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走进医药和精细化工行业的 智能化时代
2018年24期 发行日期:2018-12-15
作者:■ 康宁(上海)管理有限公司 张飞霞

    医药及精细化工与人类的生活息息相关。传统的医药及精细化工的生产方式带来的污染、安全和低效问题急需变革。2018年以来,中国以智能制造为主攻方向推动产业技术变革和优化升级的发展方向十分明确。以连续制造技术和微反应技术为支撑的智能化技术在医药、精细化工领域具有广阔的应用前景。

连续制造优势明显   
    
    作为药品和特种化学品的新生产方式,连续制造使用更小的场地生产更多种类的药品和关键的特种化学品,可降低成本、简化工艺、提高生产的安全性和产品的均一性,可能为药物及精细化学品的生产制造带来巨大的益处。以药品生产为例,传统药品制造采用大批量生产,为确保成品质量,每批都要进行大量检测。采用这种生产方式,原材料成分或工艺的任何问题都可能导致整批药品报废。连续制造将制造工艺元素集成到一个计算机控制系统中,在生产过程中,系统通过调节流速,控制产品流出速度并收集样品。此外,连续制造还可以缩短生产时间,使小批量特种药品和按需生产的商用药品的制造成为可能。尽管如此,连续制造应用也存在挑战,需要进一步研究传感器和工艺处理硬件与控制软件集成的技术,使计算机能持续在毫秒级别核实产品质量。
    2018年是连续制造的热点年,美国白宫于 10 月 5 日发布了一份长达 40 页的《先进制造业美国领导力战略》报告。事实上,近十年来,美国食品医药管理局(FDA)一直积极推动连续制造在医药生产中的应用。FDA曾为3家世界级研究机构颁发了近600万美元的基金,用于研究尖端制造技术,更创新、更一致、更可靠地制造药物和生物制品。在FDA的倡导下,各大药企纷纷加大对连续制造的投入,以期提高效益、降低成本,应对不断变化的全球化市场需求。例如,2016年4月,FDA批准了强生公司(Johnson & Johnson)旗下杨森制药(Janssen )的药物从釜式工艺转变为连续制造工艺。越来越多的制药公司都在尝试连续制造生产,并将这种生产方式看作小分子药物生产的未来趋势。

微反应发展迅猛、应用广泛
    
    新兴的微化工技术是实现连续智能制造的有效手段。微反应技术可强化传热和传质、可平行放大、安全性高、易于控制,以其自动化、微型化和绿色化的特点满足化工过程连续制造和高度集成的生产要求,在医药和精细化工领域可以大大提升研发及工业生产的效能。
    20世纪90年代,核反应高效的换热技术转化为微反应技术。微反应技术因其管道尺寸小、换热面积大,可以更加有效地研究反应的动力学和流体的行为,被一些科学家应用于实验室中。随着研究的深入,管道的形状设计、反应器材质的选择、配套设备不断提升,微反应技术的应用范围不断扩大。近10年来,微反应技术的研究和应用得到了国内高校和企业的广泛重视。国内出现了一批微反应器技术的供应商。目前,微反应技术在医药、精细化工的工艺研发和生产中已得到大量应用,有相当多的企业建成了微反应器的研发平台,尝试开发新的产品和合成路线,为智能化连续制造提供了有力的保障。
    总体来说,国内供应商在反应器的设计、加工、材料及一些基础研究上,与国际同行相比,还存在一定的差距。对企业而言,目前最为紧缺的是掌握连续流微反应器技术的人才。作为微反应器技术行业的领导者,康宁一直致力于连续流微反应技术人才的培养。一方面,康宁与全球顶尖高校合作,开展微反应器技术的基础研究和新应用领域的研究;另一方面,康宁资助微反应技术的人才培养,定期举行学术研讨,和高校共建微反应技术实验室。康宁反应器技术中心自2002年成立以来,在世界上实施了数套工业化装置,积累了大量的工程化建设和服务经验,这些可为微反应技术在中国的工业化推广提供宝贵的借鉴。今年以来,康宁在浙江和山东等地多家企业实施了万吨通量的微反应器工业化生产线并开车成功,预示着微反应器工业化生产进入了一个快速发展的新时代。

化学反应智能化不再遥远
   
    从不断涌现的报道来看,新药及新材料的研发正朝着智能化的方向发展。2015年,默克公司在《科学》杂志上报道,利用微量滴定板系统每日可以评估1500个催化偶联反应条件。2018年1月,辉瑞公司成功打造出化学反应高速自动筛选平台,包括几台计算机控制单元,两套可以相互切换的液质连用(LC / MS)系统以及连续流动微管反应系统。研究人员利用该系统对Suzuki-Miyaura偶联反应进行筛选,每天可筛选的条件数量高达1500个。2018年7月,英国格拉斯哥大学发明了一种利用人工智能(AI)来发现新分子的机器人,这台机器正在学习创造化学反应,产生新的药物和材料。2018年8月,美国麻省理工学院网站及科学杂志网站在线同时报道了该学院的研究人员开发了一种自动化的化学合成系统,该系统可以取代化学实验许多较繁琐的事务,使化学家有更多的时间用来研究更具有分析性和创造性的事务上。目前,微反应技术结合在线检测技术,实现自动化程度较高的新药及材料的创新研究已成为可能,例如康宁Lab反应器集合了Zaiput在线分离技术及Magritek 在线核磁检测,短时间内可以快速进行工艺条件的筛选,建立化合物库,快速放大工艺,应对市场竞争。未来,智能化时代必将给传统的医药和精细化工领域带来翻天覆地的变化。


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