热熔挤出机介绍
热熔挤出 (HME) 是一种持续施加热量和压力以熔化聚合物并将其挤出孔口的工艺。热熔挤出工艺众所周知，其开发目的是为了生产形状和密度均匀的聚合物产品，其工业应用可以追溯到 20 世纪 30 年代。它是塑料、橡胶和食品工业中应用最广泛的加工技术之一，用于生产超过一半的塑料产品，包括袋子、薄膜、片材、管材、纤维、泡沫和管道。HME 近年来被应用于医疗保健行业，用于制造医疗器械并将活性药物成分 (API) 与聚合物混合。热熔挤出工艺可用于提高 API 的生物利用度或制备热塑性药物洗脱装置的前体，例如皮下植入物、眼内植入物和阴道环。本技术简介讨论了 HME 的设备和原理，重点介绍了其在制药行业的应用。
热熔挤出机工作原理
HME 使用挤出机进行——挤出机是一种包含一个或两个旋转螺杆的机筒，用于将物料沿机筒向下输送。挤出机由四个不同的部分组成：
物料通过其进入机筒的开口，机筒可能包含一个装满待挤出物料的料斗，或者由一个或多个外部进料器以受控的方式连续供料。
输送（工艺）部分，由机筒和用于输送物料并在适用情况下混合物料的螺杆组成。
用于在物料离开时对其进行成型的孔口（模头）。
用于冷却、切割和/或收集成品的下游辅助设备。
挤出机有两种类型：单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。单螺杆挤出机用于熔化和成型聚合物。双螺杆挤出机用于将聚合物与其他材料（例如颜料、填料和API）混合，并去除挥发性物质。在制药领域，双螺杆挤出机是首选。它们的啮合螺杆可确保更好的混合，从而形成API颗粒均匀分散的固体或API在聚合物中的固溶体。这可以提高难溶性API的溶解速率和生物利用度。API的均匀分布对于药物洗脱装置至关重要，以确保不同批次之间药物释放速率的一致性。
熔融是由于料筒内部摩擦生热而发生的。在双螺杆挤出机中，物料在螺杆和料筒壁之间发生剪切。料筒用加热器加热或用水冷却。温度经过优化，以保持物料粘度较低，利于混合和移动，避免热降解。
双螺杆挤出机螺杆的设计适用于机筒内不同的混合和输送条件。在开发过程中，模块化螺杆采用共用轴上的多个元件，可实现定制设计。螺杆段可以减小颗粒尺寸、混合和输送物料。长径比（L/D）可优化最终产品的混合和区域数量。图4展示了一个完整的模块化螺杆。一体式生产螺杆可以匹配开发设计，并且更易于清洁，符合cGMP标准。
分散混合
双螺杆挤出机中的螺杆旋转可实现分布和分散混合。分布混合以低能量将材料分散和重新组合，使其均匀混合，不会减小颗粒尺寸或导致热降解。分散混合利用剪切力将材料破碎成更小的尺寸，并仅施加足够的能量来实现这一点。
不同的混合元件既可以减小颗粒尺寸，也可以实现混合。API可以分散在聚合物中，如果溶解度足够高，也可以溶解。挤出物的快速冷却会导致过饱和固溶体，溶解的API无法重结晶。必须监测产品稳定性，因为API可能会随着时间的推移而重结晶，尤其是在API含量高和储存温度升高的情况下，从而影响保质期。
不选择同类型的双螺杆和辅机
双螺杆挤出机有两种类型：高速能量输入 (HSEI) 双螺杆挤出机，主要用于配混、反应性加工和/或脱挥；以及低速后熔合 (LSLF) 双螺杆挤出机，旨在实现低剪切混合和均匀压力输送。螺杆可以是同向旋转（自清洁型），这是最常用的，也可以是反向旋转（压延间隙型）。参见图 6。
各种下游组件协助完成最终加工。水浴和气刀冷却挤出物。传送带将其从模头传送至生产线末端。切条机将挤出物切割成管材或棒材。卷筒机收集挤出物。造粒机将其切割成小块，用于胶囊填充或注塑成型。
产品开发和材料选择
材料选择对于产品的成功至关重要。聚合物应具有热塑性，在加工温度下稳定，并与原料药 (API) 化学相容。对于固体口服剂型，聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮等水溶性聚合物很常见。随着人们对药物热湿交换 (HME) 的兴趣日益浓厚，供应商提供专门针对这些应用而设计的聚合物。药物洗脱装置通常使用不溶于水的聚合物，例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 (EVA) 或聚氨酯。
热熔挤出工艺以最小的剪切应力和热应力将 API 与聚合物混合，从而减少 API 降解。通常会添加抗氧化剂，并且物料在料筒中的短停留时间（几分钟）可最大限度地减少热降解，尤其是与批量混合相比。
热熔挤出工艺为产品开发人员提供了一种加工选择，可以最大限度地提高原料药 (API) 的混合度，同时最大限度地减少降解，从而实现创新医疗器械、溶解性口服剂型和药物洗脱装置的生产。
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