Development of innovative simulation technology for the realization of continuous production of pharmaceuticals

开发创新模拟技术，实现药品连续生产

• 批准号: 21H04870
• 负责人: 酒井 幹夫
• 金额: $ 26.71万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04870/
• 关键词: デジタルツイン; 離散要素法; マルチフィジックスシミュレーション; 医薬品連続生産; 縮約モデル; サイバーフィジカルシステム; スマート工場; 埋込境界法; 符号付距離関数; 固体-流体連成シミュレーション; DEM; 固有直交分解; データサイエンス; 医薬品; 連続生産; 粉体工学; デジタルツイン; 離散要素法; マルチフィジックスシミュレーション; 医薬品連続生産; 縮約モデル; サイバーフィジカルシステム; スマート工場; 埋込境界法; 符号付距離関数; 固体-流体連成シミュレーション; DEM; 固有直交分解; データサイエンス; 医薬品; 連続生産; 粉体工学

医薬品の製造において連続生産の導入が注目されている。これまでの連続生産の研究は実験やプロセス設計を中心になされてきた。医薬品の連続生産の最適化のために物理シミュレーションの導入が期待されている。本研究では、医薬品の中で最も身近な固形製剤を対象とし、数値シミュレーションに関する研究を行う。固形製剤の連続生産は固体粒子と流体が複雑に相互作用するマルチフィジックス問題である。このようなマルチフィジックス問題の数値シミュレーションを実行するために、研究者代表者のグループで独自開発したFlexible Euler-Lagrange method with an implicit algorithm（FELMI）コードを使用して研究を進める。2021年度の研究実績は、(1)シミュレーションによる粉体混合評価手法の開発、(2)非球形粒子シミュレーション手法の開発および妥当性確認、(3)Proper Othogonal Decompositionによる粉体混合メカニズムの同定手法の開発である。(1)シミュレーションによる粉体混合評価手法の開発では、Shear Mixingの評価を速度の分散を用いて評価できることを新たに示した。(2)非球形粒子シミュレーション手法の開発および妥当性確認では、楕円体粒子を用いたDEMを開発し、複雑な形状の壁境界であっても実現象の再現性がよいことを示した。(3)Proper Othogonal Decompositionによる粉体混合メカニズムの同定手法の開発では、粒子の位置ベクトルのPODモードに移流混合および拡散混合に特有のパターンが生じることを示した。

在制造药品中引入连续生产引起了人们的关注。先前对连续生产的研究集中在实验和过程设计上。预计将引入物理模拟以优化药品的连续生产。这项研究着重于最熟悉的药物固体配方，并将集中于数值模拟。固体制剂的连续产生是一个多物理问题，其中固体颗粒和流体以复杂的方式相互作用。为了对此类多物理问题进行数值模拟，使用一组研究人员开发的隐式算法（FELMI）代码的灵活的Euler-Lagrange方法进行了研究。 2021财年的研究结果是（1）使用仿真，（2）开发和验证非球形粒子模拟方法的粉末混合评估方法，以及（3）使用适当的Othoconal分解来开发一种识别粉末混合机制的方法。 （1）在使用仿真的粉末混合评估方法的开发中，我们新表明，可以使用速度分散来评估剪切混合的评估。 （2）在非球形粒子模拟方法的开发和验证中，开发了使用椭圆形颗粒的DEM，表明即使具有复杂形状的壁边界也可以重现。 （3）在开发使用适当的Othoconal分解的方法来识别粉末混合机制的方法中，我们已经表明，在粒子位置向量的POD模式下，对流和扩散混合独有的模式出现。