脂質(zhì)體的粒徑控制（三）：高壓均質(zhì)與微射流

接著上一篇文章關(guān)于均質(zhì)技術(shù)的介紹，這一篇主要講述均質(zhì)技術(shù)/設(shè)備的核心單元——均質(zhì)單元。

脂質(zhì)體樣品粒子的粒徑減小和分布改善均是在均質(zhì)設(shè)備的均質(zhì)單元中完成，如上一篇所述，均質(zhì)單元從類別上來(lái)說(shuō)大體可以分為均質(zhì)閥式（分體狹縫式）和微射流容腔式（整體狹縫式）。

一般來(lái)說(shuō)，此類型均質(zhì)設(shè)備的均質(zhì)單元稱為均質(zhì)閥。分為三個(gè)組件：均質(zhì)閥座，均質(zhì)閥芯和沖擊環(huán)。

均質(zhì)閥座與均質(zhì)閥芯預(yù)先貼合，當(dāng)均質(zhì)設(shè)備動(dòng)力單元將樣品吸入并輸送至均質(zhì)單元時(shí)，樣品由前端流道擠入至均質(zhì)閥座孔道內(nèi)，由于均質(zhì)閥座的孔道（一般直徑1mm~3mm）比前端流路管道小很多，所以樣品內(nèi)部能量急劇增加，并將均質(zhì)閥座和均質(zhì)閥芯擠出一條縫隙，樣品粒子由此縫隙高速噴出，并經(jīng)沖擊環(huán)內(nèi)側(cè)撞擊后噴射而出，完成均質(zhì)過(guò)程。

此過(guò)程中，從狹縫中噴出的瞬間由于存在巨大的壓力差（即為均質(zhì)設(shè)備顯示壓力，一般可以到1000bar以上），使粒子產(chǎn)生巨大的爆破作用，同時(shí)由于高速噴射而出，與沖擊環(huán)內(nèi)側(cè)的撞擊力及粒子之間的剪切力共同作用，使粒子達(dá)到粒徑減小的效果。

過(guò)程中均質(zhì)閥座與均質(zhì)閥芯之間的貼合緊密度直接影響樣品沖破縫隙所承受的阻力，此阻力的大小即為均質(zhì)的壓力，一般來(lái)說(shuō)阻力越大，即均質(zhì)壓力越高、爆破力越強(qiáng)、噴出速度越高，所形成的粒子間剪切力、與沖擊環(huán)之間的撞擊力也越強(qiáng)，均質(zhì)能力就越強(qiáng)，粒徑就越小。而均質(zhì)壓力大小的調(diào)節(jié)通過(guò)調(diào)節(jié)均質(zhì)閥座與均質(zhì)閥芯之間的貼合緊密度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

除均質(zhì)閥座與均質(zhì)閥芯之間的貼合緊密度影響外，均質(zhì)閥座的出口釋放距離也極為重要（一般稱均質(zhì)閥座邊寬），可以理解為，能量一定的情況下，邊寬越窄，能量損耗越小，其噴射出的速度就越高，均質(zhì)效果也就越好。

綜上，對(duì)于均質(zhì)閥式的均質(zhì)設(shè)備，影響均質(zhì)效果的因素除均質(zhì)壓力外，還與均質(zhì)單元的能量轉(zhuǎn)換率有關(guān)。

此外，均質(zhì)過(guò)程中由于存在巨大的爆破力和撞擊力，其總能量除用于均質(zhì)破碎所需能量之外，必然有一部分會(huì)變成熱量，且均質(zhì)壓力越高，次數(shù)越多，產(chǎn)熱越多。所以均質(zhì)設(shè)備一般需配備高效熱交換器，可通過(guò)接入的冷媒對(duì)樣品進(jìn)行適度降溫，以輔助達(dá)到最佳的均質(zhì)效果。

不同于均質(zhì)閥式的均質(zhì)設(shè)備，微射流容腔是一個(gè)整體式的狹縫，其大小一般為75μm/100μm，不可調(diào)節(jié)。其原理為樣品粒子通過(guò)容腔通道時(shí)在通道內(nèi)進(jìn)行高速的撞擊，撞擊效應(yīng)和剪切效應(yīng)相結(jié)合以達(dá)到均質(zhì)細(xì)化的效果。一般根據(jù)通道結(jié)構(gòu)的不同可以分為Z型和Y型。

均質(zhì)閥式的均質(zhì)設(shè)備是通過(guò)調(diào)節(jié)均質(zhì)閥座與閥芯的緊密程度來(lái)改變縫隙大小從而改變均質(zhì)壓力的大小來(lái)改善均質(zhì)效果。而微射流容腔的狹縫大小不可調(diào)節(jié)，其均質(zhì)壓力的調(diào)節(jié)通過(guò)流速的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。即在縫隙通道固定的情況下，流速越大，壓力越高，碰撞力越強(qiáng)，均質(zhì)效果也就越好。

溫度的產(chǎn)生和控制與均質(zhì)閥式的均質(zhì)設(shè)備基本相同。

均質(zhì)閥式與微射流容腔式的均質(zhì)設(shè)備在脂質(zhì)體領(lǐng)域應(yīng)用均比較多，二者有各自的一些特點(diǎn)，有相似性也有不同點(diǎn)。

首先，由于脂質(zhì)體樣品是以磷脂為膜材形成的脂質(zhì)雙分子層，在一定溫度條件下，其剛性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無(wú)機(jī)材料或硬度較大的其他粒子，脂質(zhì)體粒子柔性較強(qiáng)，其粒徑減小所需的能量并不大，因此從這個(gè)角度來(lái)看，兩種類型的均質(zhì)設(shè)備均可以滿足脂質(zhì)體樣品減小粒徑的要求。

除粒徑大小外，脂質(zhì)體樣品對(duì)粒徑的分布要求非常高，一般PDI均需達(dá)到0.1以下。針對(duì)此特性，微射流容腔式的均質(zhì)設(shè)備就優(yōu)勢(shì)非常大，主要在于：微射流容腔式的設(shè)備動(dòng)力部分活塞直徑小，行程長(zhǎng)，這就使得其輸出的均質(zhì)是高壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、壓力穩(wěn)定，且縫隙非常小，所以其能量轉(zhuǎn)換率高，脈沖波動(dòng)非常小，樣品粒子經(jīng)過(guò)容腔所受到的工藝條件基本相同，所以其均質(zhì)的樣品PDI一般都非常小，可以直接達(dá)到要求。

而均質(zhì)閥式的均質(zhì)設(shè)備由于柱塞較粗，行程短，壓力脈沖波動(dòng)較大，其粒徑均一性較差，往往均質(zhì)后的樣品平均粒徑能達(dá)到要求，但PDI往往與預(yù)期效果有一定的差距。微射流容腔式的均質(zhì)設(shè)備壓力波形呈梯形狀，且上升與下降的時(shí)間非常短，而均質(zhì)閥式的設(shè)備壓力近似于正弦波，波動(dòng)較大。

當(dāng)然，均質(zhì)閥式的均質(zhì)設(shè)備特點(diǎn)在于均質(zhì)壓力適中，但流量比微射流容腔式均質(zhì)設(shè)備大很多，所以當(dāng)其用于脂質(zhì)體樣品均質(zhì)時(shí)可大大減少均質(zhì)過(guò)程所需的時(shí)間。此類型設(shè)備常與擠出設(shè)備配套使用，部分類型脂質(zhì)體品種效果極·佳。

所以，選擇均質(zhì)設(shè)備作為脂質(zhì)體粒徑控制的設(shè)備來(lái)看，二者各有其特點(diǎn)，如何選擇主要取決于工藝要求（效果和效率）以及驗(yàn)證便捷性，不能一概而論。

關(guān)于均質(zhì)技術(shù)在脂質(zhì)體粒徑控制上的應(yīng)用就交流到這里了，如前面所述，脂質(zhì)體樣品對(duì)于粒徑均一性的要求非常高，當(dāng)不論采用何種均質(zhì)設(shè)備都達(dá)不到所需效果時(shí)，脂質(zhì)體擠出技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生了，后面的文章將對(duì)脂質(zhì)體擠出技術(shù)作詳細(xì)介紹。

未完待續(xù)