Mikronisierung

Unter Mikronisierung versteht man die signifikante Verkleinerung der durchschnittlichen Partikelgröße. Die dadurch erzeugten mikronisierten Pulver kommen in den verschiedensten Industriezweigen zum Einsatz. So werden im Bereich technischer Pulver wie auch bei Mehlen und Fruchtpulvern übliche Korngrößen zwischen 100 µm bis 1000 µm auf ein Spektrum von 2 µm bis 200 µm vermindert.

In einzelnen Anwendungsfällen ist eine enge Korngrößenverteilung erforderlich und durch Mikronisierung erreichbar. So werden zur Vermeidung einer Wahrnehmung auf der Haut Korngrößen unter 70 µm angestrebt und zur Vermeidung eines Mundgefühls Korngrößen unter 40 µm.

Die Mikronisierung ist nicht zu verwechseln mit der Mikronisation von Getreide (schlagartige Erhitzung im Infrarotofen).

Vorteile

Ein Vorteil derartig verkleinerter Partikel ist u. a. die vergrößerte Oberfläche, die für viele Wechselbeziehungen mit der Umgebung eine wichtige Größe darstellt (z. B. Diffusionsvorgänge, Dispergiereigenschaften).

Methoden

Eine klassische Methode zur Herstellung derart feiner Partikel ist das Zermahlen (Strahlmühle, Kaltmahlung), ein weiteres einfaches Verfahren ist das Schmelze-Dispersionsverfahren, weiter wird durch Zerstäuben (Sprühkühlung, PGSS-Verfahren)→Sprühtrocknung, sowie durch Perlpolymerisation die gewünschte Verkleinerung erreicht.

Bei dem Zerstäubungs- oder Schmelz-Dispersionsprozeß erhält man zum überwiegenden Teil kugelförmige, regelmäßige Partikel mit kleiner Oberfläche, während man bei den Mahlprozessen gebrochene, unregelmäßige Partikel mit großer Oberfläche bekommt. Bei der Perlpolymerisation erhält man perlenförmige Partikel.

Mit dem PGSS-Verfahren können dagegen unterschiedliche Partikelformen hergestellt werden. Es können sphärische Partikel hergestellt werden, die eine kompakte Form und eine geringe relative Oberfläche aufweisen. Es lassen sich aber auch fadenförmige Partikel mit einer sehr großen relativen Oberfläche erzeugen. Zwischenformen wie Hohlkugeln, poröse Partikel oder Mikroschwämme können ebenfalls hergestellt werden.

Moderne Techniken

Moderne Methoden verwenden überkritische Flüssigkeiten im Mikronisierungsprozess. Diese Verfahren verwenden überkritische Flüssigkeiten, um einen Übersättigungszustand zu induzieren, der zur Ausfällung einzelner Partikel führt. Zu den am weitesten verbreiteten Techniken dieser Kategorie gehören das RESS-Verfahren (Rapid Expansion of Supercritical Solutions), das SAS-Verfahren (Supercritical Anti-Solvent) und das PGSS-Verfahren (Particles from Gas Saturated Solutions). Diese modernen Techniken ermöglichen eine bessere Einstellbarkeit des Prozesses. Parameter wie relativer Druck und Temperatur, Konzentration gelöster Stoffe und das Verhältnis von Antilösungsmittel zu Lösungsmittel werden variiert, um die Leistung an die Bedürfnisse des Herstellers anzupassen. Die Verfahren mit überkritischen Fluiden führen zu einer feineren Kontrolle über Partikeldurchmesser, Verteilung der Partikelgröße und Konsistenz der Morphologie. Aufgrund des relativ niedrigen Drucks können viele Verfahren mit überkritischen Fluiden thermolabile Materialien einbeziehen. Moderne Techniken beinhalten erneuerbare, nicht brennbare und ungiftige Chemikalien.

RESS

Beim RESS (Rapid Expansion of Supercritical Solutions) wird das überkritische Fluid dazu verwendet, den Feststoff unter hohem Druck und hoher Temperatur aufzulösen und so eine homogene überkritische Phase zu bilden. Danach wird die Mischung durch eine Düse expandiert, um die kleineren Teilchen zu bilden. Unmittelbar nach dem Austritt aus der Düse erfolgt eine schnelle Expansion, wodurch der Druck gesenkt wird. Der Druck fällt unter den überkritischen Druck, wodurch das überkritische Fluid – normalerweise Kohlendioxid – in den Gaszustand zurückkehrt. Diese Phasenänderung verringert die Löslichkeit der Mischung stark und führt zur Ausfällung von Partikeln. Je weniger Zeit zum Expandieren der Lösung und zum Ausfällen des gelösten Stoffes benötigt wird, desto enger wird die Partikelgrößenverteilung sein. Schnellere Fällungszeiten führen auch tendenziell zu kleineren Teilchendurchmessern.

Sas

In dem SAS-Verfahren (überkritisches Antilösungsmittel) wird das feste Material in einem organischen Lösungsmittel gelöst. Das überkritische Fluid wird dann als Anti solvent zugegeben, was die Löslichkeit des Systems verringert. Infolgedessen werden Partikel aus kleinem Durchmesser gebildet. Es gibt verschiedene SAS-SAS, die sich in dem Verfahren der Einführung des überkritischen Fluids in die organische Lösung unterscheiden.

PGSS

In der PGSS-Methode (Partikel aus gasgesättigten Lösungen) wird das feste Material geschmolzen und das überkritische Fluid wird darin gelöst. In diesem Fall wird jedoch die Lösung gezwungen, sich durch eine Düse zu erweitern, und auf diese Weise werden Nanopartikel gebildet. Das PGSS-Verfahren hat den Vorteil, dass aufgrund des überkritischen Fluids der Schmelzpunkt des festen Materials verringert wird. Daher schmilzt der Feststoff bei einer niedrigeren Temperatur als die normale Schmelztemperatur bei Umgebungsdruck.

Weblinks

• Stoffwirtschaft: Mikronisierung auf hu-berlin.de, abgerufen am 31. März 2017.
• Toni Gradl: Von der Mikronisierung zum Quantenpunkt (PDF; 423 kB), auf herbs-hi-tech.com, abgerufen am 31. März 2017.
• Milling and Micronization of Pharmaceutical Powders (englisch), auf coperion.com, abgerufen am 31. März 2017.

Einzelnachweise

1. Micronize auf merriam-webster.com, abgerufen am 31. März 2017.
2. (Memento vom 1. April 2017 im Internet Archive) auf acu-pharma.com, abgerufen am 31. März 2017.
3. (Memento vom 23. März 2010 im Internet Archive) auf lohmann-chemikalien.de, abgerufen am 31. März 2017.
4. Nanosuspensionen@1@2Vorlage:Toter Link/www.uni-saarland.de (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im Mai 2019. Suche in Webarchiven.)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. (MS-Powerpoint-Datei)
5. Eintrag zu Mikronisierte Wachse. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 30. März 2017.
6. Sebastian Pörschke: Herstellung pulverförmiger Biowachse und mögliche Anwendungen. Dissertation, Ruhr-Universität Bochum, 2014, urn:nbn:de:hbz:294-40781, (PDF; 4,82 MB), S. 8–12.
7. Željko Knez, Maša Knez Hrnčič, Mojca Škerget: Particle Formation and Product Formulation Using Supercritical Fluids. In: Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering. 6. Jahrgang, Nr. 1, 1. Januar 2015, S. 379–407, doi:10.1146/annurev-chembioeng-061114-123317, PMID 26091976. 
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13. Ali Zeinolabedini Hezave, Sarah Aftab, Feridun Esmaeilzadeh: Micronization of creatine monohydrate via Rapid Expansion of Supercritical Solution (RESS). In: The Journal of Supercritical Fluids. 55. Jahrgang, Nr. 1, 1. November 2010, S. 316–324, doi:10.1016/j.supflu.2010.05.009. 
14. I. De Marco, M. Rossmann, V. Prosapio, E. Reverchon, A. Braeuer: Control of particle size, at micrometric and nanometric range, using supercritical antisolvent precipitation from solvent mixtures: Application to PVP. In: Chemical Engineering Journal. 273. Jahrgang, 1. August 2015, S. 344–352, doi:10.1016/j.cej.2015.03.100. 
15. A. S. M. Tanbirul Haque, Byung-Soo Chun: Particle formation and characterization of mackerel reaction oil by gas saturated solution process. In: Journal of Food Science and Technology. 53. Jahrgang, Nr. 1, 1. Januar 2016, ISSN 0022-1155, S. 293–303, doi:10.1007/s13197-015-2000-3, PMID 26787949, PMC 4711435 (freier Volltext).