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不溶性微粒应用专题 | PSI高压微射流均质机赋能医药混悬液制备
2025-12-16
不溶性微粒应用专题 | ALP_AN_211_CN_PSI高压微射流均质机赋能医药混悬液制备
奥法美嘉微纳米应用工程中心 - 谢思熠
本文隶属于复杂制剂应用专题，全文共 3745字，阅读大约需要 12 分钟
摘要：针对医药混悬液 “粒径不均、大颗粒残留、稳定性差” 的行业痛点，本文以PSI-20 高压微射流均质机为核心设备，制定了医药混悬液均质处理的应用方案。同时，利用动态光散射（DLS）、单颗粒传感技术（SPOS）以及空间时间消光图谱法（STEP）等对均质后的样品进行粒度和稳定性表征。结果表明：混悬液样品A在连续均质30min后，平均粒径从3332.10nm 降至664.52nm，PI值从0.643减小为0.284，分散体系均一性和稳定性得到显著提升；同时，5μm以上的大颗粒完全清除。相较传统剪切或均质设备，PSI 高压微射流均质机实现粒径精准控制与稳定性强化，为医药混悬液规模化生产提供高效技术支撑。
关键词：微射流均质机； 混悬液； 医药
在医药制剂领域，混悬液的粒径分布与体系稳定性直接决定药物溶出效率、生物利用度及临床治疗效果。传统剪切或均质技术存在显著局限：一是粒径均一性不足，大颗粒残留易引发用药安全风险；二是难以兼顾粒径细化需求与分散体系长期稳定性。
针对上述行业痛点，上海奥法美嘉生物科技有限公司引入的意大利 PSI-20 高压微射流均质机，其依托独特的高压微射流均质技术与优异的参数控制能力，实现混悬液“高效均质 + 纳米级稳定出料”的核心目标，同时配合纳米激光粒度仪、颗粒计数器以及分散体系稳定性分析仪等检测设备，为医药行业提供混悬液制备到表征的一体化解决方案。
2.1 核心制备仪器：PSI-20 高压微射流均质机
参数配置：
本次实验配备Y 型（75μm）交互容腔，均质压力 1500bar，均质实时流速约 303mL/min，外接冷凝装置，控制出料端温度范围17-22℃；
工作原理：
物料在高压作用下以极大的速度流经固定几何结构交互容腔中的微管通道，物料流在此过程中受到超高剪切力、超高碰撞力以及空穴效应等物理作用，使得平均粒径降低、体系分散更加均一
核心优势：
均质效果出众且稳定
固定孔径的纯金刚石交互容腔，通过超稳定压力输出超强剪切力与碰撞力，保证出料均匀稳定，且小试结果能线性放大至规模化生产，保障生产效果的一致性。
材质符合医药标准且合规性强
机身采用电抛光医疗级 316 不锈钢材质，契合医药领域卫生要求，数据均可存储溯源，完全符合相关法规标准，为企业合法研发与生产提供保障。
操作维护便捷
搭载数字化显示屏，可直观、精准调节压力、温度等关键参数。避免物料污染，无需繁琐拆卸组装，交互容腔不易堵塞、清洗便捷，后期维护工作量小、成本低。
适用范围广泛
可灵活处理多种类型物料，适配不同应用场景。除常规混悬液外，还能高效完成纳米乳剂制备、细胞破壁等需求
图2.1 PSI-20高压微射流均质机（小试）
图2.2 高压微射流均质机工作原理图
2.2 均质材料与方法
实验样品：医药混悬液样品A（100mL /支）；
预处理流程：取100mL样品经剪切机10000r/min 预处理 5-10min静置脱气30min后备用；
均质工艺：混悬液样品A循环均质，全程控制出料端温度 17-22℃
表征方法：采用 Nicomp Z3000 纳米粒度仪测试粒径分布 ，AccuSizer A7000 APS 分析尾端大颗粒分布，LUMiSizer 分散体系稳定性分析仪评估均质前后分散体系的稳定性。
2.3 粒度及稳定性表征设备
表征设备——粒度分布：Nicomp Z3000系列纳米激光粒度仪
原理：动态光散射法（DLS），溶液中颗粒做布朗运动时，会导致散射光总光强产生波动、散射光频率发生频移。通过测量散射光强度函数的时间衰减程度，结合斯托克斯 - 爱因斯坦方程，即可分析获得颗粒的粒度分布信息，其检测范围为0.3nm~10μm
图2.3 Nicomp Z3000纳米激光粒度仪
表征设备——尾端大颗粒浓度及粒度分布：AccuSizer A7000 APS全自动计数粒度分析仪
原理：基于光阻法的单颗粒传感技术（SPOS）可实现单个粒子的逐一检测，通过光消减效应覆盖0.5~400μm 的宽动态粒径范围。该技术具备超高灵敏度，能精准区分并计数少量尾端大颗粒，搭配自动稀释系统与高性能信号处理模块，计数效率大幅提升，可快速统计数十万颗粒子，让测试结果具备充分统计学意义。同时，其配备最高1024个数据通道。对颗粒计数器而言，数据通道是指在检测量程范围内，按照粒径大小划分的精细程度。通道数越高，则划分的越精细，展现出来更加真实的颗粒分布情况
图2.4 AccuSizerA7000APS全自动计数粒度分析仪
表征设备——长期稳定性：LUMiSizer分散体系稳定性分析仪
原理：采用 STEP 技术（空间时间消光图谱法），以 870nm 近红外光照射样品，通过两千多个光信号探测单元同步记录整个样品管长度上的光透射率随时间和位置的变化。配套 SEPView 软件依据斯托克斯定律，通过分析图谱计算颗粒迁移速度、不稳定性指数等参数，进而量化分散体长期稳定性，预测样品效期。
图2.5 LUMiSizer分散体系稳定性分析仪
3.1 粒径显著细化，均一性大幅提升
表3.1 Nicomp Z3000粒径分布测试结果
图3.1 均质前后粒径分布变化叠加对比图
表4.1中呈现数据包括样品原液、剪切预处理以及不同均质时间点的平均粒径和累积分布，PI值为多分散系数，反映了体系的均一性，PI值越小，粒径越均一，反映到谱图上表现为峰型越窄。混悬液样品A经过均质处理后，整体粒径大小均呈现明显下降趋势，原液平均粒径3332.10nm，经30min连续均质后下降至664.52nm，D99累计粒径分布从15496.72nm持续缩减至1989.94nm，说明高压微射流均质机对混悬液样品的处理有明显效果。同时，PI值从0.643减小为0.284，粒度分布变得更为均一集中；
图4.1为均质前后粒度分布变化叠加对比图，谱图中分别是原液(蓝)，剪切5min(绿)，均质10min(紫)，均质20min(青)，均质30min(黄)。可以看到随着均质进行，粒径逐渐变小（向左迁移），同时分布越来越窄；
3.2 尾端大颗粒高效清除，用药安全性提升
表3.2 AccuSizer A7000APS尾端大颗粒浓度测试结果
图3.2 均质前后尾端大颗粒浓叠加对比图（＞0.5μm）
根据表4.2，混悬液A原液中 > 5μm 和＞10μm的颗粒浓度分别达 144502#/mL和5699#/mL，在 1500bar 压力下均质 30min 时完全清零。这表明该均质压力下，样品中的尾端大颗粒得到有效去除，且在 30min 均质时长内，均质效果随时间延长逐步提升；
结合尾端颗粒分布叠加谱图 4.2 可更直观观察：均质过程中，大颗粒随时间推移逐步消失。原液中存在 20μm 以上的大颗粒，随着均质进行逐渐减少，至 30min时，仅残留少量2μm 以上的颗粒。
3.3 体系稳定性强化，延长效期
图4.3 不稳定指数随时间变化趋势图
图4.3为不稳定指数随时间变化趋势图：横坐标为测试时间（s），纵坐标为不稳定指数（无量纲，范围0~1，数值越高代表分散体系越不稳定），绿、红、黑、灰色曲线分别代表：样品原液、均质5、20、30分钟后的样品
初始阶段（0-500秒）：所有样品的不稳指数快速上升，其中样品原液（绿色）上升最快，说明初始稳定性最差；而均质30分钟的样品（黑色）上升最慢，初始稳定性最好。
后期阶段（约1000秒后）：各曲线逐渐趋于平缓，最终都接近 1.0（分散体系彻底分层）；但均质时间越长的样品，达到高不稳指数的时间越晚（比如均质30分钟的曲线，后期上升速度比原液更慢）。
均质处理能提升样品的稳定性，且均质时间越长（5min→30min），样品的初始稳定性越好、后期保持稳定的时间也越长。
总结
PSI-20 高压微射流均质机相较传统剪切或均质设备，在粒径精准控制、尾端大颗粒清除以及稳定性强化上表现出更强的优势；
本实验中，医药混悬液样品 A 经 PSI-20 高压微射流均质机连续均质 30min 后，平均粒径从3332.10nm 降至664.52nm，多分散系数（PI 值）从 0.643 减小至 0.284，粒径均一性大幅提升；
尾端大颗粒彻底消除：原液中5μm 以上、10μm 以上大颗粒浓度分别为 144502#/mL、5699#/mL，均质30min后，5μm 以上大颗粒完全清除，消除用药安全隐患；
稳定性明显增强：均质处理后混悬液分散体系稳定性提升，且在一定时间内，均质时间越长，初始稳定性越好，后期保持稳定的时间也越长，利于延长样品效期。
