Retsch为制药和医疗科技行业提供的解决方案
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Retsch 加强在制药应用领域的研发工作
Retsch 研磨设备用于研磨样品材料,如活性药物成分(APIs)
药物活性成分和辅料可在不同型号的Retsch研磨设备中进行粉碎。根据物质性质,建议采用密闭容器进行研磨,例如Retsch球磨仪的研磨罐,以避免高活性物质产生粉尘。例如,100 ml 乳糖一水合物可在 PM 100 中以 450 rpm 的转速在 1 小时内研磨,将 D90 值从 100 µm 降低至 5 µm。研磨在湿磨条件下进行,即样品与 90 ml 丙醇混合。 湿磨通常在氧化锆研磨罐中进行,本例中使用250毫升容量的研磨罐,内装150毫升直径2毫米的氧化锆球。氧化锆是一种耐磨性极强的材料,可减少精细研磨阶段因球体间剧烈摩擦导致的磨损。通过延长研磨时间并使用更小的研磨球,可在Retsch行星式球磨仪中获得更细小的样品颗粒。
药理学上无害的样品材料,如用作辅料的淀粉或乳糖,可在ZM 300或RM 200中进行研磨。例如,初始粒径为400 µm的100 ml乳糖样品可在RM 200中研磨至粒径小于100 µm,耗时仅需10分钟。可使用多种研磨工具材料,包括硬质陶瓷或玛瑙。较大样品量可使用ZM 300进行处理。 对于易粘附或团聚的样品,可通过液氮冷冻处理实现脆化后进行研磨。建议使用旋风分离器。例如,100克3毫米样品可在1分钟内研磨至粒径小于500微米。根据样品特性,ZM 300也可实现最终粒度低于40微米。
温度控制研磨以保护温度敏感物质
另一个例子是活性药物成分(或辅料)的温控湿法研磨——此时MM 500 Control 或高能球磨机Emax均能发挥优势。将15克活性药物成分与25毫升异丙醇混合,置于50毫升氧化锆研磨罐中,加入110克2毫米研磨球进行研磨。研磨过程采用外置冷却器设定为5℃,以2000转/分钟运行30分钟。为维持特定温度范围,采用了Emax独特的温度模式。最低温度设定为40℃,最高温度设定为50℃,确保研磨仅在此范围内进行。当研磨罐温度达到50℃时,研磨过程自动暂停直至温度降至40℃,此时研磨重新启动。该特殊模式可确保样品在研磨过程中不会过热,包括研磨间歇时间在内的所有操作均实现自动化。
结论:Retsch 提供适合的设备,可安全地将小到中型样品量粉碎,并保持温度稳定。
纳米技术研究 – Retsch 研磨仪的优势
Retsch公司的高能球磨机(如Emax、PM系列或MM 500 nano和control型号)广泛应用于纳米颗粒的研发。这些纳米配方能显著提升药物递送特性,已成为制药研发领域日益关注的热点。本文以二氧化钛作为模型物质进行研究。
PM300 湿法纳米研磨
湿法研磨用于获得 5 µm 以下的颗粒,因为小颗粒表面容易带电并聚集在一起,这使得干法研磨难以继续进行。
要通过湿法研磨产生 100 nm 或更小的超细颗粒(纳米级研磨),需要使用摩擦而不是冲击。这可以通过使用大量小磨球来实现,这些磨球表面大,摩擦点多。
有关罐子填充、湿法研磨和样品回收的更多详情,请观看视频。
视频展示了行星式球磨机 PM 100 的湿磨过程。
取12克活性药物成分(15微米颗粒)与26毫升庚烷及110克0.5毫米氧化锆研磨球混合。将混合物置于50毫升氧化锆研磨罐中。研磨过程在Emax高能球磨机中进行,转速2000转/分钟,持续2.5小时,最终获得粒径分布极窄的产物,D90值为80纳米。 使用MM 500 nano或MM 500 control设备亦可制备小于100纳米的纳米颗粒。通常在MM 500 nano设备中需以35Hz频率研磨2-3小时,而MM 500 control设备则需以30Hz频率进行更长时间研磨。MM 500 control配备温度调节功能,可通过4°C冷水对研磨罐进行冷却。若研磨介质在零度环境下不会冻结,湿法研磨可在低至-10°C的温度下进行,从而确保对温度敏感的活性药物成分得到有效保护。
结论:温度控制、纳米研磨、混合——Retsch的球磨仪适用于所有应用场景。
研磨植物或昆虫用以识别成分
植物常含有对医药应用有益的天然成分,这些成分因其药用价值而被人们已知晓数十年之久。昆虫等其他材料也提供了一些有趣的化合物。传统中医或其他传统疗法正是利用了这些自然资源。研究活动旨在从这些经典动植物样本中分离出活性药物成分(API),将其开发为新型药物和制药原料。根据初始样本尺寸、样本量、样本数量及所需最终细度,主要采用Retsch切割式粉碎仪、旋转式粉碎仪或球磨仪对样本进行粉碎处理。
根据样品尺寸和强韧度,研磨1公斤干燥根茎、果实、茎部及其他植物材料或昆虫至1-8毫米颗粒需耗时约20秒至3分钟。理想情况下应选用SM 100研磨机,而处理肉豆蔻等更坚硬样品时则推荐SM 300型号。旋风收集器可协助排出研磨室内的轻质样品。ZM 300超离心研磨仪可处理最大10毫米的进料尺寸,而切割式研磨仪则可处理最大60毫米的样品块。对于高强韧度的材料,应选用六叶转刀替代平行转刀。若需获得小于1毫米的更细颗粒,使用Retsch球磨仪更为有效。
结论: 即使是坚韧或较大尺寸的植物材料,也能通过Retsch切割式研磨仪或旋转式研磨仪轻松实现均质化处理。
机械化学法用于新型或改良的活性药物成分
机械化学——研究因机械能引发的化学反应——正日益成为制药领域的重要研究方向。该方法通过研磨、粉碎或剪切固体反应物来诱导化学反应。相较于传统液相化学,机械化学过程具有多重优势:减少溶剂用量、提升反应速率,并能合成新型化合物。机械化学反应可用于新药分子的合成。该方法对在液体溶剂中难以进行或效率低下的反应尤为有利,可开拓新的化学空间并有望发现新型治疗化合物。例如,伦敦大学学院药学院Duncan Browne教授团队专注于碳-氮键的形成研究——这是药物发现与开发中的关键过程。他们成功合成了已知抗抑郁药沃替西汀的合成中间体[1]。
该研究组的另一项发表成果表明,MM 400设备可通过机械化学法实现酯类的直接酰胺化反应[2],仅需1小时即可完成,而乙醇溶液在70°C条件下需耗时8小时。同篇论文还展示了在MM 400设备中仅用1小时便合成了2.4克抗抑郁药物莫克洛贝米德。另一重要发现是加热能促进机械化学反应,从而实现或加速反应进程。伊藤教授和布朗教授团队的研究表明,热风枪或加热套是MM 400的常用加热方式[3][4][5]。MM 500control提供了更商业化的温度控制与加热方案,其最高工作温度可达100°C。
共研磨、共晶形成与多晶型筛选
- 共晶由两种或多种晶体成分组成,通常为活性药物成分(API)与共晶助剂,二者以特定化学计量比结合,通过非共价键相互连接。制药共晶的生产采用球磨工艺,可在不改变API分子结构的前提下,提升药物的溶解度、稳定性及生物利用度。
- 药物不同晶型(多晶型)可能呈现显著不同的物理化学性质,例如溶解度和熔点。多晶型筛选有助于识别具有理想特性的稳定药物晶型,从而优化药物制剂配方并提升其性能。
- 共研磨通常指活性药物成分(API)与(非晶态)辅料的同步研磨。通过形成细小均匀的颗粒并改善流动性,共研磨可提升药物的溶解度、稳定性和生物利用度。辅料可为另一种活性药物成分、氨基酸或纤维素、淀粉等聚合物。作为粘合剂的辅料有助于将片剂成分粘合在一起。常见填充剂包括乳糖、甘露醇和磷酸钙二水合物。其他辅料则可作为润滑剂、防腐剂、着色剂或调味剂使用。
MM 400 共晶筛选
- 60 分钟研磨时间
- 30 Hz 频率
- 每个离心管配一个6 mm 不锈钢球
- 四个无溶剂实验和四个含20微升乙醇的实验
八个所得样品(绿色显示)的XRD图谱与目标共晶体的模拟参考图谱高度吻合。所有观测信号均对应目标产物,未出现显著额外信号,表明共晶体形成成功且具有可重复性。配备2毫升钢管的MM 400可提供稳定结果,该兼容性同样适用于MM 500系列,该系列亦可适配2毫升钢管。
通过机械化学实现生物质的功能化以应用于制药领域
机械化学正改变着功能性生物材料的制备方式,阳离子纤维素便是典型例证。该工艺采用无溶剂流程:将棉纤维与催化碱及极少量添加剂混合,再通过MM 400与阳离子试剂共同研磨以激活反应。这种固态处理方式省去了水和体积溶剂的使用,与传统方法相比大幅降低了化学品消耗和废弃物产生。研磨后经短暂老化处理完成反应,最终获得具有稳定性能的高电荷纤维素纤维。 [3]
最佳反应条件:棉纤维在50毫升不锈钢研钵中加入3×10毫米钢珠,以25赫兹研磨5分钟,随后加入EPTMAC,继续研磨30分钟。随后将反应混合物在50℃条件下老化24小时,经索氏提取(48小时)及冷冻干燥处理后,成功分离出纯净的cCF材料。
这对制药业为何如此振奋人心?
这些阳离子纤维对病毒具有强烈的静电结合力,能够高效去除水体和工艺流中的病原体——这对无菌生产和净水应用至关重要。除过滤功能外,该材料在药物递送、抗菌表面及生物加工助剂领域也展现出巨大潜力。该工艺实现了稳定的可持续性指标,符合绿色化学原则和行业目标,同时可精确调控电荷密度以实现定制化性能。
这项创新彰显了机械化学如何为制药生产提供高价值、环保的解决方案——通过单一突破性方法实现安全性、效率与可持续性的完美融合。
简易样品制备用于质量控制
在质量控制实验室中,Retsch研磨仪为各类分析技术准备样品,例如高效液相色谱法(HPLC)、分光光度法和溶出度测试。正确的样品制备是实现准确可靠分析的关键。Retsch研磨粉碎设备凭借其精准可靠的性能,已成为各类质量控制应用中不可或缺的工具:
使用Retsch研磨仪研磨片剂、丸剂和糖衣片——简单直接
Retsch 研磨仪在制药行业广泛应用于研磨药丸、糖衣片和片剂,以获得所需的粒度和均匀性。这些研磨仪确保活性药物成分(API)和辅料得到均匀处理,这对最终产品的疗效和安全性至关重要。使用Retsch研磨仪的关键优势之一在于其兼容多种研磨工具材料:标准应用可选用钢制工具,而氧化锆研磨材质则能避免金属磨损——此类磨损可能干扰后续分析(导致重金属含量升高)。
例如PM 100行星式球磨仪可在125毫升氧化锆研磨罐中,使用7颗20毫米氧化锆研磨球,以450转/分钟转速在2分钟内粉碎20×20毫米药丸。最终粒度约为150微米。该研磨机适用于较大药丸、大体积样品及重金属分析前的研磨工序,因其氧化锆研磨罐容量可达500毫升。而MM 400球磨仪则是研磨小体积样品的理想选择。例如:10×10毫米药丸可在50毫升不锈钢研磨罐中,使用25毫米钢球以30赫兹频率研磨2分钟即可轻松粉碎。最终细度可媲美PM 100研磨效果。氧化锆研磨罐最大容量可达35毫升。
在ZM 300超离心研磨仪中,相同药片可在短短数秒内完成研磨。通常采用0.5毫米或更细的环形筛网,配合标准12齿转刀进行研磨。转刀以约18000转/分钟运行。根据样品特性,最终研磨精度可达40微米以下,但通常获得200-400微米范围的粒度。
药片, 100 g
药片, 200 g
20 Coated tablets
Dragees, 7 g
Sticky dragees, 10 g
Mechanochemistry in the Pharmaceutical Industry Sustainable Production of Active Pharmaceutical Ingredients with Maximum Efficiency
Discover how mechanochemical methods can contribute to the production of active pharmaceutical ingredients—with higher atomic efficiency, fewer byproducts, and a significantly reduced environmental footprint.
Mechanochemistry opens up new avenues for more sustainable chemical synthesis: By utilizing mechanical energy, reactions can be carried out in the solid state—often with no solvents at all or only minimal use of solvents. This reduces waste, lowers energy consumption, and simultaneously improves process efficiency.
Vibrating mills such as the MM 500 nano enable precise control of grinding parameters and are particularly suitable for fast, efficient syntheses on a laboratory scale. For more demanding applications requiring higher energies, the planetary ball mill PM 100 offers optimal conditions for carrying out even complex reactions in a targeted manner.
Take a look!
Clara B. Gomez, LAQV REQUIMTE的礼遇
用Retsch筛分机进行可重复的粒度分析
AS 200 jet 是一款专为高效分散和解聚细粉而设计的空气喷射筛分机。该型号特别适用于需要精确粒度分布的制药原料。与AS 200 control 采用的三维振动筛分法不同,AS 200 jet 通过旋转气流更有效地分散和解聚细粉。该气流产生真空效应,将颗粒吸入筛网,确保极细颗粒也能高效分离。因此使用气流筛分机分析时,样品可能呈现“更细”的特性。以细粉样品为例,本实验采用40、75、125及150微米网孔规格的测试筛。AS 200 control 筛分仪以1.2毫米振幅运行,采用10秒间隔功能,持续5分钟。AS 200 jet 筛分仪则以瑞士模式运行,转速55转/分钟,负压30毫巴——整个操作过程同样耗时5分钟。
在制药领域,这些筛分设备用于确保药物制剂的均质性、稳定性和纯度。精确的粒度分析对于确定药品的溶出速率、生物利用度及整体疗效至关重要。
重新定义制药应用中的精细颗粒筛分技术
AS 200 jet pharma是一款符合GMP标准的一体式气流筛分解决方案,专为满足制药行业高标准的颗粒分析要求而设计。该设备将筛分、称重和数据分析功能紧凑集成于一身,彻底消除样品转移误差,确保高精度。凭借直观的软件界面、引导式工作流程和稳健的硬件配置,它能高效处理常规及复杂分析任务。内置天平和审计追踪功能助力合规管理,提升工艺可靠性。专为干法筛分与细粉解聚设计,是追求精准度、高效性和可追溯性的制药实验室的理想之选。
- All-in-One 集筛分、称重和分析于一体的全能设备
- 智能软件&筛分向导
- 通过检查与智能助手提升流程可靠性
- 精细粉末的灵活精准筛分 10 µm – 约 4 mm
- 符合GMP规范与监管准备要求
- 用户管理支持可配置角色与密码保护
- 可选外接天平与高性能旋风分离器
结论: Retsch筛分机适合用于质量控制——无论是原材料的进货检验、研发试验的结果,还是生产过程中物料的控制。
Retsch 产品在制药生产和 GMP 中的优势
316L不锈钢因其卫生性能和可靠的抗点蚀及缝隙腐蚀能力,在制药生产中得到广泛应用。它是一种低碳不锈钢,具有优异的耐高温和抗化学腐蚀性能。这使其成为需要频繁消毒且化学反应性低的应用场景的理想选择。Retsch提供部分研磨机型的316L材质的选项,以满足制药生产中的特定需求。
测量系统 GrindControl GrindControl shows what’s happening inside the grinding jar – in real time
GrindControl provides real-time visibility into processes inside the grinding jar. Pressure and temperature are continuously monitored—ensuring safe, precise control, even with sensitive or reactive materials. Respond promptly to unexpected pressure spikes, and keep a close eye on temperature-sensitive samples and even mechanochemical reactions at all times.
GrindControl at a glance
- Real-time data on pressure & temperature
- Early detection of critical conditions
- Precise process control
- Protection of sensitive materials
- Reproducible results
适用于骨科植入物的材料制备
将骨骼作为骨植入物的材料是一种在医疗植入物领域中极为有效的做法。天然骨材料,如自体骨移植和异体骨移植,因其稳定的生物相容性和与患者现有骨骼融合的能力而被广泛应用。这些材料为骨再生和愈合提供了天然的支架。总体而言,将骨骼用作骨移植材料为骨修复和再生提供了可靠且有效的解决方案。制备骨移植材料的过程包括将骨骼研磨和粉碎以达到所需的颗粒大小和一致性。采用各种研磨技术,如Retsch研磨机提供的技术,以确保骨材料得到高效且安全的处理。 特别是旋转切割仪可用于粗粉碎较大样本量。精细研磨步骤则在超离心研磨仪ZM 300或振荡式球磨机如MM 400或CryoMill中进行。先使用SM 300后再用ZM 300,大约800克骨组织可在25分钟内研磨至小于200微米。
制药生产中的筛分分析
Retsch筛分仪是制药生产中确保颗粒尺寸分析精确性的关键设备。其中,AS 200control和AS 200jet尤为突出,前者可精确控制筛分参数,后者则因采用空气喷射分散技术,特别适合处理细粉。这些设备有助于维持药物制剂的均匀性、稳定性和纯度,这些因素对确定药品的溶解速率、生物利用度及整体疗效至关重要。此外,Retsch筛分机符合ISO 9001标准,确保实验结果的可重复性和高品质。
特殊聚焦细胞破裂与组织匀浆
DNA、RNA和蛋白质在创新疗法与诊断技术的开发中发挥着关键作用。DNA技术,尤其是重组DNA技术,使得胰岛素和生长激素等治疗性蛋白质得以生产,这些蛋白质对治疗多种遗传性疾病至关重要。基于RNA的疗法,包括mRNA疫苗和RNA干扰(RNAi)疗法,为靶向特定基因及治疗癌症和病毒感染等疾病提供了充满希望的新途径。另一方面,蛋白质作为生物制剂被广泛应用,包括单克隆抗体和酶制剂,对治疗多种疾病至关重要。这些生物分子是推动个性化医疗发展的核心要素。 球磨法作为广泛应用的机械性细胞破裂技术,可有效释放细胞内的DNA或蛋白质等成分。该技术通过将细胞悬液与玻璃珠混合,经剧烈振荡产生剪切力,从而破裂细胞壁。球磨法适用于多种细胞类型,包括细菌、酵母、真菌和藻类。其显著优势在于可同时处理多个样本且无交叉污染风险,且无需添加可能干扰后续提取步骤的化学试剂。该工艺既可在2毫升一次性瓶中进行小规模操作,也可使用50毫升一次性Falcon离心管进行大规模处理。例如,配备不同适配器的Mill MM 400设备能高效处理大小体积样本的细胞裂解,使其成为实验室应用的全能工具。
使用 MM 400 和 Falcon 管适配器进行细胞破碎前(左)和破碎后(右)的三疣藻细胞。
冷冻球磨仪是采用大研磨球进行细胞破裂的可靠工具,尤其适用于对热敏感的样本。通过液氮将研磨罐中的材料冷却至-196°C,冷冻球磨仪确保在破裂过程中蛋白质及其他细胞成分的完整性得以保存。通过MM 500 control,可处理多达2×20毫升的细胞悬液,既可进行低温处理(温度范围0°C至-100°C),也可仅采用冷却方式处理(例如10°C)。
Retsch设备还提供用于肝脏或皮肤等组织样本均质化的解决方案。此类样本同样可在2毫升或5毫升Eppendorf离心管中,或在50毫升Falcon离心管中进行均质化处理。
在 MM 400 中均质前后的肝脏样本
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A driving force in ingredient research
The discovery of new drugs (drug discovery) is a complex process that ranges from basic research to preclinical testing and clinical trials. In each of these phases, you benefit from precise and reproducible sample preparation, which has a significant impact on the success of your research. With Retsch’s customized solutions, you can specifically increase the efficiency and quality of your processes – from the initial sample to the market-ready formulation.
How Cyclone Separators Redefine Efficiency and Cleanliness in the Lab
Cyclone separators deliver substantial benefits when used with mills in laboratory settings. While cutting mills or rotor mills are already frequently operated with a cyclone, also jaw crushers and disc mills benefit greatly from this setup. By using a cyclone, it is even possible to combine two mills directly: for example, a two-stage grinding process with a jaw crusher and a disc mill can be completed in a single step.
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Precision and efficiency as a competitive advantage In pharmaceutical research and production, precision, reproducibility, and regulatory compliance are crucial to your success. Precise control of particle size has a significant impact on drug distribution, tableting, and quality assurance. With advanced laboratory solutions from Retsch, you can enable your team to confidently master these challenges and maintain the highest level of product quality.
SM 50: Optimized Grinding Process for Smaller Sample Quantities
For the grinding of singular children's toys for analytics of hazardous substances, a feather sample with a low weight or a small batch of herbs, the existing range of cutting mills does not yet offer a satisfactory solution. The lossy sample recovery of larger machines as well as the difficulties of smaller machines to take up large samples or milling power to provide the necessary performance for effective processing define the problems.
参考资料
1] 伦敦大学学院药学与生物化学系Duncan L. Browne教授团队:通过球磨实现的强健Buchwald-Hartwig胺化;生物组织Chem. 2019, 17, 1722 DOI: 10.1039/c8ob01781f
[2] 伦敦大学学院药学与生物化学系Duncan L. Browne教授组:通过球磨直接酰胺化酯;焦虑。《化学国际版》2021年,60期,21868-21874页;doi.org/10.1002/anie.202106412
[3] 北海道大学工程学院应用化学部伊藤创教授小组:利用机械化学进行无溶剂锌介导贝尚还原;DOI:10.1039/d4mr00138a
[4] 北海道大学工学院应用化学系伊藤创教授组:固态芳香族亲核氟化:快速、实用且环保的N-异芳基氟化物途径;《绿色化学》,2025年,第27期,第1771页;DOI: 10.1039/d4gc06362g
[5] 伦敦大学学院药学与生物化学系Duncan L. Browne教授组:通过球磨和双螺杆挤出实现的镍催化铃木-宫浦芳香亚基偶联的温控机械化学;焦虑。《化学国际版》2022年,61页,e202210508;doi.org/10.1002/anie.202210508
[6] 扬-亨德里克·舍贝尔、弗雷德里克·温克尔曼、乔尔·比克尔和迈克尔·费尔德霍夫;利用滚筒磨机合成氨基:布洛芬、烟酰胺共晶的机械化学千克级合成;RSC Mechanochemistry,2025年,DOI:10.1039/D4MR00096J
[7] Reaction scheme and performance of the experiments: Dominik Al-Sabbagh, Chemistry Laboratory Technician, Division 6.3 – Structure Analysis, Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), B