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Die Microfluidizer® Technologie

Funktionsweise und Unterschiede zu herkömmlichen Dispergiertechnologien

Das Microfluidizer® Verfahrensprinzip: Effektive Zerkleinerung

Microfluidizer® -Prozessoren sind einzigartig hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur Partikelgrößenreduktion und stellen ein wichtiges Werkzeug innovativer Unternehmen bei der Entwicklung und Herstellung nanobasierter Produkte dar.

Funktionsweise

Die Funktionsweise eines Microfluidizer® Hochdruckhomogenisators ist einfach: Das zu verarbeitende Material wird mit Hilfe einer Hochdruckpumpe durch die Mikrokanäle im Inneren der von Microfluidics entwickelten Interaktionskammer geführt. Dabei entstehen Geschwindigkeiten von bis zu 400 m/s und enorme Scherraten sowie Prallkräfte. Entstehende Wärme wird bei Bedarf im Anschluss abgeführt. Die exklusive Microfluidizer® Interaktionskammer, das Herzstück der Microfluidizer® Homogenisatoren, in Kombination mit annähernd konstanten Prozessdrücken liefert hervorragende Produktqualitäten.

Höchste Scherraten

Wie der untenstehenden Grafik zu entnehmen, erzeugen Microfluidizer® deutlich höhere Scherraten als andere Dispergiertechnologien und liefern dadurch effektivere und homogenere Zerkleinerungsergebnisse. Durch präzise Kontrolle der angewendeten Scherraten können sowohl scherempfindliche Materialien verarbeitet werden als auch Materialien, die hohen Energieeintrag benötigen. Die Zerkleinerung in den Nanometerbereich mit dem Microfluidizer® ist energieeffizient und zeitsparend im Vergleich zu anderen Verfahren.

Feinste Partikel und enge Partikelgrößenverteilungen

Die Erzeugung feinster Partikel ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem innovativen Produkt. Ein häufig übersehener aber entscheidender Faktor ist jedoch auch die Erzeugung einer homogenen Partikelgrößenverteilung. Beides ist nachweisbar durch die Microfluidizer®-Technologie erreichbar, wodurch eine deutlich erhöhte Produktstabilität, längere Haltbarkeit und effizientere Rohstoffnutzung sowie signifikante Einsparungen möglich sind.

Garantierter ScaleUp

Auf die erfolgreiche Produktentwicklung im Labormaßstab folgt häufig eine Übertragung des Prozesses auf Pilot- und Produktionsmengen. Auch hier unterscheidet sich die Microfluidizer® -Technologie von vielen anderen Technologien, denn die Ergebnisse sind nicht nur von Charge zu Charge reproduzierbar, sondern auch problemlos vom Labor- auf den Produktionsmaßstab skalierbar. Erreicht wird dies durch die parallele Anordnung der Mikrokanäle innerhalb der Microfluidizer-Interaktionskammern für Produktionsmaschinen. Dadurch wird sichergestellt, dass das zu verarbeitende Material in einer Produktionsmaschine den gleichen Scherraten unterworfen wird wie während der Entwicklung im Laborgerät, wodurch eine gleichbleibende Produktqualität gewährleistet ist — ob 1 ml (im Microfluidizer LV1) bis zu Durchsätzen von 3600 l/h.

Vergleich von Microfluidizer® und Hochdruckhomogenisatoren

Wegen ihrer ähnlichen Anwendungsbereiche — wenn auch mit deutlich unterschiedlichen Ergebnissen — werden Microfluidizer® oft mit konventionellen Hochdruckhomogenisatoren verwechselt. Im Microfluidizer® jedoch werden, aufgrund der festen Geometrie der Interaktionskammer und sehr konstanten Prozessdruckprofile, gleichmäßige, hohe Scherraten erzeugt, die eine effektive Zerkleinerung und einen ausgezeichneten Zellaufschluss bewirken, was in dieser Form mit gängigen Homogenisatoren häufig nicht möglich ist. Die Vorteile eines Microfluidizer® -Prozessors sind im Einzelnen:

Feinere Partikel

Microfluidizer® -Prozessoren erzeugen außergewöhnlich hohe Scherraten. Dadurch werden extrem feine Partikel erzeugt. In einem Vergleich mit einem Hochdruckhomogenisator zur Erzeugung von Liposomen erzielte der Microfluidizer, bei gleichem Prozessdruck von 2000 bar deutlich feinere Partikel, wie der folgenden Tabelle zu entnehmen ist.

  Avestin Homogenizer Microfluidizer® Processor
Pass 1 268 nm 113 nm
Pass 2 228 nm 95 nm
Pass 3 183 nm 72 nm

 

Gleichmäßige Prozessdruckprofile

 

Ein weiterer Vorteil des Microfluidizer® -Prozessors im Vergleich zu anderen Homogenisatoren ist die Erzeugung sehr gleichmäßiger Produktergebnisse (Grafik unten links). Gründe dafür liegen neben der festen Geometrie der Interaktionskammern auch in den unterschiedlichen Prozessdruckverläufen in einem Homogenisator und einem Microfluidizer: Homogenisatoren erreichen ihren Maximaldruck nur für ca 7% der Verarbeitungszeit (Grafik unten rechts) pro Hub, was zu breiteren Partikelgrößenverteilungen, geringerer Stabilität und der Notwendigkeit von mehr Rezirkulationen bei höheren Drücken für gute Produktqualität führt. Dagegen erzeugt die Microfluidics –Technologie sehr gleichmäßige Druckprofile (unten ein Beispiel für eine Einkolben-Maschine) und Scherraten und entsprechend homogenere Produkte.

Uniform processing pressure chart

Vergleich zwischen Microfluidizern® und konventionellen Homogenisatoren

Unsere Kunden, die Vergleichstests zwischen einem Microfluidizer® und einem konventionellen Homogenisator angestellt haben, bestätigen folgende Ergebnisse:

  • Wegen stärkerer Druckschwankungen muss ein Homogenisator häufiger angepasst bzw. neu eingestellt werden.
  • Homogenisatoren schalten häufig wegen zu hoher Leistungsaufnahme ab, selbst unterhalb des maximalen Prozessdrucks
  • Homogenisatoren verstopfen häufig bei der Verarbeitung von Material mit hohem Feststoffgehalt
  • Die Entlüftung eines Homogenisators ist nicht einfach. Das Umgehen des Entlüftungsschritts birgt das Risiko von Schäden.
  • Das Anfahren eines Homogenisators ist zeitaufwendiger
Proven Results

Let us demonstrate how a Microfluidizer® can achieve your nanomaterial processing and product quality goals.

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