原创作者：林红波，18616378295

上海启钺实业有限公司

公司简介:上海启钺实业有限公司是德国PRG搅拌器的指定代理商，公司创始人在业内知名头部企业从业多年，有丰富的制药装备行业经验，洞悉搅拌器、无菌柱塞式阀门在生物制品、配液、生物反应器、发酵罐领域的应用和发展趋势。为顺应国内制药装备的高端需求，专门从众多品牌中优选出有技术领先、工艺精湛、前瞻性的品牌引入中国，并在国内高端装备领域推广和应用，助力国内高端制造业高水平、多元化发展。

公司愿景：成为高端搅拌器和无菌硬件专业伙伴。

提纲：

一、发展趋势

二、挑战

三、解决方案的讨论

一、发展趋势

提纲：

1，不锈钢下磁力搅拌器在材料和结构设计上符合GMP要求，是广泛用于制药领域前提，已经成为必买设备。

2，不锈钢下磁力搅拌器是抛弃型搅拌器设计制造的范本，影响single-use搅拌器设备的走向；

3，和国内制药行业装备一样，向自动化、一键式操作方向发展，同时兼顾全程可追溯、数据完整性、实时反馈实际运行速度，以便实时记录、监控。每台搅拌器配测速器越来越多成为必选项；

4，一罐多能、对不同液体类型、不同的功能宽泛的兼容性。

5，对最小搅拌体积的要求越来越严苛，追求更高回收率、高产出率；

6，要求更低维护，更方便维护，尤其是易于现场更换备件，快速恢复生产，减少停产时间；

7, 高度定制化，体现在材料、形状、最小搅拌体积等方面；

8，国产还不能完全替代进口，进口品牌和国产品牌竞争将长期并存；

内容：

1，不锈钢下磁力搅拌器在材料和结构设计上符合GMP要求，在大规模使用情况下可以大幅度降低使用成本，已经成为必买设备。

伴随着制药法规的更新、新药品的不断涌现、以及新冠疫情的大范围传播，迎来了国内大规模制药投资、大规模的制药装备不断升级改造，不锈钢下磁力搅拌器由于装配和工作原理完全基于制药无菌要求设计------罐底板焊接在罐子底部，轴承采用惰性的碳化硅惰性材料，传动依靠非接触式磁螯合驱动，去除了机械密封、交叉污染的风险，被广泛应用在混合、溶解、悬浊、传热、均质、甚至细菌发酵、细胞培养方面；同时，兼具可重复使用，能大规模降低使用成本，已经成为一件必买设备。

此外，Single-use工艺产线自诞生以来已有15~20年，尤其在CMO或者CRO、新兴的单抗、融合蛋白、抗癌药行业方兴未艾，由于具有减少验证、缩短药品在临床前报批时间、能快速放大等优点，得到了大面积多领域应用。由于Single-use的使用，瓶颈在于药物溶液与塑料袋之间溶出物和析出物的验证支持，只有少数几个跨国供应商可以提供，国内供应商刚刚起步，乐纯在国产品牌里面属于一线品牌，由于大部分用户受限于有限的供应渠道，尤其在2020年新冠疫情期间，导致供需矛盾极端突出，药厂的生产计划完全受限于供应商，而供应商的供应链优化和改变还不足以马上反馈到后端用户端；在药企拿到药物的GMP生产许可证之后，就必然面临降低成本、稳定供应链的压力，必然或者有很大的动力再回归到传统的不锈钢生产线。

这里所指的制药装备，是专指在化药大输液（LVP）、化药小针（SVP）、疫苗、血液制品、融合蛋白、胰岛素、中药、单抗等液体制剂为主的常规制药装备，新兴的细胞治疗因为剂量小不在其中，有些片剂、粉体制剂生产中的液体工艺段也会涉及到不锈钢下磁力搅拌器。

2，不锈钢下磁力搅拌器是抛弃型搅拌器设计制造的范本，影响single-use搅拌器设备的走向；

由于不锈钢下磁力搅拌器的非接触式驱动的设计特点，非常符合GMP对无菌工艺的要求，决定了它可以被参考；另外，不锈钢生产线的设计考虑更充分、更成熟；最后，不锈钢下磁力搅拌器的驱动力更大，磁钮矩更大；以上几个特点决定了不锈钢下磁力搅拌器仍然是Single-use搅拌器设计制造的范本。

3，和国内制药行业装备一样，向自动化、一键式操作方向发展，同时兼顾全程可追溯、数据完整性、实时反馈实际运行速度，以便实时记录、监控。每台搅拌器配测速器越来越多成为必选项；

国内制药行业装备朝着自动化、一键式操作发展，减少人为干预、同时实现制药全程可追溯、数据完整性。不锈钢下磁力搅拌器也相应需要适合一键式操作，同时要能实时反馈实际运行速度，以便PLC能实时记录、监控。

由于下磁力搅拌器的非接触式磁螯合驱动的特点，在搅拌液体时，就会遇到卡顿、打滑、丢转等脱磁情况，如果单纯依靠变频器进行速度调节，只能对变频器的频率进行调节，实现搅拌器的理论转速设定，在现在的一键式操作中很难真实监控搅拌器的运行情况，对于一些要求必须有持续运转要求的应用来说，就必须装配在线测速器，检测罐内桨叶的实际运行速度，并在PLC或者HMI上做报警设置，如果实际运行速度低于变频器设定速度超过安全阈值，就会报警，这样避免因为脱磁带来的运转不连续情况，这在一些高附加值产品的配方罐、制剂罐中已经广为接受搅拌器必配测速器的现实，例如胰岛素、单抗、抗癌药（悬浊液）、高粘度液体；

而一罐多能、对不同液体宽泛的适应性、低液位搅拌是促成这一趋势的最后一根稻草。

4，一罐多能、对不同液体类型、不同的功能宽泛的兼容性。

体现在罐子的最初设计和现实应用中多功能性间发生矛盾，例如，罐子最初设计是应用在最大500L工作体积，现实应用是最大200L或300L；设计之初是为了搅拌似水液体，但实际中液体粘度可能多达100cp，也或者实际液体不是似水，而是有固体颗粒物的悬浊液；或者在确保最大工作体积不变的情况下，希望能搅拌的液体粘度更大些，这往往体现在同一药厂里面的不同溶液的配制上，特别针对目前火热的自动化配液系统中对于浓配罐的要求、在CMO/CRO工厂里面对配液罐的要求。

5，对最小搅拌体积的要求越来越严苛，追求更高回收率、高产出率；这就要求搅拌器有足够小的浸没体积，并能在低液位连续运转；

6，要求更低维护，更方便维护，尤其是易于现场更换备件，快速恢复生产，减少停产时间；

对于下磁力搅拌器来说，常见故障是阴阳轴承磨损，阴阳轴承耐磨部件一般是碳化硅居多，因为碳化硅属于惰性材料，不会和溶液发生互作，这是最核心的优势，硬度较大可以耐磨，液体润湿后摩擦阻力大大降低，被广泛用于制药级泵、磁力搅拌器；由于碳化硅的缺点是比较硬、脆，不耐受干转，一旦溶液中有固体硬颗粒就会嵌入到阴阳轴承之间，导致碳化硅轴承损坏；而碳化硅往往是烧结固定在转头和阳轴承上，一旦损坏就需要外购，如果从供货商那里不能快速得到备品备件，就会导致药厂4-8周的生产工期延误

7，高度定制化，体现在材料、形状、最小搅拌体积等方面；

材料定制一般是为了使罐体或者搅拌器耐受高氯盐，例如哈式合金、钛合金、2205、2507、904L等金属材料，也可以是塑料超高密度聚乙烯，也有用户使用PTFE或者改性的PFT喷涂/包被的不锈钢；形状定制往往为了某一特殊目的，例如实现转速降低的同时，不影响或者提高搅拌的效果，例如下磁力搅拌器转头形状做成对角线加长、加高、象耳形；最小搅拌体积的定制化，为提高投入产出比，合理的挑战设备极限始终是每个制药人的诉求，降低制剂罐或者浓缩罐、回收罐最小搅拌体积，往往成为挑战的核心。目前以多功能底板的形式为主，多功能底板是将搅拌器的底板和柱塞式罐底阀焊接在一块直径很小的钢板上，可以实现最小搅拌体积1~4L液体的搅拌。

8，国产还不能完全替代进口，进口品牌和国产品牌竞争将长期并存；

目前，进口品牌下磁力搅拌器仍占据高端、高附加值、及前沿应用，主要原因在于制药行业不同于其他行业，准入门槛在于GMP法规对无菌设计的要求、对验证的要求，而这些方面从最初到现在，我们就是从学习国外、参考国外一步步发展到现在的，并逐渐形成我们自己的法规、经验。

体现在设备的硬件加工制造和软件验证类技术关键难点，没有克服。硬件制造方面，例如：高端碳化硅轴承加工制造、高精度机加工水平、精密数控机床的公差控制、原材料的选择、人工磁铁强磁化技术等方面；软件方面，例如结构设计、功能验证、清洗验证、材料选用等还是以仿制为主。随着国内制药行业的大规模投资、CMO/CRO的大规模兴起，制药装备的硬件领域，相信进口部件会逐渐被国产替代，国产品牌和进口品牌的竞争会优化行业整合、推动产品的更新、升级换代，更加有利于国内制药装备的升级更新，下磁力搅拌器只是很小的一个细分行业，是整个大趋势下的一个缩影。

二、挑战

1，虽然不锈钢下磁力搅拌器已成为必买设备，但经验的积累、认知和应用的拓展，产生更多细分的设计、应用；例如磁浮、可以干转、底部多层、均质等更加具体的定制化需求；

磁浮，由于磁浮可以避免运转带来的颗粒物风险，使阴阳轴承延长使用寿命，在低液位可以低速干转，兼容悬浊液搅拌，而现实中只有极少的两三家进口供应商可以提供这种磁浮式搅拌器；

干转，对于普通的碳化硅轴承来说，是不能干转的；目前，可以干转的轴承材料一般是碳化硅包被原子碳/钻石，或者氧化锆和碳化硅匹配成对作为阴阳轴承，虽然可以实现累计不超过4小时的连续干转，但会产生颗粒物，对于注射类澄明制剂是不能接受的。

底部多层磁力搅拌器，常用于发酵或者细胞培养，由于是下磁力驱动没有机械密封，没有清洗死角，特别适合用于长时间培养的发酵罐或者生物反应器；而底部磁力驱动，可以使最小搅拌体积降到最低，使种子细胞放大培养的放大比做到最大1:5，远比顶置搅拌器的1:3或者1:2要高效；底部多层磁力搅拌器可以实现低速运转的同时确保溶氧率达标，而下磁力搅拌器运行完全依靠磁螯合的钮矩，对转头内部磁力分配、磁铁磁性要求都很高，国内目前只有2-3加供应商可供选择，选择余地小，成本高，加上是定制品，货期长，极大地限制了这类生物反应器的发展；

均质，往往需要高速磁力搅拌器，需要电机磁铁和转头磁铁有强磁力螯合，往往线速度是表征剪切效果的最重要的参数；而现实中下磁力高速搅拌器线速度往往不到30m/s，远远小于均质需要的40m/s，只能用于一些初级均质，将大颗粒剪切成小颗粒

2，对于不锈钢下磁力搅拌器影响到Single-use搅拌器的发展，single-use可以实现磁力驱动，但高密度聚乙烯摩擦会产生颗粒，是制药亟需避免的风险，如采用磁浮就可以克服，但磁浮是目前single-use搅拌器的技术难题，目前只有1-2家国外供应商可以满足，严重制约了客户的选择面。目前国产品牌暂时没有解决方案，需要合适的供应商和销售前端合作开发；

3，由于自动化、一键式操作很方便，测速器在下磁力搅拌器中得到广泛应用，便于全程可追溯、数据完整性、避免人为干扰，有极大的便利，但同时仍有很多认知差距，导致设备的潜力、使用/维护不能跟上，最典型的表现就是在测速器的测速精度、变频器调速原理、测速器测速原理上。

测速器的测速精度，反映了测速器的实测值和转头实际运转速度真实值之间的差异，使用它的目的是为了监控磁力搅拌器在运转过程中是否会脱磁，例如打滑、丢转、卡顿，由于下磁力搅拌器的工作原理是非接触式磁力螯合驱动，如果液体粘度稍大些，就会有电机运转而转头不转的情况，如果液体粘度在可接受范围里，下磁力搅拌器仍有可能会发生脱磁现象，例如打滑、丢转、卡顿，不像机械搅拌器那样，电机输出速度和翅片速度是一致的；下磁力搅拌器的测速器实测值和变频器调节的输出值之间的误差在5%-10%之间，而一些工程经理或者最终用户往往在URS中要求1%，甚至0.5%，理想很美满，但实际是做不到的，即使可以达到，那也是有很多附带的客观条件的，0.5~1%的误差只会出现在机械搅拌器上，不适用在下磁力搅拌器上。

转头的实际运转速度，一般是由变频器来调整的，如果是顶置搅拌器，那么变频器调整的转速就等于转头的实际转速，但对于下磁力搅拌器情况略有不同，因为下磁力搅拌器是受液体粘度、桨叶形状、罐子高径比等因素综合影响。

4，一罐多能、对不同液体类型、不同的功能宽泛的兼容性，现有的下磁力搅拌器不能完全胜任，亟需宽任务型的下磁力搅拌器出现；目前，只有极少品牌的下磁力搅拌器可以实现此功能，例如德国的PRG搅拌器。

5，对最小搅拌体积的要求越来越严苛，追求更高回收率、高产出率；目前，仅仅适用于1~100L范围工作液体的液体采用多功能底板式设计，其他大于此范围的不得不采用如下异形罐设计。

图1，多功能罐底板

图2，锥形罐

图3，罐中罐

6，要求更低维护，更方便维护，尤其是易于现场更换备件，快速恢复生产，减少停产时间；目前只有个别品牌的下磁力搅拌器可以实现现场更换阴阳碳化硅轴承，大多数品牌还停留在烧结式轴承，一旦损坏就需要更换整个转头或者阳轴承。

7, 高度定制化，体现在材料、形状和最小体积等方面；国产品牌仍停留在仿制，而进口品牌已经可以用在各类金属材料上，限制性因素是哪一种金属材料是最物美价廉的，是SAF 2205、SAF 2507还是钛合金、904L？国内还需要很长一段时间摸索。

8，国产还不能完全替代进口，进口品牌和国产品牌竞争将长期并存；国产品牌由于大部分还在低端进行价格竞争，产品的品质和性能不可能至臻完美，更别提投入大量的资金和人力进行更高一级的研发和升级，还停留在纸面，而后者往往是进一步影响前端销售的关键因素。

三、解决方案的讨论

对于以上下磁力搅拌器的发展趋势和面临挑战来看，挑战是基于应用的需求、市场的需求而存在的，而不是为了满足现状而存在的，只有通过不断的现实和需求之间的矛盾才能推动一门技术，甚至整个行业或者社会的发展，下磁力搅拌器的现状和面临挑战同样如此。

只有认清当下的大势才能谋求顺应潮流，只有认清差距，才能知道发力点之所在、商机之所在；国产和进口品牌是相辅相成的，相互促进，彼此成就的，对于国内制药装备行业来说，可以更好的兼容并蓄，择优利用，对于整个行业来说有百利无一害。放眼全球制药装备市场，国内市场仍是最大规模的，当前立足下磁力搅拌器着眼点，面对这么多的挑战，解决方案是，作为最终用户，面对诸多的新技术、新品牌，应该不断提高我们自身的认知水平，不拘泥于某一品牌或者技术，为自身的工艺目的，应择优采纳；作为国产品牌从业者，应向优势品牌学习，兼容并蓄，为我所用；作为进口品牌代理商以及从业者，当下是国内制药装备发展的最好时机，应尽快抓住商机，赢得利益；笔者支持发展国产品牌、发展国产装备，并坚信时间和空间的转换正处于第一阶段量变积累过程，紧跟潮流，站好位置，将机会转化成商机。