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复杂制剂应用专题 | 高压微射流均质机在乳剂中的应用
2025-12-18
复杂制剂应用专题 | ALP_AN_212_CN_PSI高压微射流均质机在乳剂中的应用
奥法美嘉微纳米应用工程中心 - 刘彦麟
本文隶属于复杂制剂应用专题，全文共 3611字，阅读大约需要 10 分钟
摘要：在高端医药乳剂研发与生产中，粒径均一性、热敏成分稳定性与工艺可放大性已成为制约产品质量与产业化效率的关键瓶颈。传统均质设备受限于流场不均、热效应显著及材质兼容性差等问题，难以实现纳米级粒径的精准控制与工业化稳定输出。PSI高压微射流均质机以颠覆性技术架构与系统性创新，突破行业桎梏，树立了新一代制药级均质设备的技术标杆。
关键词：医药、高压微射流、纳米级、PSI
在高端制药领域，如静脉注射乳剂制备中，传统均质设备已显现出明显的技术瓶颈。首先，其粒径控制精度不足，难以形成分布均匀的纳米级乳滴，极易产生团聚体，这不仅影响药效的发挥，还可能引发血管栓塞等安全性问题。其次，传统工艺往往伴随着剧烈的温升和高剪切力，这对于热敏性药物是极大的挑战，极易导致药物失活或降解。最后，传统设备在均质区材料上存在短板，金属部件的磨损不仅带来高昂的维护成本，更会引入金属离子污染风险，难以满足日益严格的GMP合规性要求和无菌制剂的高纯度标准。
难点一：纳米级粒径的精准控制难题
传统均质设备受限于其流场设计（如单一的剪切阀或碰撞阀结构），在处理医药乳剂时，物料在腔体内受力不均，导致均质效率低下且重现性差。这种‘盲剪’式的加工方式，无法精准将粒径控制在50-200nm的理想药效区间，往往导致粒径分布过宽（PI≥0.2）。更严重的是，由于缺乏对大颗粒的有效破碎能力，极易出现‘大乳粒超标’现象（PFAT5超标）。这些大颗粒在静脉注射后可能引发严重的毛细血管栓塞风险。
难点二：从实验室到工业化的线性放大
实验室研发阶段，小批量（处理量≤100mL）乳剂制备可通过精细操作实现指标达标，但向工业级生产转化时，常出现处理效果不达预期、参数放大不稳定（因为剪切力、混合时间等关键参数很难在不同规模的罐体中保持一致。）等问题。此外，制药行业对设备材质（需无溶出物、抗污染）、清洁验证（CIP/SIP兼容）、数据追溯的严苛要求，普通设备难以全面满足，导致产品上市周期延长。
PSI设备摒弃传统“粗暴打散”模式，采用“精密雕刻”式处理逻辑，核心在于专利交互腔的流体动力学设计与多场协同作用机制。
1. 加压阶段
通过进口液压增压系统，将预混合的粗乳液加压至0-2000bar（最高可达30000psi），物料在高压驱动下以500m/s的超音速流速进入金刚石材质微通道，通道内径精准控制在50-100μm。
2. 剪切阶段
射流在微通道内被分流为两股对称流束，于Y型对撞区迎头碰撞，瞬间产生超高剪切速率。同时伴随空穴效应（局部压力骤降引发气泡破裂）与湍流扰动，三重作用叠加实现乳滴的纳米级破碎。
3. 温和控温与循环优化阶段：
设备配备循环冷却系统，通过实时温度监测与冷媒动态调节，将均质出口温度严格控制在≤40℃，避免热损伤。支持多次循环处理，逐步缩减粒径分布宽度，确保最终产品PI值稳定在低水平，无大颗粒残留。
1. 超精准均质系统：实现纳米级粒径“零偏差”
采用金刚石均质腔，耐高压腐蚀，内壁光滑（Ra<0.4μm）无吸附，清洁方便且耐受力强。搭配智能压力反馈系统（压力波动≤±5bar），实时调节工艺参数。可更换式微通道模块（孔径50μm、75μm、125μm），适配不同乳剂类型需求：纳米乳制备通常选用75μm孔径，实现从50nm到500nm粒径的精准调控。
2. 低损伤制备工艺：活性成分的“温和加工”方案
动态冷却技术与均质腔一体化设计，冷却通道紧贴反应区，可快速带走剪切产热。采用蜂窝式冷凝管，极高的热交换效率保证出料温度稳定在20-40℃，避免热损伤。优化流体动力学路径，减少物料与通道壁的摩擦损耗。可配置夹套腔增强控温效率。
冷凝（降温）多重手段：（1）料杯夹套（2）冷凝管（ 3）均质腔夹套
3. 模块化放大平台：打通“研发-生产”全链路
处理量覆盖0.5-500L/h全范围，实验室小试（0.5-20L/h）、中试（20-70L/h）、量产（130-550L/h）设备采用相同核心反应腔设计，小试参数可直接迁移至量产设备，放大过程无性能衰减。标准化接口兼容冻干、过滤、无菌灌装等后续工艺，支持CIP（在线清洗）与SIP（在线灭菌）系统集成，清洁验证时间缩短40%。并且这种模式下，物料是连续流过管路的，只要流速和管路参数一致，实验室规模（毫升级）和工业规模（升/分级）的处理效果理论上是一致的。这能有效解决“参数放大不稳定”的问题，同时大幅提升单位时间内的处理量。通过模块化设计，可以实现功能单元的快速切换和组合，适应不同规模的生产需求，减少因设备不匹配导致的放大失败。
线性放大：小试-中试-生产
4. 制药级合规设计：满足严苛质量监管要求
接触物料部件均采用316L不锈钢（符合ASTM A240标准）与金刚石，无溶出物与重金属残留风险。配备PLC控制系统与数据记录模块，实时采集压力、温度、处理量等关键参数，支持FDA 21 CFR Part 11合规要求（系统实时采集的压力、温度、处理量数据，满足了可归因性、清晰性、同步性、原始性和准确性要求。），满足全球制药监管审计。
1.某载药乳制备
核心需求：将主体粒径处理至200nm以下，体系均一稳定，且PFAT5满足美国药典。
设备参数：选用PSI-20型实验室设备，处理量20L/h，均质压力25000psi，循环次数5次，冷却温度控制在32±2℃。
应用成果：乳剂剪切后平均粒径为2491.57nm，＞5μm颗粒体积分数为16.43911%，距离USP<729>标准相差很远。乳剂均质处理后平均粒径150.20nm，＞5μm颗粒体积分数为0.00134%，远优于USP<729>标准（≤0.05%）.
平均粒径（nm） | PFAT5（%） | |
剪切后 （未均质） | 2491.57 | 16.43911 |
均质后 | 150.20 | 0.00134 |
剪切之后数据：
均质后数据：
2. 某乳剂实验型放大生产型制备
核心需求：通过实验型设备制备出的效果，需要同步放大到生产型。
设备参数：实验室阶段使用PSI-20型（处理量20L/h），量产阶段使用PSI-300型（处理量330L/h），均质压力30000psi，冷却温度35℃。
应用成果：实验室小试与工业量产的粒径偏差＜5%，平均粒径72.2nm，PDI=0.198。
总结
医药乳剂的高质量发展，离不开核心制备设备的技术突破。PSI高压微射流均质机通过精准粒径控制、温和工艺设计、合规化适配与全链路放大能力，系统性破解了行业长期面临的均一性、保护性与适配性难题。从实验室研发到工业化量产，从普通脂肪乳到高端疫苗佐剂，PSI设备以实打实的案例数据与技术优势，成为制药企业的核心合作伙伴。
未来，PSI将持续深耕流体动力学与制药工艺的融合创新，新型载体适配等前沿方向，为医药乳剂产业的高质量发展注入更强动力，助力更多优质制剂产品加速上市，惠及全球患者。
