中國粉體網(wǎng)訊 粉體物料的混合在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛存在，使得粉體物料的混合在生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)占據(jù)十分重要的地位。例如，在食品、農(nóng)業(yè)化肥、陶瓷材料和藥品的生產(chǎn)過程中，必須按一定比例將不同材料或不同性質(zhì)的物料混合均勻，然后通過某種處理程序得到最終產(chǎn)品。聲共振混合分散技術(shù)屬于新型無槳混合技術(shù)，是傳統(tǒng)主流混合技術(shù)的替代性新技術(shù)。最初，聲共振混合因其安全、高效的特點在火炸藥混合領(lǐng)域備受關(guān)注。
聲共振混合技術(shù)
聲共振混合技術(shù)（RAM）是一種基于混合設(shè)備彈簧質(zhì)量塊系統(tǒng)共振，使混合容器在較小激振能量輸入條件下產(chǎn)生低頻(60Hz)、大加速度(0~120g，g表示重力加速度，大小為9.8m/s2)振動，從而在混合流場內(nèi)形成振動宏觀混合和聲流微觀混合耦合作用的無槳整場混合技術(shù)。
RAM是一種整場混合，相比傳統(tǒng)葉輪式混合，整個混合場內(nèi)形成均勻的微尺度混合單元，不留混合死角，特別是其在被混物料內(nèi)部的微尺度分散效應(yīng)能夠有效地解決超細(xì)材料團聚的問題，可用于固-固、固-液、液-液和液-氣之間的混合。
RAM無需使用葉輪，避免了被混物料與葉輪、螺桿等元件的局部強烈剪切和摩擦，大大降低了混合過程的力刺激和熱刺激；與超聲混合相比，不存在由于空化產(chǎn)生的局部高溫高壓問題，易于實現(xiàn)工程化放大，在醫(yī)藥、食品、生物、化妝品、含能材料等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
RAM原理
RAM技術(shù)含有一個能產(chǎn)生聲能場的共振機械專有驅(qū)動器，機械系統(tǒng)的共振會將低頻共振聲波能量引入到混合矩陣中（可以是固-固、固-液、液-液和液-氣的混合，圖中的紅色圈流），聲波在整個混合矩陣中的傳播會形成大混合區(qū)（圖中的白色圈流），也稱為體聲流；這樣在整個混合介質(zhì)中形成了微尺度渦流（微聲流）和局部混合（體聲流）。這種聲共振混合的實現(xiàn)需要專有和獨特的控制技術(shù)，通過有效載荷中的聲壓波傳播，將系統(tǒng)的機械能高效地傳遞到混合容器的材料中。
聲共振混合下混合材料的運動示意圖
RAM在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用
（1）藥物共晶
聲共振在藥物共晶方面的研究最多，主要是因為藥物共晶處理的需求量極大、對極低微量處理工藝的迫切需求與聲共振高通量、小處理量的特性完全吻合。
聲共振參與的大部分機械化學(xué)反應(yīng)都是在微量溶劑輔助條件下開展的，因此將這一過程稱為溶劑輔助的聲共振混合(LA-RAM)。與機械化學(xué)反應(yīng)一樣，藥物共晶也主要是在LA-RAM環(huán)境下進(jìn)行的。因此輔助溶劑對共晶的影響至關(guān)重要，成為研究的重點之一。Michalchuk等基于卡馬西平(CBZ)和煙酰胺(NIC)共晶實驗進(jìn)一步證實了輔助溶劑添加的必要性。在該實驗中，未添加輔助溶劑時沒有共晶體產(chǎn)生；加入一滴水(約20mL)后，即可觀察到CBZ/NIC共晶體的生成。
聲共振輔助共晶基于設(shè)備振動機械能到物料動能的轉(zhuǎn)化，其對散狀晶體顆粒具有高效混合的優(yōu)勢，實現(xiàn)“混合→接觸→反應(yīng)→混合→新鮮界面創(chuàng)造→接觸→反應(yīng)”共晶過程的高效率循環(huán)。溶劑輔助的聲共振共晶兼具固態(tài)共晶法和溶液共晶法優(yōu)勢，添加適量對晶體組分溶解度較好的輔助溶劑一方面提升共晶物的流動性，從而提升界面接觸效率和新鮮界面的創(chuàng)造效率；同時溶劑能夠使晶體組分表面適度溶解，強化接觸的充分和緊密性。而且，由于聲共振共晶不存在大量溶劑需要揮發(fā)和強剪切作用導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)破壞或壓實的缺陷，在大多數(shù)材料共晶中有明顯優(yōu)勢。
(2)生物培養(yǎng)
生物培養(yǎng)最常用的培養(yǎng)方式是振蕩搖瓶培養(yǎng)。目前用的藥瓶器為往復(fù)軌道式藥瓶器，其主要存在的問題為幾乎所有培養(yǎng)中都存在氧限制的問題，即培養(yǎng)開始一段時間后菌群進(jìn)入旺盛生長時期時，對氧氣量需求暴增導(dǎo)致供氧不足。
墨西哥國立自治大學(xué)Reynoso-Cereceda等通過對比軌道式搖床和聲共振混合設(shè)備上加載的搖瓶中的體積溶氧傳遞系數(shù)KLa，發(fā)現(xiàn)在相同填充量的情況下，聲共振驅(qū)動的搖瓶內(nèi)的體積溶氧系數(shù)KLa大約為軌道式搖床驅(qū)動藥瓶內(nèi)的3~4倍，最大達(dá)到435.4h-1，而軌道式搖床的最大值為131.5h-1。
相比軌道式搖床，聲共振能夠提升氧氣轉(zhuǎn)移率和最大生物量、減少甚至消除氧限制時間主要因為聲共振垂直振動產(chǎn)生的軸向液體飛濺，在容器頂部的氣相空間中形成了更大的氣液界面面積，強化了氣液傳質(zhì)。
（3）原料藥混合
對于原料藥，普通混合方法存在諸多問題，如低濃度制劑中藥物均勻混合所需的時間較長，混合槳葉對顆粒的破壞，混合裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清洗工作量大。此外，由于普通混合方法都會受設(shè)備容積和樣品裝填量等條件的影響，在工藝從實驗室放大到生產(chǎn)水平時，往往需要重新確認(rèn)工藝參數(shù)。為此，聲共振作為一個沒有明顯放大效應(yīng)的無槳混合新工藝受到制藥行業(yè)的廣泛研究。
日本Tanaka等應(yīng)用聲共振處理微米級茶堿酸酐原料藥與乳糖輔料，發(fā)現(xiàn)聲共振在108s內(nèi)能夠達(dá)到V型混合器10h的混合效果，效率提升超過330倍；用于抗哮喘原料藥茶堿粉末與馬鈴薯淀粉和乳糖輔料分散時，在加速度40g、60g、80g條件下均勻混合的時間分別為40、20、12s，同樣實現(xiàn)了效率的巨大提升，并且Tanaka發(fā)現(xiàn)聲共振混合工藝相比V型混合工藝更適合微量樣品的處理。為評估混合對藥物的結(jié)構(gòu)安全性，Tanaka等在100g條件下混合乳糖顆粒150s，通過電鏡掃描和粒度統(tǒng)計均證明在混合前后，顆粒物的形貌和粒度沒有發(fā)生明顯變化。說明聲共振為一種非損傷性的混合工藝，幾乎不會影響顆粒的幾何結(jié)構(gòu)。
（4）其它
基于聲共振整場弱剪切的混合方式，其特別適合于小尺寸寄宿顆粒與大尺寸宿主顆粒之間的高效、非破壞性包覆。在藥物領(lǐng)域，Huang等使用RAM對原料藥進(jìn)行二氧化硅干法包覆。
通過添加適當(dāng)?shù)难心ソ橘|(zhì)，RAM還可用于減小顆粒尺寸或改變顆粒形態(tài)。Zhang等為解決凝聚劑藥物的傳統(tǒng)V型混合和振動篩分制備方法存在的混合不均勻和凝聚物粒徑分布較寬的問題，采用網(wǎng)格輔助聲共振的方法進(jìn)行凝聚劑藥物(褪黑素原料藥和乳糖輔料)制備，使原工藝超過40%大于500μm的粒徑分布減小到主要粒徑分布在200~500μm，松裝密度提高約10%，破裂壓力提高一倍，所獲凝聚劑藥物粒度更小、質(zhì)地更密實。
小結(jié)
RAM以“無槳、整場、弱剪切”的獨特優(yōu)勢，為粉體物料的均勻化、微尺度分散和工藝放大提供了全新解決方案。從炸藥工業(yè)起步，到藥物共晶、生物培養(yǎng)、原料藥混合乃至顆粒包覆與粒徑調(diào)控，RAM已在醫(yī)藥領(lǐng)域的多個方面展現(xiàn)出安全、高效、可規(guī)�；木薮鬂摿ΑｋS著控制精度與設(shè)備工程化的持續(xù)進(jìn)步，RAM有望進(jìn)一步突破傳統(tǒng)混合瓶頸，成為粉體工藝升級的重要引擎，為高端制劑、綠色制藥及智能制造開辟更廣闊的應(yīng)用前景。
參考來源：
1、馬寧，張光斌等.聲共振混合技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展
2、蔣浩龍，王曉峰等.聲共振混合技術(shù)及其在火炸藥中的應(yīng)用
3、張光全，劉曉波.聲共振混合技術(shù)在含能材料領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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