量.

激光打孔是在极短的时间内完成的,孔的形成是包衣材料在高功率密度激光束的照射下,产生的一系列热物理现象相互作用的结果,实际打孔与公式计算仍有些差别,需作适当调整,使之符合孔径要求.

2 打孔机结构组成和工作过程

激光打孔机由CO 2激光器、脉冲控制器、激光聚集与观察系统、水冷装置、电源部分、伺服传动机构、片剂输送定位盘和出料系统组成.

激光打孔机的主要工作过程是:激光器发出的激光经激光脉冲和能量控制器变为有一定脉冲宽度与能量的序列脉冲激光,经激光转向聚焦在需打孔的片剂上,调整脉冲控制器的通光孔径,可以获得不同孔径的释药小孔.光学显微系统随时观察打孔质量,从而及时调整有关参数.在伺服传动系统的联动控制下,片剂输送盘沿圆周步进运动,输送盘的启停与激光脉冲的断通严格同步,从而保证了打孔的精度.整个过程,送料、定位、打孔、出料全部自动地进行.2 1 二氧化碳激光器和电源

表1 50min 内激光输出的功率漂移 W

时间/min 工作电流/mA 2420101037.434.518.22037.234.417.5

3036.935.018 0

4037.534.817.05037.534.518 06037.235.017.8输出平均值37.334.717.8

输出相对误差<1%<1%<2%激光功率输出0~35W 连续可调;激光束发散角小(2mrad);输出功率稳定性见表1.在交流稳压电源220V 条件下测定,激光功率计:LP101(全华激光器件公司,北京计量科学研究所标定).为了提高激光脉冲功率,采用逆变式脉冲电源,重复频率达到1kHz,从而改善了打孔的质量.脉冲电源

基本原理是将交流电变为直流电,通过振荡调制放大,形成kHz 级的脉冲讯号去推动逆变器,逆变器产生同样频率的脉冲高压至CO 2激光器,使连续激光形成脉冲激光.激光输出功率长期稳定性小于10%.

2.2 激光脉冲和能量控制器

为了更好地控制脉冲时间和能量,我们使用一个固定光栏和一个移动光栏构成了激光脉冲和能量控制器,见图1.

图1激光脉冲能量控制器框图

激光脉冲

滑块凸轮

激光移动光栏固定光栏2个光栏通光孔中心高度一致,且与激光束同轴.移动光栏位于激光器与固定光栏之间,起到一个斩波的作用,也起到能量控制的作用.移动光栏通过一沿导轨运动的滑块与凸轮相连,凸轮旋转推动滑块,滑块带动移动光栏前后移动,当移动光栏通光孔径与激光束一致的瞬间,激光束通过打孔.光栏孔径大小可以更换,以获得不同的激光脉冲宽度和能量,达到打不同孔径的要求.通过2种光栏联合使用,从而使激光脉冲时间从70~210 s 可调,激光输出能量从20~120m J 可调.片剂孔径与控制器光栏孔径的关系曲线见图2.

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图2 片剂孔径与控制器光栏孔径关系曲线图 移动光栏孔径为 2.5mm 移动光栏孔径为 2.0mm

2.3 光学系统为满足打不同孔径( 0.1~ 1.0m m)的要求,系统

需对10.6 m 远红外激光聚焦,前者用于转向,后者用

于转向聚焦.球面反射镜焦距为70~80m m,常用70

mm.调整2、3位置可以使聚焦光斑适合于打孔.观察

系统采用无限筒长显微系统观察,见图3.

2.4 伺服传动机构

该机构首先对电机转速按预定的速比减速,再由同

样齿数的链轮分别带动片剂盘旋转的棘齿、棘轮和控制

激光脉冲的阿基米德螺旋线凸轮,从而实现片剂输送盘

图3 光学系统图1 CO 2激光器;2和3 平面反射镜;4 球面反射镜;5 聚光照明;6 物镜;7 筒镜;8 半五角棱镜;9 目镜启停与激光脉冲断通严格同步.3 应 用

激光打孔机对数万片盐酸普鲁卡因胺渗透泵片[2]

与盐酸维拉帕米渗透泵片[3]进行打孔,孔径误差均小于

5%,孔径边缘光滑、整齐、无污染,符合科研和小批量生

产的需要.控稀片剂照片见图4.

3 1 盐酸普鲁卡因胺控释片

盐酸普鲁卡因胺(procainamide hydrochloride PA

HCl)渗透泵控释片,片剂直径 7mm,打孔孔径为 0.5

mm, 0.6mm ,包衣膜厚为80 m,120 m 经12名健康

受试者服用溶液剂A(800mg),B(1500mg ),C(1500

mg)2种缓释片.测定血药浓度较普通片波动小,维持

时间长,达到控制释放的目的.结果见图 5.

图4 3种不同孔径的控稀片剂照片3 2 盐酸维位帕米控释片

盐酸维位帕米(verapamil hydrochloride,Ver

HCl)渗透泵控释片,片剂直径 7m m, 8mm,激光打

孔孔径 0.5nm, 0.8nm ,包衣厚度80 m,100 m,

120 m.包衣膜厚度与打孔孔径大小对释放度影响

见表2.

表2 包衣厚度和孔径大小对释放速率的影响(%)孔径

/mm

厚 度/ m 时间/h 123456780.8

69.3 5.1 3.4 3.015.28 3.923.25 3.030.40 5.4139.59 7.342.15 5.9847.74 3.0854.20 1.8743.8 3.410.08 2.4823.53 3.236.61 3.653.2 9.856.35 1.262.12 3.866.91 3.376.5 4.30.5

0.869.3 5.1 4.89 2.2513.4 3.621.7 5.327.42 5.831.86 5.63.4 3.015.28 3.923.25 3.030.40 5.4139.58 7.3

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