高壓均質腔

原理示意圖冊(2張)

高壓均質腔主要由增壓機構和高壓均質腔體構成。由於高壓均質腔的內部具有特別設計的幾何形狀，因此在增壓機構的作用下，高壓溶液快速的通過均質腔，物料會同時受到高速剪切、高頻震盪、空穴現象和對流撞擊等機械力作用和相應的熱效應，由此引發的機械力化學效應可誘導物料大分子的物理、化學及結構性質發生變化，最終達到均質的效果 ^[1]  。

● 製藥行業中製備脂肪粒、微乳、脂質體、混懸劑和微膠囊等；

● 生物工程產品的細胞破碎、胞內外物質的提取和均質；

● 食品和飲料工業產品的均質和乳化，提高產品穩定性；

● 化妝品、精細化工等行業產品的均質分散；

● 導電漿料、電阻漿料的生產和製備。

各種均質腔的內部結構細節上雖然各有不同，但是從基本的結構上可以分為圖1所示幾種類型：

A．穴蝕噴嘴型——直接引用了高壓切割和航空航天推進技術中的氣蝕噴嘴結構，但是由於在超高壓的作用下，物料溶液經過孔徑很微小的閥心時會產生幾倍音速的速度，並與閥心內部結構發生激烈的磨擦與碰撞，因此其使用壽命較短，並伴隨有金屬微粒殘落。

B．碰撞閥體型——通過碰撞閥（Impact valve）和碰撞環（Impactring）結構的引入，降低了局部磨損，延長了均質腔的使用壽命。但是由於其根本原理上還是通過溶液中的物料和高硬度金屬（如鎢合金）結構碰撞，所以金屬微粒的磨損殘落問題沒有徹底解決。

碰撞型在後期發展中為了避免金屬微粒殘落和使用壽命較短的問題，在製作噴嘴和閥體時進一步採用了特殊質地的高硬度非金屬材料，如鑽石，藍寶石，納米陶瓷等。新型材料的應用使上述兩個問題得到了改善，但同時也增加了加工難度和製造成本。

C．Y形交互型——根本的區別在於其應用了對射流的原理。利用特有的Y形結構，使高壓溶液中高速運動的物料自相碰撞，大大提高了腔體的使用壽命，並解決了金屬微粒殘落的問題。

第一代碰撞型均質腔在生產醫用注射液時，殘落的惰性金屬顆粒有可能發生聚集或形成更大顆粒。從病理學角度看，將導致毛細血管血流減少，進而引發人體內組織的機械性損傷，以及引起急性或慢性炎症反應。對射型均質腔的誕生從原理上解決了惰性金屬殘落的問題。 ^[2] 

2010年美國食品與藥物管理局（FDA）發佈公告，在全美召回11批丁酸氯維地平注射用乳劑。召回原因為產品中可能含有惰性金屬顆粒物質。 ^[3]  如果這些顆粒發生聚集形成更大的顆粒，理論上將導致毛細血管血流減少，進而引發某些組織的機械性損傷，以及引起急性或慢性炎症反應。某些組織血供減少還可能引起腦、腎、肝臟、心臟、肺等器官缺血或功能不全。因此，在醫藥行業，不推薦使用第一代碰撞型均質腔。業界常見的碰撞型均質腔有APV,Niro, Avestin等早期產品和絕大多數國產機型，這些機型已不適合進行注射用乳劑的大規模生產。

儘管第二代均質腔在使用壽命和防止金屬顆粒殘落的問題上具有一定優勢，但是和第一代均質腔對比也同樣有它的不足之處。詳情見表1：

高壓均質腔在均質過程中，高速運動的物料會和均質腔內部結構發生激烈的磨擦與碰撞，在局部產生大量的熱積累。過高的温度會對產品的質量造成影響。

醫藥乳劑製備應用中，脂質注射乳劑中的物料粒徑分佈(Globule Distribution in Lipid Injectable Emulsions)是衡量乳劑質量與穩定性的重要標準。美國藥典UPS729中明確規定了使用light obscurationor ^[4]  light extinction employs single-particleoptical sizing PSS（Particle Sizing Systems）測量系統的Extinction法來測定大粒徑物料分佈，其中大粒徑物料分佈越小，乳劑的穩定性則越好。而均質腔內部的局部高温正是形成大粒徑物料的主要原因。

傳統的降温方式有將整個均質腔浸泡在冷水甚至液氮中，但是由於產生高温的部位位於均質腔內部，加之不流動的浸泡液體熱交換性較差，所以往往不能達到期望的效果。

更有效做法是採用流動的冷卻液在高壓均質腔內部進行實時降温，這樣可以有效的帶走均質腔內產生的局部熱量，從而減少乳劑大顆粒的產生，提高注射乳劑的穩定性。

同時在細胞破壁應用中，實時降温的均質腔能夠提高細胞破碎中有效成份的活性和產品的質量。

高壓對射流均質腔從實驗到生產的放大方式是採用多通道的方法，業內可見的多通道均質腔可以到7個通道之多。但這些通道在高壓均質的過程中並不是等效的，這就產生均質效果不均一的問題。這個問題還有待業界提出更好的解決方案。