中國(guó)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(guò)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(guò)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(wú)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(diǎn)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(dòng)，從而在混合流場(chǎng)內(nèi)形成振動(dòng)宏觀混合和聲流微觀混合耦合作用的無(wú)槳整場(chǎng)混合技術(shù)。
RAM是一種整場(chǎng)混合，相比傳統(tǒng)葉輪式混合，整個(gè)混合場(chǎng)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(tuán)聚的問(wèn)題，可用于固-固、固-液、液-液和液-氣之間的混合。
RAM無(wú)需使用葉輪，避免了被混物料與葉輪、螺桿等元件的局部強(qiáng)烈剪切和摩擦，大大降低了混合過(guò)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?jiǎn)栴}，易于實(shí)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(gè)能產(chǎn)生聲能場(chǎng)的共振機(jī)械專有驅(qū)動(dòng)器，機(jī)械系統(tǒng)的共振會(huì)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(gè)混合矩陣中的傳播會(huì)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(gè)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(shí)現(xiàn)需要專有和獨(dú)特的控制技術(shù)，通過(guò)有效載荷中的聲壓波傳播，將系統(tǒng)的機(jī)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(yùn)動(dòng)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?yàn)樗幬锕簿幚淼男枨罅繕O大、對(duì)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(jī)械化學(xué)反應(yīng)都是在微量溶劑輔助條件下開(kāi)展的，因此將這一過(guò)程稱為溶劑輔助的聲共振混合(LA-RAM)。與機(jī)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(duì)共晶的影響至關(guān)重要，成為研究的重點(diǎn)之一。Michalchuk等基于卡馬西平(CBZ)和煙酰胺(NIC)共晶實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了輔助溶劑添加的必要性。在該實(shí)驗(yàn)中，未添加輔助溶劑時(shí)沒(méi)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(dòng)機(jī)械能到物料動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，其對(duì)散狀晶體顆粒具有高效混合的優(yōu)勢(shì)，實(shí)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(guò)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(shì)，添加適量對(duì)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(dòng)性，從而提升界面接觸效率和新鮮界面的創(chuàng)造效率；同時(shí)溶劑能夠使晶體組分表面適度溶解，強(qiáng)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(qiáng)剪切作用導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)破壞或壓實(shí)的缺陷，在大多數(shù)材料共晶中有明顯優(yōu)勢(shì)。
(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(wèn)題為幾乎所有培養(yǎng)中都存在氧限制的問(wèn)題，即培養(yǎng)開(kāi)始一段時(shí)間后菌群進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)時(shí)期時(shí)，對(duì)氧氣量需求暴增導(dǎo)致供氧不足。
墨西哥國(guó)立自治大學(xué)Reynoso-Cereceda等通過(guò)對(duì)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(dòng)的搖瓶?jī)?nèi)的體積溶氧系數(shù)KLa大約為軌道式搖床驅(qū)動(dòng)藥瓶?jī)?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(shí)間主要因?yàn)槁暪舱翊怪闭駝?dòng)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(qiáng)化了氣液傳質(zhì)。
（3）原料藥混合
對(duì)于原料藥，普通混合方法存在諸多問(wèn)題，如低濃度制劑中藥物均勻混合所需的時(shí)間較長(zhǎng)，混合槳葉對(duì)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(huì)受設(shè)備容積和樣品裝填量等條件的影響，在工藝從實(shí)驗(yàn)室放大到生產(chǎn)水平時(shí)，往往需要重新確認(rèn)工藝參數(shù)。為此，聲共振作為一個(gè)沒(méi)有明顯放大效應(yīng)的無(wú)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(jí)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(guò)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(shí)，在加速度40g、60g、80g條件下均勻混合的時(shí)間分別為40、20、12s，同樣實(shí)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(píng)估混合對(duì)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(guò)電鏡掃描和粒度統(tǒng)計(jì)均證明在混合前后，顆粒物的形貌和粒度沒(méi)有發(fā)生明顯變化。說(shuō)明聲共振為一種非損傷性的混合工藝，幾乎不會(huì)影響顆粒的幾何結(jié)構(gòu)。
（4）其它
基于聲共振整場(chǎng)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(duì)原料藥進(jìn)行二氧化硅干法包覆。
通過(guò)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(dòng)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(wèn)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(guò)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(shí)。
小結(jié)
RAM以“無(wú)槳、整場(chǎng)、弱剪切”的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，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(gè)方面展現(xiàn)出安全、高效、可規(guī)模化的巨大潛力。隨著控制精度與設(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(jí)的重要引擎，為高端制劑、綠色制藥及智能制造開(kāi)辟更廣闊的應(yīng)用前景。
參考來(lái)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(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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