中国粉体网讯 粉体物料的混合在工业生产中广泛存在，使得粉体物料的混合在生产工艺环节占据十分重要的地位。例如，在食品、农业化肥、陶瓷材料和药品的生产过程中，必须按一定比例将不同材料或不同性质的物料混合均匀，然后通过某种处理程序得到最终产品。声共振混合分散技术属于新型无桨混合技术，是传统主流混合技术的替代性新技术。最初，声共振混合因其安全、高效的特点在火炸药混合领域备受关注。
声共振混合技术
声共振混合技术（RAM）是一种基于混合设备弹簧质量块系统共振，使混合容器在较小激振能量输入条件下产生低频(60Hz)、大加速度(0~120g，g表示重力加速度，大小为9.8m/s2)振动，从而在混合流场内形成振动宏观混合和声流微观混合耦合作用的无桨整场混合技术。
RAM是一种整场混合，相比传统叶轮式混合，整个混合场内形成均匀的微尺度混合单元，不留混合死角，特别是其在被混物料内部的微尺度分散效应能够有效地解决超细材料团聚的问题，可用于固-固、固-液、液-液和液-气之间的混合。
RAM无需使用叶轮，避免了被混物料与叶轮、螺杆等元件的局部强烈剪切和摩擦，大大降低了混合过程的力刺激和热刺激；与超声混合相比，不存在由于空化产生的局部高温高压问题，易于实现工程化放大，在医药、食品、生物、化妆品、含能材料等领域具有较好的应用前景。
RAM原理
RAM技术含有一个能产生声能场的共振机械专有驱动器，机械系统的共振会将低频共振声波能量引入到混合矩阵中（可以是固-固、固-液、液-液和液-气的混合，图中的红色圈流），声波在整个混合矩阵中的传播会形成大混合区（图中的白色圈流），也称为体声流；这样在整个混合介质中形成了微尺度涡流（微声流）和局部混合（体声流）。这种声共振混合的实现需要专有和独特的控制技术，通过有效载荷中的声压波传播，将系统的机械能高效地传递到混合容器的材料中。
声共振混合下混合材料的运动示意图
RAM在医药领域的应用
（1）药物共晶
声共振在药物共晶方面的研究最多，主要是因为药物共晶处理的需求量极大、对极低微量处理工艺的迫切需求与声共振高通量、小处理量的特性完全吻合。
声共振参与的大部分机械化学反应都是在微量溶剂辅助条件下开展的，因此将这一过程称为溶剂辅助的声共振混合(LA-RAM)。与机械化学反应一样，药物共晶也主要是在LA-RAM环境下进行的。因此辅助溶剂对共晶的影响至关重要，成为研究的重点之一。Michalchuk等基于卡马西平(CBZ)和烟酰胺(NIC)共晶实验进一步证实了辅助溶剂添加的必要性。在该实验中，未添加辅助溶剂时没有共晶体产生；加入一滴水(约20mL)后，即可观察到CBZ/NIC共晶体的生成。
声共振辅助共晶基于设备振动机械能到物料动能的转化，其对散状晶体颗粒具有高效混合的优势，实现“混合→接触→反应→混合→新鲜界面创造→接触→反应”共晶过程的高效率循环。溶剂辅助的声共振共晶兼具固态共晶法和溶液共晶法优势，添加适量对晶体组分溶解度较好的辅助溶剂一方面提升共晶物的流动性，从而提升界面接触效率和新鲜界面的创造效率；同时溶剂能够使晶体组分表面适度溶解，强化接触的充分和紧密性。而且，由于声共振共晶不存在大量溶剂需要挥发和强剪切作用导致晶体结构破坏或压实的缺陷，在大多数材料共晶中有明显优势。
(2)生物培养
生物培养最常用的培养方式是振荡摇瓶培养。目前用的药瓶器为往复轨道式药瓶器，其主要存在的问题为几乎所有培养中都存在氧限制的问题，即培养开始一段时间后菌群进入旺盛生长时期时，对氧气量需求暴增导致供氧不足。
墨西哥国立自治大学Reynoso-Cereceda等通过对比轨道式摇床和声共振混合设备上加载的摇瓶中的体积溶氧传递系数KLa，发现在相同填充量的情况下，声共振驱动的摇瓶内的体积溶氧系数KLa大约为轨道式摇床驱动药瓶内的3~4倍，最大达到435.4h-1，而轨道式摇床的最大值为131.5h-1。
相比轨道式摇床，声共振能够提升氧气转移率和最大生物量、减少甚至消除氧限制时间主要因为声共振垂直振动产生的轴向液体飞溅，在容器顶部的气相空间中形成了更大的气液界面面积，强化了气液传质。
（3）原料药混合
对于原料药，普通混合方法存在诸多问题，如低浓度制剂中药物均匀混合所需的时间较长，混合桨叶对颗粒的破坏，混合装置结构复杂，清洗工作量大。此外，由于普通混合方法都会受设备容积和样品装填量等条件的影响，在工艺从实验室放大到生产水平时，往往需要重新确认工艺参数。为此，声共振作为一个没有明显放大效应的无桨混合新工艺受到制药行业的广泛研究。
日本Tanaka等应用声共振处理微米级茶碱酸酐原料药与乳糖辅料，发现声共振在108s内能够达到V型混合器10h的混合效果，效率提升超过330倍；用于抗哮喘原料药茶碱粉末与马铃薯淀粉和乳糖辅料分散时，在加速度40g、60g、80g条件下均匀混合的时间分别为40、20、12s，同样实现了效率的巨大提升，并且Tanaka发现声共振混合工艺相比V型混合工艺更适合微量样品的处理。为评估混合对药物的结构安全性，Tanaka等在100g条件下混合乳糖颗粒150s，通过电镜扫描和粒度统计均证明在混合前后，颗粒物的形貌和粒度没有发生明显变化。说明声共振为一种非损伤性的混合工艺，几乎不会影响颗粒的几何结构。
（4）其它
基于声共振整场弱剪切的混合方式，其特别适合于小尺寸寄宿颗粒与大尺寸宿主颗粒之间的高效、非破坏性包覆。在药物领域，Huang等使用RAM对原料药进行二氧化硅干法包覆。
通过添加适当的研磨介质，RAM还可用于减小颗粒尺寸或改变颗粒形态。Zhang等为解决凝聚剂药物的传统V型混合和振动筛分制备方法存在的混合不均匀和凝聚物粒径分布较宽的问题，采用网格辅助声共振的方法进行凝聚剂药物(褪黑素原料药和乳糖辅料)制备，使原工艺超过40%大于500μm的粒径分布减小到主要粒径分布在200~500μm，松装密度提高约10%，破裂压力提高一倍，所获凝聚剂药物粒度更小、质地更密实。
小结
RAM以“无桨、整场、弱剪切”的独特优势，为粉体物料的均匀化、微尺度分散和工艺放大提供了全新解决方案。从炸药工业起步，到药物共晶、生物培养、原料药混合乃至颗粒包覆与粒径调控，RAM已在医药领域的多个方面展现出安全、高效、可规模化的巨大潜力。随着控制精度与设备工程化的持续进步，RAM有望进一步突破传统混合瓶颈，成为粉体工艺升级的重要引擎，为高端制剂、绿色制药及智能制造开辟更广阔的应用前景。
参考来源：
1、马宁，张光斌等.声共振混合技术的应用研究进展
2、蒋浩龙，王晓峰等.声共振混合技术及其在火炸药中的应用
3、张光全，刘晓波.声共振混合技术在含能材料领域的应用进展
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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