膜乳化器的优点及使用方法

在化工、制药、电子、化妆品等领域，微球粒径均一性非常重要，不仅影响产品的稳定性和批次间制备的重复性，还会影响应用效果及制作成品。因此，粒径均一、可控的微球产品是关键核心。传统的微球制备方法主要有机械分散法、喷雾法等，这些方法存在着单位产品的耗热量大、设备的热效率低、微球产品易吸附于干燥器室壁上，造成收率较低等问题。而且，目前市场上销售的大多数微球制剂在生产过程中粒径较分散，需要进行二次筛分，会造成原料的浪费；另外，即使经筛分后，微球大小仍参差不齐、粒度分布较宽，不仅导致了产品批次间制备重复性差，而且会制约微球构效关系的研究，严重影响其应用效果，带来不可预料的不良反应。本文介绍一种新型的微球制作设备--膜乳化技术。该设备顺利攻克了高端均一微球产品的制备技术瓶颈，技术和装备成熟稳定，可提高原料利用率、降低制作成本、减少有机试剂的使用，更加高效绿色。本专论将着重介绍膜乳化技术制备均一微球的优势和制备技术。

一、膜乳化技术制作微球有特大优势

1、绿色环保、降低成本

利用膜乳化技术生产均一粒径微球可以显著降低原辅料成本，更符合绿色化工的需求。由于目前商品化微球制剂的制备多为传统包埋方法，为了获得稳定乳液，需要在外水相中添加大量的乳化剂，尤其是对于机械搅拌法制备微球，需要较高浓度的乳化剂（2~10 wt%）来维持油水界面的稳定性；而对于膜乳化技术，因其制备的乳液均一、稳定，所需的乳化剂用量较低，外水相中添加1~1.5 wt%的乳化剂即可较好地稳定油水界面。产品的后清洗次数随之减少，在“三废”的处理上更简单快捷。

另外，常规方法制备的微球大小参差不齐、粒度分布较宽。传统微球的制备方法是将制备好的微球经过一定尺寸的筛网进行筛分，以获得理想尺寸的微球，这样就势必会导致原料和辅料的浪费，增加成本；膜乳化技术制备粒径均一微球的整个过程平缓温和，产热量较少，对微球所包埋的活性物质损失较少，可以节省约40%的原辅料，降低原辅料成本。在工艺方面，膜乳化技术制备的微球粒径均一，免去了筛分及后续筛网清洁、再生的处理工艺，简化了整体工艺流程，进一步降低均一微球生产的工艺成本。

2、批次间重复性好、有利于规模放大

粒径均一、批次间重复性好的特性是微球放大生产的重要保障。当微球制剂进行放大制备时，传统方法面临的粒径制备重复性问题会更加突出，而膜乳化技术对均一微球的制备具有良好的可控性和重复性，可保证批次间的粒径大小标准偏差在5%以下。

3、利于研究构效关系

传统方法制备的微球粒径分布较宽，会制约对微球构效关系的研究。当利用微球进行免疫学效应的研究时，不均一微球会导致抗原在体内分布不规律，实验结果的波动性显著放大。同时，也有相关文献表明微球作为药物载体，其粒径不仅影响其释放速度，而且会影响其在体内分布和吸收，从而影响最终的治疗效果。

二、膜乳化技术

膜乳化技术分为直接膜乳化技术（Direct membrane emulsification）和快速膜乳化技术（Premix membrane emulsification）。

2.1直接膜乳化技术

直接膜乳化的原理如图1所示，分散相在储存罐中受气体压力作用，缓慢通过膜孔，乳滴在膜孔出口处受到连续相搅拌时的曳力、乳滴浮力、界面张力和膜压力，在这几种力的作用下，乳液在膜孔口上由小变大，逐渐生长均一乳滴。在这个过程中，分散相和连续相的成分、过膜压力均可以影响乳液在膜表面的行为，如乳滴生长速度、脱离时间等；而膜孔径决定了乳滴最终离开膜表面时粒径的大小。因此通过对膜孔径、过膜压力以及分散相和连续相的组成进行适当调控可制备出约为膜孔径2~10倍的均一粒径乳滴。

在直接膜乳化过程中，由于分散相需在膜表面有足够的界面张力，才能在膜孔口上生长出液滴，故分散相不能润湿膜孔。一般O/W型乳液滴的制备采用亲水性膜，而W/O型乳液滴制备采用疏水性膜。

直接膜乳化可以很好地控制乳滴的粒径、制备过程温和，但乳液滴形成速率缓慢，其通量一般在0.01~0.1 m3（/ m2·h）范围内。

2.2快速膜乳化法

快速膜乳化法是首先通过常规的乳化方式如机械搅拌、均质等方法制备所需要的预乳液，然后将预乳液通过较高的氮气压力迅速压过膜孔形成最终乳液滴。如图2所示，与直接膜乳化的原理不同，快速膜乳化是较大的液滴在膜孔口处受到压力发生形变，生成小且均一的液滴。所受压力越大，乳液受到的挤压越剧烈，形成的乳液滴尺寸越小。因此，选择合适的压力可以制备出目标粒径、尺寸均一的微球。由于在该技术中，均一乳滴的形成并非是在膜孔口生长脱落，而是乳液破碎，所以得到的乳液粒径尺寸比膜孔径小（约为膜孔径的1/3~1/2）。该方法相比较直接膜乳化技术，效率明显提高，乳液过膜的通量一般大于1 m3·/（m2·h）。