公司新闻

过程分析技术(PAT)---推动连续制造落地的核心技术之一

2025-03-13

随着制药行业对生产效率与产品质量的要求日益严苛，传统批次生产模式逐渐显露出局限性，而连续制造凭借其高效、灵活和资源节约的特性成为行业焦点。在这一转型中，过程分析技术(Process Analytical Technology, PAT)作为实时监控与质量控制的基石，成为推动连续制造落地的核心技术之一。

什么是PAT?

2004年，美国食品药品监督管理局（FDA）发布《21世纪药品生产质量管理规范——基于风险的方法》，正式启动过程分析技术（PAT）倡议，其核心是通过实时监测、数据分析和反馈控制，实现“质量源于设计”(QbD)的理念，旨在通过工艺开发、生产与质量保障体系的创新，降低药品制造中的公共卫生风险。

PAT以实时数据采集与分析为核心，聚焦关键质量属性（CQA）和关键过程参数（CPP）。通过传感器、模型算法与自动化控制的结合，确保生产过程中质量指标的稳定性，减少批次失败风险。

简而言之，PAT是一个基于实时产品质量属性和过程理解的监测控制系统。

PAT通常包括以下技术模块：

在线/入线传感器(如近红外光谱NIR、拉曼光谱和荧光光谱等)
数据采集与处理系统(如多变量分析、机器学习算法)
自动化控制平台(如PLC、DCS)

PAT在连续制造中的应用

在连续制造中，过程分析技术（PAT）的应用至关重要，因为它能够实现对生产过程的实时监控和动态控制，从而确保产品质量的一致性和工艺的稳定性。以下是PAT在连续制造中的主要应用：

实时质量监控

PAT通过在线/入线传感器（如近红外光谱NIR、拉曼光谱等）实时采集关键质量属性（CQA）数据，确保产品质量在整个生产过程中始终符合标准。
通过连续监测，可以及时发现偏差并采取纠正措施，减少不合格产品的产生。

工艺优化与控制

PAT结合多变量分析、机器学习算法等数据处理技术，能够实时分析关键过程参数（CPP），优化工艺条件。
自动化控制平台（如PLC、DCS）根据PAT提供的实时数据动态调整工艺参数，确保生产过程始终处于最佳状态。

减少生产中断

在连续制造中，生产中断可能导致大量资源浪费。PAT通过实时监控和预测性维护，能够提前发现潜在问题，避免非计划停机。
通过数据驱动的决策，减少人为干预，提高生产线的连续性和稳定性。

支持质量源于设计（QbD）

PAT是实现QbD理念的关键工具。它通过实时数据反馈，帮助企业在工艺设计阶段就充分考虑质量风险，确保产品质量在设计阶段即被嵌入。
通过持续改进和工艺理解，PAT支持更灵活、高效的工艺开发。

数据整合与智能化生产

PAT将传感器、数据分析和自动化控制整合为一个闭环系统，实现智能化生产。
通过大数据分析和人工智能技术，PAT能够提供更深入的工艺洞察，推动连续制造向更高水平的智能制造发展。

资源节约与可持续发展

通过实时监控和优化，PAT能够减少原材料浪费、能源消耗和废料产生，支持绿色制造和可持续发展目标。
连续制造结合PAT技术，能够显著提高资源利用率，降低生产成本。

PAT实现的三大层级

感知层

利用在线红外、拉曼光谱等传感器实时采集温度、压力等数据，弥补传统离线检测的滞后性。

分析层

通过机器学习或多元统计模型，识别数据异常并预测质量趋势。如化学合成反应中，动态分析反应物浓度变化以优化反应条件。

控制层

将分析结果反馈至执行机构，自动调节参数。例如，在生物制药发酵过程中，实时调整供氧量以维持最佳代谢环境。

目前应用最广泛的PAT检测技术是近红外光谱(NIR)和在线激光粒度仪。图2展示了OSD生产中常见的PAT工具和具体应用场景。

图2.常见的PAT工具和OSD生产过程中的应用

图3. 几种PAT工具实物

上述PAT工具可根据实际应用需求组合应用。同时，随着光谱及测量技术的进步，越来越先进的PAT工具在实验室研究和工业生产中发挥着越来越重要的作用。

PAT落地的关键挑战

尽管PAT技术优势显著，但其大规模应用仍面临多重挑战：

数据整合复杂性

多源异构数据的实时解析需要强大的数据基础设施。

法规与标准适配

PAT监管框架和标准尚在完善中。

技术门槛与成本

需要对物料特性和化学计量学深入理解的技术团队。

PAT的应用案例

近红外光谱(NIR)在连续直压系统上的应用

如图4所示，在连续混合机出料口的NIR设备，可实时监控混合过程中API与辅料的混合均匀度及水分含量，并且数据可以直观显示(图5)。

在线激光粒度仪在流化床上的应用

在线激光粒度仪(图6)能够实时监测流化床中颗粒的粒度分布，获得颗粒实时状态(图7)。

PAT技术的出现进一步推动了药品开发、制造和质量保证的创新。通过21世纪cGMP的推动和2004年FDA PAT指南的发布，行业期待在药物生产的全过程中更广泛地实施PAT。这些举措旨在鼓励制药行业利用新技术进步来提升产品质量和生产效率。尽管有人可能会认为PAT的全面实施需要时间，但不可否认的是，PAT已经为制药行业带来了显著的变革和挑战。

当前在国家倡导“智能制造”的大背景下，制药行业也从传统的人工决策控制向更先进的过程控制转变。工艺过程中集成先进的PAT 工具，辅助以模型预测控制（MPC）系统可实现过程自动化控制。MPC 概念包括线性过程模型与PAT在线监测系统的组合，基于适当的控制策略（模型控制和非模型控制）以执行既定的结果输出。

温州市金榜轻工机械有限公司是制药行业领先的解决方案提供商，专注于推动连续制造与PAT的深度融合与创新应用。在制药行业转型升级的关键时期，我们深知连续制造的高效性和PAT的实时性对提升产品质量、优化生产流程和降低生产成本的重要价值。凭借多年的技术积累和行业经验，我们为客户提供从工艺设计、设备选型到系统集成的一站式解决方案。我们的连续制造系统配备先进的PAT工具、高性能在线传感器和智能化数据采集与处理系统，可实时监测产品状态，实现生产过程的自动化控制与优化。

“推动医药制造能力系统升级”是“十四五规划”五大重点任务之一，发展先进生物医药制造技术是当前乃至今后国家大力倡导的方向。原料药是医药产业的基础，结晶工序作为原料药产业领域的关键环节，PAT的引入有助于深化对原料药结晶过程和产品质量的理解，提高对生产过程的控制，从而最终保障原料药的产品质量，未来必将在制药领域得到更充分的发展与应用。

返回新闻列表