Was sind Strahlmühlen?
Die meisten Generika und innovativen Arzneimittel basieren auf … schlecht wasserlösliche pharmazeutische Wirkstoffe (APIs)Partikelgröße und Partikelgrößenkontrolle spielen eine entscheidende Rolle für die Auflösungsgeschwindigkeit pharmazeutischer Formulierungen. Strahlmühlen, auch bekannt als Luftstrahlmühlen oder FluidenergiemühlenDabei werden Hochgeschwindigkeitsluft oder überhitzter Dampf eingesetzt, um Partikel miteinander kollidieren zu lassen. Durch Aufprall, Reibung und Scherung wird das Material effektiv zu ultrafeinem Pulver vermahlen. Der Einsatz von Strahlmühlen zur Vermahlung von Wirkstoffen kann die Löslichkeit schwerlöslicher Arzneistoffe deutlich verbessern. Feste Arzneiformen, die aus ultrafeinen Pulvern hergestellt werden, erreichen Auflösungseigenschaften, die den Anforderungen der nationalen Konsistenzprüfung entsprechen. Zu den Ultrafeinvermahlungstechnologien zählt die Strahlmühle. Strahlmühle ist eines der wichtigsten Geräte und in der Lage, Materialien zu Pulvern im Mikrometerbereich zu zerkleinern.
Funktionsprinzip von Strahlmühlen bei der Herstellung pharmazeutischer Pulver
Druckluft oder Inertgas wird durch Düsen beschleunigt, wobei der elastische Hochgeschwindigkeitsluftstrom intensive Wechselwirkungen zwischen den Partikeln, zwischen Partikeln und Gas sowie zwischen Partikeln und den Innenwänden der Mühle hervorruft. Zu diesen Wechselwirkungen gehören Stoß, Scherung, Kollision und Reibung.
Gleichzeitig trennt die durch den rotierenden Luftstrom oder einen integrierten Klassierer erzeugte Zentrifugalkraft grobe und feine Partikel. Durch diesen Klassierungsprozess können nur Partikel mit der erforderlichen Größe das System verlassen, während zu große Partikel in der Mahlzone zur weiteren Zerkleinerung verbleiben.
Die Strahlmahlung ist ein gängiges Verfahren zur Herstellung pharmazeutischer Pulver und eignet sich besonders für Antibiotika, Enzyme, niedrigschmelzende Materialien und hitzeempfindliche Arzneimittel.
Arten von Strahlmühlen, die in der pharmazeutischen Pulververarbeitung eingesetzt werden
Flachstrahlmühle
The flat-type jet mill, also known as a disc or spiral jet mill, operates by introducing compressed air into an air distribution chamber, creating negative pressure that draws material into the mixing chamber. The material is then injected into the grinding chamber by high-speed airflow from the nozzles.
Da die Düsen schräg zum Radius der Mahlkammer angeordnet sind, rotiert das Material mit sehr hoher Geschwindigkeit in einer Kreisbewegung. Wiederholte Kollisionen zwischen den Partikeln sowie zwischen den Partikeln und der Kammerwand führen zu einer Zerkleinerung. Gröbere Partikel werden durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleudert und weiter gemahlen, während feine Partikel ausgetragen und aufgefangen werden.
Die Gegenstrahlmühle, auch als Gegenstrahlmühle bekannt, erreicht die Zerkleinerung durch Frontale Zusammenstöße von Partikeln in einer ÜberschallströmungDie Düsen sind einander direkt gegenüber angeordnet, entweder paarweise oder in mehreren gegenüberliegenden Gruppen.
Diese Konstruktion minimiert den Kontakt zwischen Partikeln und den Kammerwänden, wodurch der Verschleiß der Anlage reduziert und Verunreinigungen durch Wandmaterialien verhindert werden. Daher eignen sich Gegenstrahlmühlen besonders für Anwendungen, die … hohe Produktreinheit.
Zielstrahlmühle
Die Zielstrahlmühle zählt zu den frühesten Formen der Strahlmühlentechnologie und zeichnet sich durch eine relativ hohe Energieausnutzung aus. Bei dieser Bauart treffen die durch einen Hochgeschwindigkeitsluftstrom beschleunigten Partikel auf eine starre Zieloberfläche, wo sie zerkleinert werden.
Da das Zielmaterial typischerweise sehr hart ist, eignet sich diese Art von Strahlmühle für Materialien, die schwer zu mahlen, relativ grobkörnig sind oder Elastizität und Zähigkeit aufweisen. Sie wird häufig verwendet für Fasermaterialien und hochmolekulare PolymereZusätzlich zum Aufprall auf das Zielmaterial kollidieren die Partikel wiederholt mit den Innenwänden der Mahlkammer, was zu einer hohen Mahlintensität und einem hohen Ausstoß führt.
Umlaufrohrstrahlmühle
In einer Umlauf-Rohrstrahlmühle strömt komprimiertes Gas durch eine Düse und erzeugt so einen Hochgeschwindigkeitsstrahl. Durch den Unterdruck wird das Material automatisch in die Mischkammer gesaugt und in die Mahlkammer transportiert.
Durch die Beschleunigung stoßen die Partikel untereinander und mit den Kammerwänden zusammen, was zu einer Größenreduzierung führt. Während der Klassierung bewegen sich grobe Partikel aufgrund ihrer Trägheit entlang der Außenwand, während feinere Partikel zur Innenwand wandern. Feine Partikel werden als Produkt aufgefangen, während grobe Partikel durch das Fallrohr zurückgeführt und weiter vermahlen werden.
Wirbelschichtmühle (Gegenstrahlmühle)
Die Wirbelschicht-Gegenstrahlmühle ist eine neuere Entwicklung in der Strahlmühlentechnologie. In diesem System strömt Luft durch mehrere Düsen und bildet so ein gegenläufiges Strahlströmungsfeld, wodurch das Material vollständig fluidisiert wird.
An den Schnittpunkten der Düsen entstehen starke Kollisionen, Reibung und Aufprall, was zu einer effizienten Zerkleinerung führt. Nach dem Mahlen durchläuft das feine Pulver unter Unterdruck einen Sichter. Qualifizierte Partikel werden von einem Zyklonabscheider und einem Staubabscheider aufgefangen, während zu große Partikel durch die Schwerkraft in die Mahlzone zurückfallen.
Eigenschaften von Strahlmühlen in pharmazeutischen Anwendungen
Strahlmühlen erzeugen Pulver mit enger Partikelgrößenverteilung und feiner mittlerer Partikelgröße. Durch Hochdruckluftstrom und präzise Klassierung weist das resultierende Produkt typischerweise eine D50-Partikelgröße von 5–10 μm auf.
Die hergestellten Pulver weisen glatte Oberflächen und regelmäßige Formen auf, die oft einer Kugelform ähneln. Da der mechanische Verschleiß beim Mahlen minimal ist, bleibt die Produktreinheit hoch.
Strahlmühlen eignen sich besonders für niedrigschmelzende und wärmeempfindliche Arzneistoffe. Druckluft dient als Mahlmedium, und die rasche Expansion des Gases an der Düse erzeugt einen Kühleffekt, der die durch Partikelkollisionen und Reibung entstehende Wärme ausgleicht. Die Temperaturen im Inneren der Mahlkammer können mehrere zehn Grad unter Null erreichen.
Das System ist gut abgedichtet und arbeitet unter Unterdruck, was eine hohe Produktausbeute und minimale Umweltbelastung ermöglicht. Der geschlossene Prozess gewährleistet zudem einen sterilen bzw. kontaminationsfreien Betrieb.
Das Strahlmahlen ist ein kontinuierlicher Prozess und lässt sich mit automatisierten Steuerungssystemen kombinieren, was die Bedienung vereinfacht. Darüber hinaus können Strahlmühlen Mahlen, Mischen und Trocknen in einem einzigen Prozess vereinen. In manchen Anwendungen können während des Mahlens Flüssigkeiten aufgesprüht werden, um Partikel zu beschichten oder zu modifizieren und so die Pulvereigenschaften zu verbessern. Strahlmühlen haben sich daher zu einer der bevorzugten Anlagen zur Herstellung von hochleistungsfähigen, ultrafeinen Pulvern entwickelt.
Episches Pulver
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— Jason Wang, Freiwilliger