高壓均質(zhì)腔,又稱高壓微射流容腔,是高壓均質(zhì)機(jī)的核心部件。其內(nèi)部具有特殊的幾何形狀,可以使在高壓狀態(tài)下高速流過(guò)的物料發(fā)生物理、化學(xué)、結(jié)構(gòu)性質(zhì)等變化,達(dá)到均質(zhì)的效果。高壓均質(zhì)腔主要由增壓機(jī)構(gòu)和高壓均質(zhì)腔體構(gòu)成。由于高壓均質(zhì)腔的內(nèi)部具有特別設(shè)計(jì)的幾何形狀,因此在增壓機(jī)構(gòu)的作用下,高壓溶液快速的通過(guò)均質(zhì)腔,物料會(huì)同時(shí)受到高速剪切、高頻震蕩、空穴現(xiàn)象和對(duì)流撞擊等機(jī)械力作用和相應(yīng)的熱效應(yīng),由此引發(fā)的機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)可誘導(dǎo)物料大分子的物理、化學(xué)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生變化,最終達(dá)到均質(zhì)的效果.
一、結(jié)構(gòu)分類各種均質(zhì)腔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)上雖然各有不同,但是從基本的結(jié)構(gòu)上可以分為圖1所示幾種類型:
圖1 A.穴蝕噴嘴型 B.碰撞閥體型 C.Y形交互型
第一代 碰撞型
A.穴蝕噴嘴型——最早的微射流均質(zhì)產(chǎn)品,直接引用了高壓切割和航空航天推進(jìn)技術(shù)中的氣蝕噴嘴結(jié)構(gòu),但是由于在超高壓(310MPa)的作用下,物料溶液經(jīng)過(guò)孔徑很微小的閥心時(shí)會(huì)產(chǎn)生幾倍音速的速度,并與閥心內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生激烈的磨擦與碰撞,因此其使用壽命較短并伴隨有不銹鋼微粒殘落。
B.碰撞閥體型——通過(guò)碰撞閥(Impact valve)和碰撞環(huán)(Impact ring)結(jié)構(gòu)的引入,降低了局部磨損,延長(zhǎng)了均質(zhì)腔的使用壽命。但是由于其根本原理上還是通過(guò)溶液中的物料和不銹鋼結(jié)構(gòu)碰撞,所以不銹鋼微粒的磨損殘落問(wèn)題沒(méi)有徹底解決。
碰撞型在后期發(fā)展中為了避免金屬微粒殘落和使用壽命較短的問(wèn)題,在制作噴嘴和閥體時(shí)進(jìn)一步采用了特殊質(zhì)地的高硬度非金屬材料,如鉆石,藍(lán)寶石,納米陶瓷等。新型材料的應(yīng)用使上述兩個(gè)問(wèn)題得到了改善,但同時(shí)也增加了加工難度和制造成本。
第二代 對(duì)射型
C.Y形交互型——根本的區(qū)別在于其應(yīng)用了對(duì)射流的原理。利用特有的Y形結(jié)構(gòu),使高壓溶液中高速運(yùn)動(dòng)的物料自相碰撞,大大提高了腔體的使用壽命,并解決了金屬微粒殘落的問(wèn)題。
第一代碰撞型均質(zhì)腔在生產(chǎn)醫(yī)用注射液時(shí),殘落的惰性金屬顆粒有可能發(fā)生聚集或形成更大顆粒。從病理學(xué)角度看,將導(dǎo)致毛細(xì)血管血流減少,進(jìn)而引發(fā)人體內(nèi)組織的機(jī)械性損傷,以及引起急性或慢性炎癥反應(yīng)。對(duì)射型均質(zhì)腔的誕生從原理上解決了惰性金屬殘落的問(wèn)題。
二、性能比較
2010年美國(guó)食品與藥物管理局(FDA)發(fā)布公告,在全美召回11批丁酸氯維地平注射用乳劑。召回原因?yàn)楫a(chǎn)品中可能含有惰性不銹鋼顆粒物質(zhì)。如果這些顆粒發(fā)生聚集形成更大的顆粒,理論上將導(dǎo)致毛細(xì)血管血流減少,進(jìn)而引發(fā)某些組織的機(jī)械性損傷,以及引起急性或慢性炎癥反應(yīng)。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(yī)藥行業(yè),第一代碰撞行均質(zhì)腔已被嚴(yán)格限制使用。
目前常見(jiàn)的碰撞型均質(zhì)腔有APV, Niro, Avestin等早期產(chǎn)品和絕大多數(shù)國(guó)產(chǎn)機(jī)型,這些機(jī)型已不適合進(jìn)行注射用乳劑的大規(guī)模生產(chǎn)。
盡管第二代均質(zhì)腔在使用壽命和防止不銹鋼顆粒殘落的問(wèn)題上都得到了解決,但是和第一代均質(zhì)腔對(duì)比也同樣有他的不足之處。詳情見(jiàn)表1:
表1 均質(zhì)腔的性能比較 | |||
均質(zhì)腔參數(shù) | 參數(shù)介紹 | 第一代 | 第二代 |
圖1A和圖1B | 圖1C | ||
(碰撞型) | (對(duì)射型) | ||
efficiency | 總效能-均質(zhì)的整體效果 | − 效能一般 | + 效能較高 |
Multi-Channel | 多通道-有利于工藝放大 | − 不利放大 | + 可以放大 |
No Angle | 無(wú)轉(zhuǎn)角-利于高粘度降低阻塞 | + 不易阻塞 | − 易阻塞 |
Multi-Stage | 多級(jí)別-用于增強(qiáng)效能 | + 可兩級(jí)均質(zhì) | − 只有一級(jí) |
Adjustable | 可調(diào)節(jié)-用于優(yōu)化效能 | + 可調(diào)節(jié) | − 固定式 |
表1 均質(zhì)腔的性能比較
所以在均質(zhì)腔的選擇上應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同使用條件來(lái)進(jìn)行選擇,具體方法可參考表2:
表2 均質(zhì)腔的選擇指南 | ||
類型 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
Y形交互型 (圖1C) | 適用于低粘度醫(yī)藥乳劑的生產(chǎn) | 不適用于高粘度溶液或懸濁液 |
碰撞閥體型(圖1B) | 對(duì)濃度要求在A、C之間 | 不建議應(yīng)用于生產(chǎn)醫(yī)藥乳劑 |
穴蝕噴嘴型(圖1A) | 適用于高粘度溶液和懸濁液 | 不可應(yīng)用于生產(chǎn)醫(yī)藥乳劑 |
表2 均質(zhì)腔的選擇指南