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杉野机械 MINIMO 桌面型湿法微粒化装置:精细分散与纳米乳化的实验室精密

更新时间:2025-12-04      浏览次数:7

在生物医药、先的进材料、化妆品及食品科学等前沿研发领域,将活性成分、功能性材料或不相溶的液体体系,高效地分散、均质化乃至制备成微米或纳米级别的稳定乳液、悬浊液或脂质体,是许多创新产品从概念走向现实的关键工艺步骤。传统的高速剪切、高压均质等方法在实验室小规模、多配方的研发阶段,常面临样品需求量大、批次间重复性难以控制、难以无菌操作或对敏感物料剪切过载等挑战。日本杉野机械(Sugino Machine)推出的SBS型MINIMO湿法微粒化装置,正是为满足此类对微量、精密、可控且温和的湿法分散乳化需求而设计的桌面级实验室设备。

设备概述与核心定位

MINIMO是一款基于独特射流碰撞原理的湿法微粒化(或称纳米乳化)装置。其名称“MINIMO"直接体现了其设计哲学:微型化(Mini)与模块化(Modular)。其核心目标并非进行大规模生产,而是在实验室台面上,使用极小的样品体积(可低至数毫升),实现高度可控、重复性优异的微米级乃至纳米级液滴或颗粒的制备。

该设备的定位精准:主要服务于制药企业的制剂研发实验室、生物技术公司的药物递送系统研究组、化妆品与功能食品的配方开发部门、以及高等院校中从事胶体化学、纳米材料或乳液科学研究的课题组。它尤其适用于需要在无菌环境(如生物安全柜内)操作、处理昂贵活性成分、或进行大量平行配方筛选的实验场景。

工作原理与技术核心

MINIMO的核心技术在于其摒弃了传统的机械剪切或高压均质思路,采用了更为温和且物理原理清晰的对向射流碰撞微粒化技术

  1. 双流路压力驱动与精准对撞:

    • 设备的核心是“Y"型或“T"型结构的微型反应腔。两股独立的流体——通常是需要乳化的油相和水相(或两种不相溶的液体)——分别通过高精度注射泵或高压恒流泵,被推入两个对称的入射流道。

    • 在极的高的压力(通常可达数十至两百兆帕)驱动下,两股流体以极的高的速度(可达每秒数百米)从直径极小的喷嘴(数十至数百微米)中射出,并在反应腔的中心点精准对向碰撞

  2. 射流碰撞与能量局域化分散:

    • 在两股高速射流正面碰撞的瞬间,流体的动能集中在一个极其微小的体积内转化为强烈的剪切力、空穴效应和湍流能量。这种能量释放高度局域化在碰撞点,而非通过机械部件(如转子定子)将剪切力施加于整个样品容器。

    • 这种剧烈的流体动力学作用,导致其中一相(分散相)在另一相(连续相)中被撕裂、拉伸并破碎成极其微小的液滴。通过精确控制碰撞角度、压力和流量,可以有效地将液滴尺寸降低至亚微米级别(如100-500纳米),并形成粒径分布狭窄的乳液。

  3. 温和处理与热控制优势:

    • 由于能量输入集中且过程时间极短(毫秒级),物料在装置内停留时间极短,因此产生的热量积累非常有限。这对于处理热敏感性成分(如蛋白质、酶、某些不稳定化合物)至关重要,能最的大的程的度保持生物活性或化学稳定性。

    • 整个过程没有高速旋转的机械部件直接接触样品,避免了因金属摩擦可能带来的污染、发热或对脆弱结构(如细胞、囊泡)的过度机械损伤。

  4. 模块化与无菌设计:

    • MINIMO采用模块化设计,核心的碰撞腔、连接管路、压力发生单元(注射泵)均可独立拆卸、清洁和灭菌(通常可耐受高温高压灭菌或使用无菌一次性管路组件)。

    • 其紧凑的桌面型尺寸和封闭的流体路径,使其能够轻松放入生物安全柜或超净工作台中,实现全程无菌操作,满足医药和生物制品研发的严苛要求。

系统构成与典型操作流程

一套典型的MINIMO系统主要包括:

  1. 高压流体驱动单元: 通常是两台高精度注射泵或一套双通道高压恒流泵,用于独立、精确地控制两股进料的流速和压力。

  2. 微粒化反应模块: 包含可更换的微型碰撞腔(不同孔径以适应不同粘度或目标粒径)及配套的流体连接件。

  3. 样品容器与收集系统: 进样注射器或储液罐,以及处理后的样品收集瓶。

  4. 控制面板/软件: 用于设定和控制压力、流速、循环次数等参数。

基本操作流程如下:

  • 样品准备与装填: 将需要乳化的两相液体分别装入独立的注射器或进样管路中。

  • 参数设置: 根据物料性质(粘度、界面张力)和目标粒径,设定两相的压力、流速比例以及处理循环次数。

  • 运行与处理: 启动设备,两相液体在高压下被驱动,在碰撞腔内对撞、微粒化,产生的乳液流出并收集。

  • 循环处理(可选): 为获得更小粒径或更窄分布,可将初次收集的乳液作为一相,与新鲜连续相再次进行碰撞处理,实现多级细化。

  • 清洁与灭菌: 实验后,拆卸流体路径模块进行彻的底清洗和适当灭菌,以备下次使用。

应用场景与价值体现

MINIMO的独特原理使其在多个高价值研发领域具有不可替代性:

  • 脂质体与纳米药物递送系统制备: 温和、可控地制备载药脂质体、聚合物纳米粒,保持药物活性,实现高包封率和窄粒径分布。

  • 疫苗佐剂乳剂开发: 制备稳定的水包油或油包水型疫苗乳剂,尺寸均一性对免疫效果至关重要。

  • 微纳米乳液化妆品配方: 研发高稳定性的精华液、防晒霜等,提升活性成分渗透性与产品质感。

  • 细胞培养用脂质乳剂制备: 为无血清培养基制备成分明确、粒径均一的营养补充剂。

  • 高分子纳米微球合成: 通过乳液聚合前驱体的精密乳化,控制最终聚合物微球尺寸。

其核心价值体现在:

  • 超小样品量需求: 显著降低昂贵实验物料的消耗,加速配方筛选进程。

  • 卓的越的重复性与可控性: 参数数字化控制,确保不同批次间结果高度一致。

  • 极的佳的热控制与温和处理: 保护热敏性和剪切敏感性物质。

  • 无缝对接无菌环境: 满足生物医药研发的最的高洁净度标准。

  • 粒径与分布精细调控: 通过调整压力、流速比、循环次数等,实现对最终分散体系性质的精细调控。

总结

杉野机械MINIMO桌面型湿法微粒化装置,代表了实验室级精密分散技术的一个先的进方向。它将工业上成熟的射流碰撞原理微缩化、精密化,使之成为服务于前沿研发的利器。对于致力于纳米医药、高的端制剂、先的进功能材料等领域创新的研发人员而言,MINIMO提供了一种能够以微量样品、在受控无菌条件下、温和地制备高质量微纳米分散体系的强大工具。

在选型与使用时,用户需重点关注其所能达到的最小与典型粒径范围、可处理的物料粘度上限、系统的最的高工作压力与精度、模块的灭菌兼容性以及是否支持所需的样品量程。通过深入的工艺探索与参数优化,MINIMO能够成为连接实验室创新构想与可靠工艺数据之间的关键桥梁。



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