粉体流变学的应用已超越传统机械工程范畴。粉体摩擦学尤其在药物制剂领域日益普及。粉末如何流动、粘附和压缩？这门科学可用于完善药片制造——以下是具体原理。
粉体摩擦学提供了一种理解颗粒接触点相互作用的方法，同时捕捉颗粒间摩擦和表面粘附现象。这些相互作用虽已在机械系统中研究多年，但对制药粉末行为（从流动性到压缩性）同样具有揭示意义。理解这些特性可提升药品可制造性、产品质量及剂型性能。
大多数口服药片均由粉末制成。尽管这些材料的体相特性（如流动性和可压缩性）已被研究数十年，但近期研究重新聚焦于支配颗粒级相互作用的摩擦学行为。
粉体摩擦学基础
在粉末材料中，每个颗粒都是具有独特形状、表面化学性质和形貌的微型固体。当粉末运动或受应力作用时，颗粒接触点会产生摩擦阻力和粘附力。这些表面级相互作用决定了粉末是顺畅流动、聚结为整体，还是完全抵抗压缩。
颗粒间摩擦源于表面粗糙度导致颗粒相互拖拽。更粗糙、棱角更分明的颗粒通常产生更高摩擦系数，限制其流动性。范德华引力和静电荷等粘附力进一步增加了颗粒内聚的复杂性。这两种行为支配着流动性与内聚力之间的平衡，而这正是药片设计与制造的关键特性。
摩擦学通过聚焦三大指标为描述这些相互作用提供了有效框架：摩擦系数（表面间滑动的阻力）、磨损（反复接触中材料的逐渐损耗或重排），以及润滑（使用降低直接接触并减少摩擦的材料）。尽管最初定义于机械部件背景，但这些概念自然适用于制药粉末。有效配方需要具有可控摩擦性并对润滑响应良好的粉末。
制药制造中的摩擦学行为
粉末流动与处理
流动性差是制药工艺中的主要问题之一。高颗粒间摩擦和强内聚力可导致流动中断、成分分离和冲模填充不均。摩擦学见解有助于解释为何某些辅料（如微晶纤维素）流动性较差，而更球形的材料（如喷雾干燥乳糖）流动性更佳。此类测量还能阐明胶体二氧化硅等助流剂的作用机制——它们通过改变表面相互作用降低颗粒间摩擦。
压缩与药片成型
摩擦学在粉末压缩过程中同样至关重要。当粉末受压时，颗粒必须相互重排以形成致密整体。高颗粒间摩擦会阻碍重排，需要更高压缩力；而粘附不足则可能损害药片强度。药片硬度和崩解时间等特性取决于所涉粉末的摩擦阻力和表面键合。Sadeghi等人综述的纳米压痕和表面力映射最新进展表明，颗粒级特性（如硬度、弹性和表面能）如何影响整体压缩性能。这些工具可弥合微观力学与成品药片质量之间的鸿沟。
润滑与出片
润滑剂（尤其是硬脂酸镁）在药片制造中必不可少。其摩擦学功能是在粉末与冲模壁界面形成薄层，降低压缩过程中的摩擦并实现顺畅出片。然而，过量润滑会削弱颗粒间键合并延缓药物溶出。摩擦学为此类权衡提供了机理理解，凸显优化润滑剂浓度和混合条件的重要性。
制药摩擦学研究的启示
摩擦学在生物医学和食品科学中已确立地位。例如，Nayak等人近期对粉末床熔融制造的无镍不锈钢植入物的研究，在干湿条件下评估了摩擦系数，阐明表面硬度和润滑如何支配磨损与性能。尽管聚焦医疗器械，这些发现清晰表明摩擦学特性决定材料耐久性和功能性。
类似地，摩擦学测试已应用于口服液体制剂，特别是儿科混悬剂。通过基于流变仪的摩擦学装置，研究人员揭示了粘度、粗糙度和粒径如何影响摩擦系数，这与口感和患者接受度相关。这些源自食品科学的方法进一步证明摩擦学可预测感官体验——这是以患者为中心的药物设计的重要因素。
摩擦学测试在配方优化中的新兴作用
传统上，制药中粉末行为通过体相表征方法评估，如休止角、豪斯纳比率和剪切单元分析。这些测试虽有用，但仅提供颗粒级行为的有限机理视角。摩擦学测试直接探测颗粒间接触力学，从而更全面理解粉末性能。
例如，微摩擦计可测量单个颗粒间或颗粒与金属表面间的滑动阻力，有效模拟冲模壁相互作用。纳米压痕技术可量化颗粒硬度和弹性模量，确定压缩过程中的变形和键合。同样，最初为口服混悬剂开发的基于流变仪的摩擦学，可表征润滑状态并识别从边界润滑到流体动力润滑的转变。
将摩擦学数据整合到配方工作流程中，对药片设计和性能产生直接实际影响：它使制造商能通过选择具有理想摩擦和粘附特性的填充剂与粘合剂来优化辅料选择，确保粉末有效流动和压缩。粉体摩擦学还实现更精确的润滑控制——可调整润滑剂类型和浓度，在顺畅制造与可靠药物释放间取得平衡。此外，摩擦学测量有助于在大规模生产前预测粘冲、顶裂或分层等潜在制造问题。
未来展望
将粉体摩擦学与过程分析技术（PAT）结合是制药制造的新方向，在线摩擦学传感器可在压片过程中监测冲模壁摩擦，实现实时质量控制。
计算建模的进展也产生影响，离散元模型（DEM）正越来越多地与摩擦学参数耦合，为粉末流动和压缩提供更精确的模拟。
除制造效率外，粉体摩擦学还支持以患者为中心的创新：如儿科混悬剂研究所示，摩擦学见解可指导开发优化感官接受度和可制造性的剂型。
最后，摩擦学对可持续制药生产具有启示意义。理解摩擦和磨损可指导配方设计，减少工装损耗并最小化材料浪费。
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