脂質體的粒徑控制（三）：高壓均質與微射流

接著上一篇文章關于均質技術的介紹，這一篇主要講述均質技術/設備的核心單元——均質單元。

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

一般來說，此類型均質設備的均質單元稱為均質閥。分為三個組件：均質閥座，均質閥芯和沖擊環。

均質閥座與均質閥芯預先貼合，當均質設備動力單元將樣品吸入并輸送至均質單元時，樣品由前端流道擠入至均質閥座孔道內，由于均質閥座的孔道（一般直徑1mm~3mm）比前端流路管道小很多，所以樣品內部能量急劇增加，并將均質閥座和均質閥芯擠出一條縫隙，樣品粒子由此縫隙高速噴出，并經沖擊環內側撞擊后噴射而出，完成均質過程。

此過程中，從狹縫中噴出的瞬間由于存在巨大的壓力差（即為均質設備顯示壓力，一般可以到1000bar以上），使粒子產生巨大的爆破作用，同時由于高速噴射而出，與沖擊環內側的撞擊力及粒子之間的剪切力共同作用，使粒子達到粒徑減小的效果。

過程中均質閥座與均質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的壓力，一般來說阻力越大，即均質壓力越高、爆破力越強、噴出速度越高，所形成的粒子間剪切力、與沖擊環之間的撞擊力也越強，均質能力就越強，粒徑就越小。而均質壓力大小的調節通過調節均質閥座與均質閥芯之間的貼合緊密度來實現。

除均質閥座與均質閥芯之間的貼合緊密度影響外，均質閥座的出口釋放距離也極為重要（一般稱均質閥座邊寬），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，均質效果也就越好。

綜上，對于均質閥式的均質設備，影響均質效果的因素除均質壓力外，還與均質單元的能量轉換率有關。

此外，均質過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破碎所需能量之外，必然有一部分會變成熱量，且均質壓力越高，次數越多，產熱越多。所以均質設備一般需配備高效熱交換器，可通過接入的冷媒對樣品進行適度降溫，以輔助達到最佳的均質效果。

不同于均質閥式的均質設備，微射流容腔是一個整體式的狹縫，其大小一般為75μm/100μm，不可調節。其原理為樣品粒子通過容腔通道時在通道內進行高速的撞擊，撞擊效應和剪切效應相結合以達到均質細化的效果。一般根據通道結構的不同可以分為Z型和Y型。

均質閥式的均質設備是通過調節均質閥座與閥芯的緊密程度來改變縫隙大小從而改變均質壓力的大小來改善均質效果。而微射流容腔的狹縫大小不可調節，其均質壓力的調節通過流速的調節來實現。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，均質效果也就越好。

溫度的產生和控制與均質閥式的均質設備基本相同。

均質閥式與微射流容腔式的均質設備在脂質體領域應用均比較多，二者有各自的一些特點，有相似性也有不同點。

首先，由于脂質體樣品是以磷脂為膜材形成的脂質雙分子層，在一定溫度條件下，其剛性遠遠低于無機材料或硬度較大的其他粒子，脂質體粒子柔性較強，其粒徑減小所需的能量并不大，因此從這個角度來看，兩種類型的均質設備均可以滿足脂質體樣品減小粒徑的要求。

除粒徑大小外，脂質體樣品對粒徑的分布要求非常高，一般PDI均需達到0.1以下。針對此特性，微射流容腔式的均質設備就優勢非常大，主要在于：微射流容腔式的設備動力部分活塞直徑小，行程長，這就使得其輸出的均質是高壓持續時間長、壓力穩定，且縫隙非常小，所以其能量轉換率高，脈沖波動非常小，樣品粒子經過容腔所受到的工藝條件基本相同，所以其均質的樣品PDI一般都非常小，可以直接達到要求。

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

當然，均質閥式的均質設備特點在于均質壓力適中，但流量比微射流容腔式均質設備大很多，所以當其用于脂質體樣品均質時可大大減少均質過程所需的時間。此類型設備常與擠出設備配套使用，部分類型脂質體品種效果極·佳。

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

關于均質技術在脂質體粒徑控制上的應用就交流到這里了，如前面所述，脂質體樣品對于粒徑均一性的要求非常高，當不論采用何種均質設備都達不到所需效果時，脂質體擠出技術也就應運而生了，后面的文章將對脂質體擠出技術作詳細介紹。

未完待續