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

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。

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。