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【艾分享-05 · 脂质体制备 · 工艺设备篇】脂质体的粒径控制(三)

更新时间:2024-06-28  |  点击率:482

脂质体的粒径控制(三):高压均质与微射流

接着上一篇文章关于均质技术的介绍,这一篇主要讲述均质技术/设备的核心单元——均质单元

脂质体样品粒子的粒径减小和分布改善均是在均质设备的均质单元中完成,如上一篇所述,均质单元从类别上来说大体可以分为均质阀式(分体狭缝式)微射流容腔式(整体狭缝式)

 

(一)均质阀式(分体狭缝式)

 

一般来说,此类型均质设备的均质单元称为均质阀。分为三个组件:均质阀座均质阀芯冲击环

均质阀座与均质阀芯预先贴合,当均质设备动力单元将样品吸入并输送至均质单元时,样品由前端流道挤入至均质阀座孔道内,由于均质阀座的孔道(一般直径1mm~3mm)比前端流路管道小很多,所以样品内部能量急剧增加,并将均质阀座和均质阀芯挤出一条缝隙,样品粒子由此缝隙高速喷出,并经冲击环内侧撞击后喷射而出,完成均质过程。

【艾分享-05 · 脂质体制备 · 工艺设备篇】脂质体的粒径控制(三)

此过程中,从狭缝中喷出的瞬间由于存在巨大的压力差(即为均质设备显示压力,一般可以到1000bar以上),使粒子产生巨大的爆破作用,同时由于高速喷射而出,与冲击环内侧的撞击力及粒子之间的剪切力共同作用,使粒子达到粒径减小的效果。

过程中均质阀座与均质阀芯之间的贴合紧密度直接影响样品冲破缝隙所承受的阻力,此阻力的大小即为均质的压力,一般来说阻力越大,即均质压力越高、爆破力越强、喷出速度越高,所形成的粒子间剪切力、与冲击环之间的撞击力也越强,均质能力就越强,粒径就越小。而均质压力大小的调节通过调节均质阀座与均质阀芯之间的贴合紧密度来实现。

除均质阀座与均质阀芯之间的贴合紧密度影响外,均质阀座的出口释放距离也极为重要(一般称均质阀座边宽),可以理解为,能量一定的情况下,边宽越窄,能量损耗越小,其喷射出的速度就越高,均质效果也就越好

综上,对于均质阀式的均质设备,影响均质效果的因素除均质压力外,还与均质单元的能量转换率有关。

此外,均质过程中由于存在巨大的爆破力和撞击力,其总能量除用于均质破碎所需能量之外,必然有一部分会变成热量,且均质压力越高,次数越多,产热越多。所以均质设备一般需配备高效热交换器,可通过接入的冷媒对样品进行适度降温,以辅助达到最佳的均质效果

 

(二)微射流容腔式(整体狭缝式)

 

 

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不同于均质阀式的均质设备,微射流容腔是一个整体式的狭缝,其大小一般为75μm/100μm,不可调节。其原理为样品粒子通过容腔通道时在通道内进行高速的撞击,撞击效应和剪切效应相结合以达到均质细化的效果。一般根据通道结构的不同可以分为ZY

 

均质阀式的均质设备是通过调节均质阀座与阀芯的紧密程度来改变缝隙大小从而改变均质压力的大小来改善均质效果。而微射流容腔的狭缝大小不可调节,其均质压力的调节通过流速的调节来实现。即在缝隙通道固定的情况下,流速越大,压力越高,碰撞力越强,均质效果也就越好

 

温度的产生和控制与均质阀式的均质设备基本相同。

 

 

(三)均质阀式与微射流容腔式的对比

 

均质阀式与微射流容腔式的均质设备在脂质体领域应用均比较多,二者有各自的一些特点,有相似性也有不同点。

 

首先,由于脂质体样品是以磷脂为膜材形成的脂质双分子层,在一定温度条件下,其刚性远远低于无机材料或硬度较大的其他粒子,脂质体粒子柔性较强,其粒径减小所需的能量并不大,因此从这个角度来看,两种类型的均质设备均可以满足脂质体样品减小粒径的要求。

除粒径大小外,脂质体样品对粒径的分布要求非常高,一般PDI均需达到0.1以下。针对此特性,微射流容腔式的均质设备就优势非常大,主要在于:微射流容腔式的设备动力部分活塞直径小,行程长,这就使得其输出的均质是高压持续时间长、压力稳定,且缝隙非常小,所以其能量转换率高,脉冲波动非常小,样品粒子经过容腔所受到的工艺条件基本相同,所以其均质的样品PDI一般都非常小,可以直接达到要求

而均质阀式的均质设备由于柱塞较粗,行程短,压力脉冲波动较大,其粒径均一性较差,往往均质后的样品平均粒径能达到要求,但PDI往往与预期效果有一定的差距。微射流容腔式的均质设备压力波形呈梯形状,且上升与下降的时间非常短,而均质阀式的设备压力近似于正弦波,波动较大。

 

当然,均质阀式的均质设备特点在于均质压力适中,但流量比微射流容腔式均质设备大很多,所以当其用于脂质体样品均质时可大大减少均质过程所需的时间。此类型设备常与挤出设备配套使用,部分类型脂质体品种效果·

 

所以,选择均质设备作为脂质体粒径控制的设备来看,二者各有其特点,如何选择主要取决于工艺要求(效果和效率)以及验证便捷性,不能一概而论。

 

(四)

 

 

关于均质技术在脂质体粒径控制上的应用就交流到这里了,如前面所述,脂质体样品对于粒径均一性的要求非常高,当不论采用何种均质设备都达不到所需效果时,脂质体挤出技术也就应运而生了,后面的文章将对脂质体挤出技术作详细介绍。

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未完待续