基于有限元法研究中药软胶囊的渗漏动力学过程并优化制备工艺参数

This project intends to propose a suitable evaluation method to optimize the process parameters and solve the seepage problem of soft capsules. With the finite element method as the technical support, scanning electron microscopy (SEM) is used to observe the process of internal corrosion by content and external corrosion by ultraviolet light, humidity and other factors in the warranty period (0 months, 6 months, 12 months, 18 months, 24 months)of Chinese medicine soft capsules . ANSYS software is used to establish the kinetics model of Chinese medicine soft capsule rubber corrosion in order to discuss the dynamic process of soft capsule leakage in view of the soft capsule rubber surface collision process. with analogy of finite element method research on residual life of pipeline as the theoretical basis and the quality standard of traditional Chinese medicine soft capsule dosage form and application as the guidance , soft capsules made by different rubber prescriptions are used as the research object to establish the dynamic equations of rubber corrosion process and predict the initial point of the leakage of Chinese medicine soft capsule (residual life). In order to deal with the leakage problem of Chinese medicine soft capsule , the causality between the rubber collision process and the initial point of leakage (residual life) is used as the basis to optimize the process parameters such as selection of plasticizer and antioxidant and controlling of their amount. The establishment of the dynamical model can also provide the basis for rubber formulation adjustment and the use of other colloidal material as alternative to gelatin.

本项目拟提出一种适用性评价方法，并用此方法优化工艺参数，解决软胶囊稳定性中渗漏这一常见问题。以有限元法为技术支撑，运用扫描电镜（SEM）观察中药软胶囊在保质期内（0、6、12、18、24个月）胶皮内部被内容物腐蚀，外部受到紫外线，湿度等因素的腐蚀进程，以ANSYS软件建立中药软胶囊胶皮腐蚀动力学模型为手段，从软胶囊胶皮表面被腐蚀的进程阐明软胶囊渗漏现象的动力学过程。类比有限元法研究管道剩余寿命的理论基础为依据，在中药软胶囊剂型的质量标准和实际生产应用的指导下，应用不同胶皮处方的软胶囊为研究对象，建立胶皮腐蚀过程的动力学方程，预测中药软胶囊的渗漏初始时间点（剩余寿命）。依据软胶囊胶皮腐蚀过程与其渗漏初始时间点（剩余寿命）的因果关系，优化制备过程中增塑剂及抗氧化剂的选择和用量等工艺参数，解决中药软胶囊稳定性中的渗漏问题，动力学模型的建立亦可为胶皮配方调整及选用其他胶体材料替代明胶提供依据。

软胶囊具有生物利用度高、密封性好、外形美观，弥补了中药外观及味道让普通人难以接受，剂量使用和携带不便的缺点。虽然中药软胶囊具有上述有优点，但制剂制备过程中发现了众多稳定性问题，如在保质期内出站内容物渗漏、崩裂迟缓、溶出度不高，在干燥过程中能耗大，能源利用不合理、软较囊的干燥程度不均匀等问题。. 本课题运用扫描电镜观察三种中药软胶囊在保质期内胶皮被内容物腐蚀，外部受到紫外线，湿度等因素的腐蚀进程，利用傅立叶变换红外光谱实验，示差扫描量热法（DSC）实验，分析在保质期内（0，3，6，9，12，15，18个月）的软胶囊所测得到的谱图，从谱图中分析醛类物质，明胶交联老化，溶解度，崩解迟缓之间的关系。以ANSYS软件建立的中药软胶囊胶皮腐蚀动力学模型为手段，从软胶囊胶皮表面被腐蚀的过程的角度阐明软胶囊渗漏系现象的动力学过程，从红外图谱中可知随着放置时间的延长，醛类物质生成逐渐增多，从而导致交联老化现象明显。从热重谱图中可知明胶交联老化会使溶解度下降，从而导致崩解迟缓。确定在不同时间点软胶囊囊壳中的醛类物质生成增多造成明胶交联老化而明胶的交联老化会使明胶溶解度下降，从微观层面对藿香正气软胶囊的崩解迟缓现象进行机理分析。本课题又以胶囊干燥工艺为研究对象，使用UG软件进行三维模型的建立，建立了胶囊干燥室的传热、流场数学模型，气流通道Duct的流量、热量守恒方程，基于ANSYS Icepack软件对整个干燥室内部流场进行了三维有限元仿真模拟，仿真了胶囊干燥室的三维流场。通过分析温度场、速度场，找出其中的缺陷，提出了干燥室的多个改进方案。通过对比确定了最佳方案：（1）增加前挡板（2）将Duct设计为通槽。通过仿真和分析，验证了改进后的干燥滚筒壳体表面的温度、气流速度更均匀，认为最佳方案能够提高干燥质量，并减少设备的能耗。通过优化干燥室的结构来改进流场空气的均匀性和高效，对于降低能耗，改善软胶囊质量具有十分重要的意义。