Trong các lĩnh vực sản xuất dược phẩm hiện đại, công nghệ sinh học, thực phẩm và đồ uống, mỹ phẩm và vật liệu nano, phân phối kích thước hạt, ổn định và khả dụng sinh học của các hệ thống như nhũ tương, liposome, hỗn dịch và phân hủy tế bào. Mặc dù đồng nhất áp suất cao truyền thống có thể đạt được một mức độ tinh chỉnh nhất định, nhưng có những hạn chế về tính đồng nhất, lặp lại và kiểm soát cắt. Là một công nghệ đồng nhất tiên tiến dựa trên microreactor kênh hình học cố định, microjet homogenizer đã trở thành thiết bị cốt lõi để đạt được tính đồng nhất cao, hệ thống phân tán ổn định cao nhờ nguyên tắc "tác động đến tia" độc đáo và khả năng xử lý cấp nano.

I. Nguyên tắc hoạt động: Bước nhảy vọt từ "cắt cơ học" đến "tác động của máy bay phản lực."

Nguyên tắc làm việc của máy đồng nhất vi phản lực được phân biệt với máy đồng nhất rotor-stator hoặc van truyền thống, cốt lõi của nó là công nghệ vi phản lực. Công nghệ này sử dụng áp suất cực cao (thường là 100-400 MPa) để bơm chất lỏng vật liệu được xử lý trước vào một kênh cố định thu nhỏ được gọi là "buồng tương tác microjet".

Bên trong buồng tương tác bao gồm hai hoặc nhiều kênh nhỏ hơn micron (thường là 50~200 μm) gặp nhau ở một góc cụ thể, chẳng hạn như loại "Y" hoặc "Z". Khi chất lỏng vật liệu áp suất cao đi qua các kênh vi mô, tốc độ dòng chảy tăng mạnh (lên đến hàng trăm mét/giây), tạo ra hiệu ứng lỗ hổng mạnh mẽ, cắt tần số cao và nhiễu loạn. Quan trọng nhất, hai hoặc nhiều luồng phản lực tốc độ cao xảy ra tác động ngược chiều trong khu vực giao nhau, và động năng ngay lập tức được chuyển thành năng lượng áp suất và nhiệt, cho phép các hạt hoặc giọt bị phá vỡ đến cấp độ nano (thường là 50~200 nm) trong một thời gian rất ngắn và đạt được sự phân bố kích thước hạt đồng đều cao.

Quá trình này được hoàn thành trong một vi kênh kín, có thể kiểm soát, tránh ô nhiễm do hao mòn cơ học, và hiệu quả sử dụng năng lượng cao, kiểm soát kích thước hạt chính xác.

Hai, cấu thành hệ thống và công nghệ cốt lõi:

1. Hệ thống bơm áp suất cao: thường sử dụng bơm pít tông nhiều giai đoạn để điều áp chất lỏng vật liệu đến áp suất đặt. Áp suất có thể được điều chỉnh chính xác và là thông số chính để kiểm soát cường độ đồng nhất.

2. Buồng tương tác Microjet (thành phần cốt lõi): được gia công chính xác từ các vật liệu có độ bền cao như cacbua, gốm sứ hoặc thép không gỉ đặc biệt, và hình học microchannel bên trong được cố định để đảm bảo các điều kiện thủy động lực học phù hợp cho mỗi lần xử lý. Phòng tương tác có thể tháo rời và thay thế, phù hợp với độ nhớt khác nhau và nhu cầu xử lý.

3. Hệ thống làm mát: rất nhiều nhiệt sẽ được tạo ra trong quá trình đồng nhất. Bộ trao đổi nhiệt tích hợp hoặc thiết bị chu trình làm mát bên ngoài có thể kiểm soát hiệu quả nhiệt độ của chất lỏng vật liệu và ngăn chặn sự bất hoạt của các chất nhạy nhiệt (như protein, tế bào).

4. Hệ thống cho ăn và thu thập: bao gồm bể chứa thức ăn, bộ lọc, thùng chứa bộ sưu tập xả. Một số mô hình được trang bị thiết bị tuần hoàn nội tuyến, có thể đạt được điều trị đồng nhất nhiều lần.

5. Hệ thống điều khiển: Được trang bị màn hình cảm ứng hoặc bộ điều khiển PLC, nó có thể đặt áp suất, nhiệt độ, thời gian xử lý, lưu lượng và các thông số khác để theo dõi trạng thái hoạt động trong thời gian thực và đảm bảo khả năng tái tạo quy trình.

III. Lợi thế kỹ thuật và đặc điểm hiệu suất

1. Hiệu quả đồng nhất cực cao với kích thước hạt nano

Nó có thể giảm kích thước hạt của nhũ tương, liposome, hỗn dịch và các hệ thống khác xuống dưới 100 nm, PDI (chỉ số đa phân tán) thấp và phân phối đồng đều, cải thiện đáng kể sự ổn định của hệ thống với hiệu suất xuyên da/hấp thụ.

2. Xử lý tính nhất quán cao

Buồng tương tác với hình học cố định đảm bảo đường dẫn chất lỏng cho mỗi lần xử lý, phù hợp với sản xuất GMP.

3. Xử lý nhẹ nhàng để bảo vệ các thành phần hoạt tính

So với độ đồng nhất cắt cao, quá trình vi phản lực có thể kiểm soát được nhiều hơn, tổn thương nhỏ đối với protein, axit nucleic, màng tế bào và các đại phân tử sinh học khác, được sử dụng rộng rãi trong dược phẩm sinh học.

4. Khả năng mở rộng mạnh mẽ

Loại phòng thí nghiệm và thiết bị sản xuất sử dụng cùng một nguyên tắc và thiết kế buồng tương tác, các thông số quy trình có thể được khuếch đại tuyến tính, rút ngắn chu kỳ chuyển đổi từ R&D sang sản xuất.

5. Phạm vi ứng dụng rộng

Nó có thể xử lý pha nước, pha dầu, vật liệu có độ nhớt cao, hệ thống chứa rắn, thích hợp cho nhiều chức năng như đồng nhất, nhũ tương, phân tán, phá vỡ tế bào (như vi khuẩn, men), chuẩn bị vật liệu nano, v.v.

IV. Kịch bản ứng dụng điển hình

- Dược phẩm và công nghệ sinh học:

- Chuẩn bị thuốc liposome (ví dụ: vắc-xin mRNA, thuốc chống ung thư), đảm bảo kích thước hạt đồng nhất, tỷ lệ đóng gói cao.

- Ổn định hóa hỗn dịch nano, chẳng hạn như thuốc khó hòa tan.

- Phá vỡ tế bào và chiết xuất protein để tái tổ hợp protein, sản xuất vắc-xin.

- Công nghiệp thực phẩm:

- Sản xuất các sản phẩm sữa ổn định, hương vị tinh tế, sữa thực vật, nước sốt có hương vị.

- Tăng khả dụng sinh học của các thành phần chức năng như vitamin, polyphenol.

- Mỹ phẩm:

- Chuẩn bị nhũ tương nano, sữa nhỏ để nâng cao tính thẩm thấu và ổn định của sản phẩm chăm sóc da.

- Sản xuất serum trong suốt, ít kích thích, kem chống nắng.

- Vật liệu nano:

- Phân tán graphene, ống nano carbon.

- Chuẩn bị các hạt nano và sửa đổi bề mặt.

V. Lựa chọn và tư vấn sử dụng

Khi chọn loại cần xem xét:

- Khối lượng xử lý (loại phòng thí nghiệm: 0,1~2 L/h; Loại sản xuất: lên đến hàng ngàn L/h).

- Áp suất làm việc cao nhất (quyết định cường độ đồng nhất).

- Loại buồng tương tác (loại Y thích hợp cho nhũ hóa, loại Z thích hợp cho việc phá vỡ tế bào).

- Khả năng tương thích vật liệu (cho dù chống ăn mòn, dễ vệ sinh).

Hệ thống nên được làm sạch thường xuyên trong quá trình sử dụng để ngăn chặn tắc nghẽn; Phòng tương tác là các bộ phận chính xác, cần được bảo trì cẩn thận; Cần lọc trước khi xử lý vật liệu có độ nhớt cao hoặc chất rắn.

Microjet Homogenizer đại diện cho một mức độ tiên tiến của công nghệ đồng nhất áp suất cao, và nguyên tắc "tác động đến máy bay phản lực" của nó phá vỡ giới hạn của đồng nhất cơ học truyền thống và đạt được một bước nhảy vọt từ micron đến nanomet. Nó không chỉ là một công cụ nghiên cứu và phát triển phòng thí nghiệm, mà còn là một thiết bị quan trọng trong sản xuất công nghiệp để đảm bảo chất lượng và tính nhất quán của sản phẩm.