投資能為組織帶來潛在收益的分析儀器前，聽取他人的經(jīng)驗是非常有用的。本次，我們很榮幸地邀請到來自贏創(chuàng)硅基產(chǎn)品組合的合作科學(xué)家，與大家一同分享有關(guān)FT4粉體流變儀®的使用、應(yīng)用和價值的第一手分析見解。
贏創(chuàng)是二氧化硅生產(chǎn)商之一，業(yè)務(wù)涵蓋醫(yī)療、個護、食品、農(nóng)業(yè)、飼料和家居護理行業(yè)。十多年前，贏創(chuàng)初次投資了FT4粉體流變儀。此后，該組織越來越多的科學(xué)家開始使用這款儀器，并擴展到從美國到德國的整個公司，所生成的重要信息為食品、制藥和農(nóng)藥到個護、化妝品和家居產(chǎn)品，再到塑料和3D打印等行業(yè)應(yīng)用提供支持。讓我們跟隨這些每天致力于改善粉體特性的解決方案創(chuàng)造者，了解他們的觀點和經(jīng)驗。
01 決定投資
贏創(chuàng)是如何確定FT4的潛力并決定進行投資的？
二氧化硅是一種常見產(chǎn)品添加劑，作用包括提高分散性、防止結(jié)塊、控制流體流變、用作消泡劑等。很多行業(yè)都依靠二氧化硅來改善粉體流動性。憑借具有多功能的沉淀二氧化硅和氣相二氧化硅系列產(chǎn)品，贏創(chuàng)可針對不同應(yīng)用的特定需求提供定制化解決方案。因此，我們的關(guān)鍵業(yè)務(wù)是精準掌握二氧化硅表現(xiàn)性能的相關(guān)機理。我司長期投資于粉體流動性測試設(shè)備。
“大約35年前，我們開發(fā)出了使用自制料斗評價粉體流動性的內(nèi)部方法。” AEROSIL® 和 SIPERNAT® 硅基產(chǎn)品技術(shù)總監(jiān) Chris Proulx 說道。“多年來，我們對這些料斗進行了優(yōu)化，并將其作為孔口流出類型評價的簡單、有用工具提供給我們的客戶。我們也試過振實密度法、卡爾指數(shù)測量、休止角、剪切池、可壓性等，但這些都是單一維度的測試方法。我們想要更加高效的方式：例如，藥物配方的休止角測試需要花費20分鐘，而這個時間內(nèi)FT4能完成很多項測量，提供更豐富的信息。”
“十多年前，我在展會上初次接觸到FT4。我認為它的真正潛力在于可為我們的產(chǎn)品提供科學(xué)解讀和證明，特別是已有明確證據(jù)表明其成功應(yīng)用的制藥行業(yè)。從一開始，這款儀器就深受工程師的青睞，因為它可促進數(shù)據(jù)的吸收和使用。深入了解粉體行為是一項長期任務(wù)，我們很快認識到FT4才是改進的關(guān)鍵。”
通過進一步的儀器調(diào)研（包括樣品測試），證實了前期潛力評價結(jié)果，初始投資的成功為向食品行業(yè)的大量出售奠定合理的實踐與理論基礎(chǔ)。贏創(chuàng)的各種潛在產(chǎn)品在特定用例具有不同的性能優(yōu)勢。
“通過這款設(shè)備，我們可以向客戶證明我們對工業(yè)應(yīng)用的全面了解以及產(chǎn)品在解決問題方面的性能。FT4提供的關(guān)鍵數(shù)據(jù)對于業(yè)務(wù)發(fā)展至關(guān)重要。”
02 掌握儀器
學(xué)習(xí)使用FT4有多容易？
經(jīng)過“前幾代”科學(xué)家的經(jīng)驗積累，贏創(chuàng)能夠快速開展FT4的操作培訓(xùn)工作。通常只需要兩到三小時的動手實踐培訓(xùn)，即可將儀器交至實習(xí)生進行操作：即使是沒有經(jīng)驗的科學(xué)家，也可使用這款簡單工具來生成有用、可靠的信息。但是，對于早期用戶來說，也是這樣的嗎？能否介紹下第一次使用時的感受？
“盡管FT4會生成大量數(shù)據(jù)，但經(jīng)證實這款儀器非常簡單易學(xué)。” Chris Proulx 表示，“此外，它還向我們提供了多種可用支持。除資源豐富、內(nèi)容實用的參考網(wǎng)站外，客服人員響應(yīng)迅速，知識面廣，能夠隨時為我們提供所需的優(yōu)質(zhì)支持。與其他傳統(tǒng)方法相比，可同時進行多項測試，因此測量速度快。事實上，只需相對較短的時間，即可生成大量有用數(shù)據(jù)。”
“這款儀器會引導(dǎo)用戶完成所需的全部測試，”結(jié)構(gòu)性聚合物總經(jīng)理 Vikram Devarajan 評價道，“每一步測試都有圖片和說明。所以，即使是從零開始學(xué)習(xí)，培訓(xùn)要求也很低，學(xué)習(xí)曲線并不陡峭。這是一款開箱即用、全面的粉體測試工具包，隨附文檔的作用非常大。”
“標準測試程序、自動化水平和軟件使FT4成為真正的用戶友好型工具。”應(yīng)用科學(xué)家Jonathan Gorka贊同道，“樣品制備和運行非常簡單，方便快速生成大量信息。在粉體測試中，既要能夠?qū)崿F(xiàn)方法定制，又要確保儀器的易用性。有的儀器看似具有較高的定制靈活性，但設(shè)備操作較復(fù)雜，學(xué)習(xí)起來也很費勁。FT4在這二者中取得了最佳平衡：一方面保證了基礎(chǔ)功能，另一方面可根據(jù)自身需求量身定制測試，方便用戶高效、快速地工作。”
03 產(chǎn)生新的見解
FT4 生成了哪些信息？它如何闡明粉體性能？
“FT4能夠建立微觀和宏觀的橋梁。”高級技術(shù)營銷經(jīng)理 Saiid Mohammed 說道，“我的意思是它可以讓人看到顆粒層面變化的堆積效應(yīng)。我們使用的二氧化硅通常有很多細小顆粒，這些細小顆?？烧掣降捷^大的基質(zhì)顆粒上并影響粉體行為。通過掃描電子顯微鏡等技術(shù)，可以觀察粘附、顆粒表面覆蓋和形態(tài)相關(guān)變化，但我們需要了解其實際表現(xiàn)：顆粒相互作用的變化如何影響應(yīng)用相關(guān)特性（例如流動性）。這就是我們從FT4得到的信息。”
贏創(chuàng)科學(xué)家使用了FT4的全部功能，包括動態(tài)、截切、堆積粉體測試能力，旨在通過不同測試程序獲得任何給定粉體樣品的多維度見解。
“這就像是拼圖一樣。” Saiid Mohammed繼續(xù)說道，“每一項測試都針對產(chǎn)品的不同性能。剪切池提供了一部分信息，而加入可壓性和透氣性相關(guān)數(shù)據(jù)后，我們即可獲取更多產(chǎn)品信息。我們也使用動態(tài)測試和充氣測試作為基準程序。完成產(chǎn)品的整個拼圖后，即可深入了解并優(yōu)化客戶解決方案，這是一件很有成就感的工作。”
對于3D打印等應(yīng)用，非常重視干粉流動行為以及重復(fù)量化流動性的能力。此外，剪切池測試經(jīng)驗證尤其適用于洗滌劑表征，要求通過添加液體表面活性劑來闡明粉體系統(tǒng)的相互作用（粘結(jié)）。“當混合物表面逐漸覆蓋表面活性劑，我們即可測量出表面活性劑添加量對粘性和剪切的影響。”對于需要吸收力的應(yīng)用，評價配方中的液體含量時，粘性也是一個有用參數(shù)。
該小組還需要重復(fù)進行多方面的粉體測試。
“FT4作為多元測試儀器，能提供很多粉體流變的相關(guān)信息，我是液體流變學(xué)專業(yè)出身，因此對粉體流變學(xué)語言也比較敏感，兩者可以相互補充。”個護和化妝品部門科學(xué)家 Christina Sotelo 說道，“在個護部門，流變的科學(xué)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)可用于主觀評價產(chǎn)品質(zhì)量以及合意性，F(xiàn)T4已成功證明了這一點。通過全面測量玉米淀粉、云母、滑石粉等成分，我們以此量化了‘滑度’這一特性。我們還能直接研究吸濕性的影響，這是爽身粉的另一關(guān)鍵參數(shù)。通過這些測量，我們可在基礎(chǔ)配方中添加各種成分以提高配方‘滑度’，這在定組研究中是可感知的。”
“檢測二氧化硅對聚合物粉末的影響時，我發(fā)現(xiàn)透氣性和可壓性具有很好的區(qū)分度。”Jonathan Gorka說道，“透氣性對于細粉非常敏感，這些細粉對粉體性能產(chǎn)生了重大影響。塑料粉末會在壓力下變成固體塊。我們的添加劑能夠改變顆粒的填充性。此外，動態(tài)參數(shù)能夠區(qū)分靜電堆積對流動性的影響，尤其是低導(dǎo)電性粉體。通過 FT4，我們可以觀察粉體中是否存在這些問題，并用我們的產(chǎn)品予以解決。”
“通過有效運用各項測試發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的增值賣點，確實是一種非常不錯的方法。通過測量壓力和剪切對吸收液體的粉體的影響，我們可以確定配方中產(chǎn)品的用量、混合物的耐受程度、以及填充裝袋時的流動表現(xiàn)。”
04 收獲回報
FT4的好處是什么？
贏創(chuàng)與FT4的合作主要帶來三個好處。首先，提高了效率，節(jié)省了時間和成本。其次是能力提升，可解決技術(shù)問題，提供功能強大、科學(xué)合理的解決方案，直接滿足客戶要求。最后，成為行業(yè)領(lǐng)域的專家，加強客戶和其他業(yè)務(wù)伙伴對于我們的信任。
“開發(fā)用于3D打印的新型聚合物粉末時，我們可能會篩選多達500種配方。” Vikram Devarajan 說道。“有了FT4，我們可以每種使用100g，從測試數(shù)據(jù)中快速縮小可選范圍。即使沒有打印試驗，也可以剔除過度潤滑或者流動性差的配方，從而輕松節(jié)省大約兩個月的打印時間。開發(fā)進度更快，浪費更少。”
“例如，我們與某藥品制造商的合作項目就很好地說明FT4所能提供的深度理解。” Chris Proulx說道，“在該項目中，我們需要為在灌裝過程中出現(xiàn)問題的配方進行改進。很多藥物配方經(jīng)過了所有藥物開發(fā)階段，卻在藥物輸送階段出現(xiàn)問題。藥物粉末通常粘性較強，混合、運輸過程越多，灌裝時越容易發(fā)生問題。由于顆粒摩擦，顆粒配方中的活性成分很容易泄漏。而FT4剪切程度則能看出粘性的變化，選定助流劑的添加量和添加方式，從而減少配方摩擦和顆粒應(yīng)力，解決灌裝過程中的粘性問題。”
“FT4具有標志性意義！” Saiid Mohammed 說道。“每當客戶得知我們正在使用FT4 時，他們會認為我們能提供值得信賴的專業(yè)知識和服務(wù)水平，然后與我們合作。并且，當我們向客戶展示診斷和解決粉體加工問題的先進能力時，F(xiàn)T4會使他們相信我們能成為其強大的合作伙伴。對于所展示的FT4數(shù)據(jù)，我總是對其質(zhì)量充滿信心，相信科學(xué)是可靠的。我們的業(yè)務(wù)由此獲益良多。”
關(guān)于數(shù)據(jù)完整性的觀點得到了該小組其他成員的認同。如前所述，學(xué)會數(shù)據(jù)解讀（術(shù)語經(jīng)驗、理解機器能力、顆粒測量和在制品性能經(jīng)驗等），盡管需要花費時間，但非常有幫助。
05 經(jīng)驗教訓(xùn)
對于那些想要優(yōu)化粉體測試方法，或正在考慮使用FT4的任何人，您有什么建議嗎？
以下是對FT4用戶的實用建議：
“確保每次都嚴格遵守測試程序。”結(jié)構(gòu)性聚合物高級科學(xué)家 Abhi Bhat 博士說道，“這些程序經(jīng)過了嚴格定義，必須時刻遵循。一方面可通過調(diào)節(jié)循環(huán)等步驟來實現(xiàn)FT4的高重復(fù)性，盡可能減少操作員之間的差異，另一方面則需遵循簡單說明，確保實現(xiàn)最佳性能。”
“事實上，我們已將FT4用于生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量檢測，” Vikram Devarajan 補充道，“在這種環(huán)境下，重復(fù)性和易用性是重要因素，但我們相信FT4會在這兩個方面都表現(xiàn)出色。”
對于更通用的粉體測試建議，提供的一致性建議是：“不要僅憑單一數(shù)據(jù)解讀粉體行為。”
“如果有能力在相對較短的時間內(nèi)測量多個參數(shù)，最終就會發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用相關(guān)的特性。”Christina Sotelo 說道，“這就像是法醫(yī)學(xué)的收集證據(jù)過程。制定需要完成的檢查表：透氣性、充氣數(shù)據(jù)、剪切等。核心動態(tài)測試是普遍相關(guān)的，重復(fù)測試均采用了基本流動能/可變流速測試程序。”
“如果是對過去的自己，我會建議不要在一條信息上花費太多的時間。” Saiid Mohammed說道。“更有效的方法是先完成一系列測試，然后嘗試解讀所有信息。儀器上花費的時間越多，學(xué)到的知識越多，但我的教訓(xùn)是可以在最開始就節(jié)省好幾個小時！”
“理解FT4提供的信息、在粉體和應(yīng)用基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)解讀，都需要時間。” Chris Proulx說道。“對于復(fù)雜的粉體行為，生成可靠、多維度的數(shù)據(jù)是解決配方和加工問題的關(guān)鍵第一步?，F(xiàn)在，我們有了可用的大型FT4數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)永遠不會過期，因此我們可用來闡明新問題、預(yù)測新配方的表現(xiàn)。隨著不斷的學(xué)習(xí)，我們將更容易理解和控制添加劑的行為。”
結(jié)語
通過來自贏創(chuàng)科學(xué)家的經(jīng)驗分享，證明了FT4是一款值得信賴、經(jīng)常使用且有價值的儀器，在試驗室中占據(jù)了重要的一席之地。毫無疑問，學(xué)習(xí)充分利用數(shù)據(jù)需要時間，不止作為儀器，還需要進行區(qū)分，但回報顯然是值得的。任何儀器都無法消除粉體的復(fù)雜性。相反，正確的儀器可提供精確、可靠的相關(guān)數(shù)據(jù)，幫助粉體科學(xué)家利用這種復(fù)雜性開發(fā)出功能強大、回報豐厚的工業(yè)解決方案。贏創(chuàng)的經(jīng)驗表明一切皆有可能。
感謝以下贏創(chuàng)專家的參與和見解：
Abhi Bhat，結(jié)構(gòu)性聚合物高級科學(xué)家；
Vikram Devarajan，結(jié)構(gòu)性聚合物總經(jīng)理；
Jonathan Gorka，應(yīng)用科學(xué)家；
Saiid Mohammed，高級技術(shù)營銷經(jīng)理；
Chris Proulx，AEROSIL®和SIPERNAT®技術(shù)總監(jiān)；
Christina Sotelo，個護和化妝品部門科學(xué)家
關(guān)于我們
Micromeritics 是提供表征顆粒、粉體和多孔材料的物理性能、化學(xué)活性和流動性的高性能設(shè)備生產(chǎn)商。我們能夠提供一系列行業(yè)前沿的技術(shù)，包括比重密度法、吸附、動態(tài)化學(xué)吸附、壓汞技術(shù)、粉末流變技術(shù)、催化劑活性檢測和粒徑測定。
公司在美國、英國和西班牙均設(shè)立了研發(fā)和生產(chǎn)基地，并在美洲、歐洲和亞洲設(shè)有直銷和服務(wù)業(yè)務(wù)。Micromeritics 的產(chǎn)品是具有創(chuàng)新力的企業(yè)、政府和學(xué)術(shù)機構(gòu)旗下 10,000 多個實驗室的優(yōu)選儀器。我們擁有專業(yè)的科學(xué)家隊伍和響應(yīng)迅速的支持團隊，他們能夠?qū)?Micromeritics 技術(shù)應(yīng)用于各種要求嚴苛的應(yīng)用中，助力客戶取得成功。
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