介绍
你是否曾好奇市面上为何有如此之多的片剂类型？片剂的多样性并非出于外观考虑，而是源于其功能性。片剂形状的细微差别都可能影响其治疗效果。随着疾病复杂性的增加以及个性化治疗的兴起，制药公司在研发高效片剂方面面临着巨大的挑战，这不仅体现在药物疗效方面，也体现在生产制造方面。传统的片剂研发流程需要针对特定药物配方，在实验室中反复进行粉末压片测试，并尝试多种不同的模具设计，这往往耗时费力且成本高昂。
片剂制造的本质
典型的压片流程始于药粉混合，以确保成分均匀。模具填充后，粉末进行预压以实现轻微压实，随后进行主压，施加高压形成最终片剂。压出的片剂容易出现缺陷，例如碎裂、粘连、翘曲、崩裂和分层。每片缺陷片剂都意味着价值损失，凸显了设计一种能够消除缺陷的压片工艺的必要性。
平板电脑原型设计：传统方法
在生产过程中最大限度地减少片剂缺陷至关重要。传统上，制剂专家会根据所需剂量、患者需求、制剂类型和药物的理化性质，从标准模具库中选择合适的片剂形状和尺寸，并进行实验室压片测试。这些片剂原型会经历一系列物理测试以评估其性能，包括硬度、脆碎度、崩解度和溶出度等关键性能指标 (KPI)。如果原型未能达到所需规格，则需要开发和测试新的模具设计，从而进行多次设计迭代。这种依赖物理测试和反复试验调整的“现状”流程通常耗时、耗力且成本高昂。
片剂压实建模与仿真
通过模拟片剂压片过程并进行详细的应力分析来探究缺陷成因，有助于优化工艺参数，从而最大限度地减少缺陷。一些制药公司已经采用建模和仿真技术（例如Abaqus）进行实验室片剂压片的虚拟原型制作。然而，由于仿真专业知识通常仅限于少数人，他们在工艺验证过程中仍然面临挑战。此外，当 CAD 模型在不同的软件平台上创建时，传输和管理这些模型以进行仿真和设计修改会变得十分繁琐。与此同时，研发团队面临着越来越大的压力，需要加快产品上市速度。因此，MODSIM 的合作以及仿真技术的普及化，使得包括制剂专家在内的更广泛用户群体能够使用这些功能，是克服这些限制的关键途径。
MODSIM 实现高效的平板电脑压缩
为了更快地评估片剂的形状和尺寸，识别潜在的缺陷，并使模具设计师和配方专家更容易进行模拟，可以实施四步工作流程。
参数化模型创建
为了克服诸如需要测试多种工具才能达到预期片剂性能等挑战，可以开发片剂压实过程的虚拟孪生模型。这种基于3D EXPERIENCE 平台的参数化工具装配能够高效地创建和模拟多种片剂设计和形状。此外，SOLIDWORKS 用户还可以通过两种方法利用 MODSIM 功能。第一种方法涉及设计变更和仿真更新的并行操作：设计人员在3D EXPERIENCE 平台上对基准SOLIDWORKS设计运行仿真。基于仿真结果，设计人员返回 SOLIDWORKS，相应地修改设计，更新仿真模型（无需重复基准仿真中的步骤），并将基准设计和修改后的设计结果进行比较。
第二种方法是，SOLIDWORKS 用户可以利用 SOLIDWORKS Design 应用程序执行参数化设计研究，并结合仿真参数（例如材料属性、载荷工况、边界条件等）进行早期设计探索。
这些方法不仅使设计人员能够进行初步分析以指导决策，而且还消除了在不同的 CAD 软件之间进行多次文件交换的需要，从而更容易无缝地模拟和评估各种平板电脑配置。
材料校准
片剂压实是一个复杂的物理过程，始于药物粉末的初始重排，导致剪切流动。随后，颗粒发生弹塑性变形，最终实现片剂致密化。一旦压实力释放，由于粉末的膨胀特性，片剂会发生非线性弹性恢复。内置的 Drucker-Prager 模型结合帽塑性理论，能够精确地捕捉这种复杂的物理行为。
3D EXPERIENCE平台上的材料校准应用程序简化了高级材料模型的校准过程，从而实现高保真度仿真。该应用程序支持多种材料模型、内置优化算法和先进的校准方法，可简化并高效地完成材料校准。
压实模拟设置
让我们来看一个例子。在这个例子中，配方专家需要评估片剂配方的压实性能，从而确定片剂设计方案。片剂设计方案取决于片剂厚度和相对密度范围这两个要求。相对密度范围决定了片剂出现崩裂和碎裂等缺陷的概率。
下图展示了三种典型片剂形状（一种平面片剂和两种凸面片剂，每种形状的几何形状各不相同）的模拟结果。平面片剂满足厚度要求，但其相对密度仅为0.751，密度过低，在脱模过程中容易出现边缘崩裂，因此该设计不太适合生产。凸面片剂的变体1（其凸度高于变体2）未能满足厚度和相对密度两项要求。变体1中心区域的密度分布不均匀，表明片剂在生产过程中容易粘连，这是不希望出现的。变体2则满足了所有要求。较低的凸度使得中心区域的压实度更高，从而获得更均匀的密度分布和更佳的可生产性。
配方专家可以利用 MODSIM 技术预测给定配方的片剂的机械性能，而无需使用不同的工具配置进行多次基于实验室的物理测试。
面向制剂专家的片剂压片技术民主化
借助3D EXPERIENCE 平台上的多学科优化工程师角色，片剂压片模拟可以轻松普及。配方专家可以在开发初期就利用先进的模拟功能，同时借鉴模拟专家的最佳实践进行前期验证。该流程模板支持从 SOLIDWORKS 库轻松导入参数化 CAD 设计，也可以使用已在3D EXPERIENCE 平台上创建的 CAD 模型。材料校准应用程序可以捕捉片剂材料的特性，使配方和模拟专家能够更轻松地将复杂的材料模型集成到模拟中。此外，模拟参数既可以自定义，也可以使用预定义的默认设置。模拟完成后，配方专家可以查看结果，并评估所有关键绩效指标 (KPI)（例如密度分布、应力集中区域以及压实和顶出力）是否满足所需规范。这种标准化的模板使更多用户能够使用先进的模拟功能，从而显著加快流程验证并缩短产品上市时间。
结论
上述方法加快了片剂设计流程，并显著降低了多次设计迭代带来的成本。仿真流程的普及进一步减少了对专业仿真专家的依赖，使制剂科学家能够更高效地评估和优化设计。通过采用3D EXPERIENCE 虚拟孪生技术来评估和验证片剂的形状、尺寸和配方，传统的物理测试可以很大程度上被虚拟测试所取代，从而使制药公司能够显著缩短研发时间和降低成本。
资料来源：达索官方
