微射流金剛石交互容腔(Diamond Interaction Chamber or Diamond Reaction Chamber)也叫金剛石均質(zhì)腔、微射流金剛石均質(zhì)腔、交互均質(zhì)腔或室、微射流均質(zhì)反應(yīng)室、或者第二代均質(zhì)腔或室,主要用于微射流高壓均質(zhì)機(jī)。“第二代均質(zhì)腔”的名字,是對(duì)應(yīng)于一代“均質(zhì)閥”式均質(zhì)腔而來(lái)。
圖1 微射流金剛石交互容腔
金剛石交互容腔作用原理:
第二代微射流金剛石交互容腔(Diamond Interaction Chamber),具有固定的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu),是微射流高壓均質(zhì)技術(shù)的核心部件之一,也是一種世界上早出現(xiàn)且成熟應(yīng)用的微流控產(chǎn)品。當(dāng)固液或液液物料,經(jīng)動(dòng)力單元加壓后經(jīng)過(guò)百微米級(jí)的交互容腔孔道形成超音速射流(可達(dá)1000m/s),在金剛石交互容腔內(nèi)部產(chǎn)生劇烈的剪切、碰撞、空穴、壓力降以及對(duì)射作用,與單流道不同的是,Y型金剛石交互容腔雙股射流對(duì)射瞬間相對(duì)速度加倍,物料高動(dòng)能瞬間轉(zhuǎn)化產(chǎn)生對(duì)射爆炸效應(yīng),這些作用的集合致使物料發(fā)生高效的顆粒減小,乳化性、均一性、透明度增加等變化。
Y型微射流金剛石交互容腔利用物料間的自相碰撞,大大降低了物料對(duì)均質(zhì)腔腔體的磨,大大延長(zhǎng)了腔體使用壽命;動(dòng)態(tài)高壓微射流均質(zhì)技術(shù)集合了微射流、撞擊流和傳統(tǒng)高壓均質(zhì)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)于一體,相對(duì)具有更高的均質(zhì)效率。
圖2 三種不同均質(zhì)核心部件均質(zhì)作用原理示意圖(A噴嘴、B均質(zhì)閥、C微射流交互容腔)
微射流金剛石交互容腔使用特色:
適用于高附加值納米乳、脂質(zhì)體、微球、細(xì)胞破碎、納米混懸液、納米材料制備等過(guò)程,廣泛應(yīng)用于制藥、精細(xì)化工、生物技術(shù)、化妝品、導(dǎo)電漿料、石墨烯等行業(yè)。
1. 材質(zhì)粒子剝落問(wèn)題:
相比于一代均質(zhì)閥式均質(zhì)核心部件,金剛石交互容腔可以保證均質(zhì)反應(yīng)獲得更高的壓力,同時(shí)金剛石材質(zhì)的應(yīng)用也免除了均質(zhì)閥金屬顆粒剝落的風(fēng)險(xiǎn)。金屬顆粒的剝落與聚集,在藥品安全上是巨大的隱患。2010年FDA召回11批丁酸氯維地平注射用乳劑,召回原因是因?yàn)楫a(chǎn)品中可能含有金屬顆粒物質(zhì),如果這些顆粒發(fā)生聚集將可能引起某些組織機(jī)械損傷以及炎癥反應(yīng),某些組織供血減少可能引起腦、心臟、肝臟等器官的功能紊亂。
2. 高硬度材質(zhì)處理
對(duì)于高硬度物料,均質(zhì)反應(yīng)時(shí)極易磨損均質(zhì)閥,大大降低均質(zhì)核心使用壽命,金剛石交互容腔采用固定形狀的金剛石核心,硬度上高于一代均質(zhì)閥用硬質(zhì)金屬或陶瓷,同時(shí)對(duì)射流的應(yīng)用,充分利用物料間的相互碰撞,減少對(duì)腔體的磨損,金剛石交互容腔在高硬度材料均質(zhì)過(guò)程中也具有突出的優(yōu)勢(shì)。
3. 放大生產(chǎn)保證
因?yàn)榫|(zhì)閥結(jié)構(gòu)的放大,無(wú)法保證處理能力線性放大,因此傳統(tǒng)閥式均質(zhì)機(jī)無(wú)法從小試線性放大大生產(chǎn)規(guī)模,放大生產(chǎn)時(shí)需要重新探索處理工藝;金剛石交互容腔通過(guò)金剛石單通道到多通道的通道并聯(lián)放大,保證處理效果一致的前提下,實(shí)現(xiàn)高效、重現(xiàn)性好的放大生產(chǎn),同規(guī)格金剛石通道的并聯(lián)增加為放大生產(chǎn)提供了核心基礎(chǔ)。
圖3 單通道金剛石交互容腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)(左)多通道金剛石交互容腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意(右)
金剛石交互容腔實(shí)物圖片
圖4 Genizer微射流金剛石交互容腔
圖5 PSI微射流金剛石交互容腔
圖6 Dyhydromatics微射流金剛石交互容腔
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