Микронизация — это процесс уменьшения среднего диаметра частиц твердого материала. Традиционные методы микронизации основаны на механических средствах, таких как измельчение и размалывание. Современные методы используют свойства сверхкритических жидкостей и манипулируют принципами растворимости.
Термин микронизация обычно относится к уменьшению среднего диаметра частиц до микрометрового диапазона, но может также описывать дальнейшее уменьшение до нанометрового диапазона. Распространенные области применения включают производство активных химических ингредиентов, пищевых ингредиентов и фармацевтических препаратов. Эти химикаты необходимо микронизировать для повышения эффективности.
Традиционные методы
Традиционные методы микронизации основаны на трении для уменьшения размера частиц. К таким методам относятся измельчение, разбивание и шлифование. Типичная промышленная мельница состоит из цилиндрического металлического барабана, который обычно содержит стальные сферы. При вращении барабана сферы внутри сталкиваются с частицами твердого вещества, тем самым измельчая их до меньших диаметров. В случае измельчения твердые частицы образуются, когда измельчающие элементы устройства трутся друг о друга, а частицы твердого вещества задерживаются между ними.
Такие методы, как дробление и резка, также используются для уменьшения диаметра частиц, но производят более грубые частицы по сравнению с двумя предыдущими методами (и, следовательно, являются ранними стадиями процесса микронизации). Дробление использует молоткообразные инструменты для разбивания твердого вещества на более мелкие частицы посредством удара. Резка использует острые лезвия для разрезания грубых твердых частиц на более мелкие.
Современные методы
Современные методы используют сверхкритические жидкости в процессе микронизации. Эти методы используют сверхкритические жидкости для создания состояния пересыщения, что приводит к осаждению отдельных частиц. Наиболее широко применяемые методы этой категории включают процесс RESS (быстрое расширение сверхкритических растворов), метод SAS (сверхкритический антирастворитель) и метод PGSS (частицы из газонасыщенных растворов). Эти современные методы обеспечивают большую настраиваемость процесса. Сверхкритический диоксид углерода (scCO2) является широко используемой средой в процессах микронизации. Это связано с тем, что scCO2 не очень реактивен и имеет легкодоступные параметры состояния критической точки. В результате scCO2 можно эффективно использовать для получения чистых кристаллических или аморфных микронизированных форм. Такие параметры, как относительное давление и температура, концентрация растворенного вещества и соотношение антирастворителя к растворителю, изменяются для регулировки выхода в соответствии с потребностями производителя. На контроль размера частиц при микронизации могут влиять макроскопические факторы, такие как геометрические параметры распылительного сопла и расхода, а также изменения молекулярного уровня из-за корректировок параметров состояния. Эти корректировки могут привести к зародышеобразованию частиц различных размеров путем перераспределения конформационных равновесий и полиморфных превращений. Методы сверхкритической жидкости приводят к более тонкому контролю диаметров частиц, распределения размера частиц и последовательности морфологии. Из-за относительно низкого давления многие методы сверхкритической жидкости могут включать термолабильные материалы. Современные методы включают возобновляемые, негорючие и нетоксичные химикаты.
РЕСС
В случае RESS (быстрое расширение сверхкритических растворов) сверхкритическая жидкость используется для растворения твердого материала под высоким давлением и температурой, образуя таким образом однородную сверхкритическую фазу. После этого смесь расширяется через сопло для образования более мелких частиц. Сразу после выхода из сопла происходит быстрое расширение, снижающее давление. Давление упадет ниже сверхкритического давления, в результате чего сверхкритическая жидкость — обычно диоксид углерода — вернется в газообразное состояние. Это изменение фазы значительно снижает растворимость смеси и приводит к осаждению частиц. Чем меньше времени требуется раствору для расширения и осаждения растворенного вещества, тем уже будет распределение размеров частиц. Более быстрое время осаждения также имеет тенденцию приводить к меньшим диаметрам частиц.
САС
В методе SAS (Supercritical Anti-Solvent) твердый материал растворяется в органическом растворителе. Затем в качестве антирастворителя добавляется сверхкритическая жидкость, которая снижает растворимость системы. В результате образуются частицы малого диаметра. Существуют различные подметоды SAS, которые отличаются способом введения сверхкритической жидкости в органический раствор.
ПГСС
В методе PGSS (частицы из газонасыщенных растворов) твердый материал расплавляется, а сверхкритическая жидкость растворяется в нем. Однако в этом случае раствор принудительно расширяется через сопло, и таким образом образуются наночастицы. Метод PGSS имеет то преимущество, что из-за сверхкритической жидкости температура плавления твердого материала снижается. Поэтому твердое вещество плавится при более низкой температуре, чем нормальная температура плавления при давлении окружающей среды.
Приложения
Фармацевтика и пищевые ингредиенты являются основными отраслями, в которых используется микронизация. Частицы с уменьшенным диаметром имеют более высокую скорость растворения, что увеличивает эффективность. Прогестерон, например, можно микронизировать, сделав очень маленькие кристаллы прогестерона. Микронизированный прогестерон производится в лаборатории из растений. Он доступен для использования в качестве ЗГТ, лечения бесплодия, лечения дефицита прогестерона, включая дисфункциональные маточные кровотечения у женщин в пременопаузе. Фармацевтические аптеки могут поставлять микронизированный прогестерон в сублингвальных таблетках, масляных колпачках или трансдермальных кремах. Креатин входит в число других микронизированных препаратов.
