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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(yàn)是非常有用的。本次，我們很榮幸地邀請(qǐng)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(jià)值的第一手分析見解。

贏創(chuàng)是全球領(lǐng)先的二氧化硅生產(chǎn)商之一，業(yè)務(wù)涵蓋醫(yī)療、個(gè)護(hù)、食品、農(nóng)業(yè)、飼料和家居護(hù)理行業(yè)。十多年前，贏創(chuàng)首次投資了 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(kuò)展到從美國(guó)到德國(guó)的整個(gè)公司，所生成的重要信息為食品、制藥和農(nóng)藥到個(gè)護(hù)、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(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)。

01 決定投資

贏創(chuàng)是如何確定 FT4 的潛力

并決定進(jìn)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(dòng)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(duì)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(zhǔn)掌握二氧化硅表現(xiàn)性能的相關(guān)機(jī)理。我司長(zhǎng)期投資于粉體流動(dòng)性測(cè)試設(shè)備。

“大約 35 年前，我們開發(fā)出了使用自制料斗評(píng)價(jià)粉體流動(dòng)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(duì)這些料斗進(jìn)行了優(yōu)化，并將其作為孔口流出類型評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)單、有用工具提供給我們的客戶。我們也試過振實(shí)密度法、卡爾指數(shù)測(cè)量、休止角、剪切池、可壓性等，但這些都是單一維度的測(cè)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(cè)試需要花費(fèi) 20 分鐘，而這個(gè)時(shí)間內(nèi) FT4 能完成很多項(xiàng)測(cè)量，提供更豐富的信息。”

“十多年前，我在展會(huì)上首次接觸到 FT4。我認(rèn)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?yàn)樗纱龠M(jìn)數(shù)據(jù)的吸收和使用。深入了解粉體行為是一項(xiàng)長(zhǎng)期任務(wù)，我們很快認(rèn)識(shí)到 FT4 才是改進(jìn)的關(guān)鍵。”

通過進(jìn)一步的儀器調(diào)研（包括樣品測(cè)試），證實(shí)了前期潛力評(píng)價(jià)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(shí)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(shì)。

“通過這款設(shè)備，我們可以向客戶證明我們對(duì)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(duì)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(yàn)積累，贏創(chuàng)能夠快速開展 FT4 的操作培訓(xùn)工作。首次通常只需要兩到三小時(shí)的動(dòng)手實(shí)踐培訓(xùn)，即可將儀器交至實(shí)習(xí)生進(jìn)行操作：即使是沒有經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)家，也可使用這款簡(jiǎn)單工具來生成有用、可靠的信息。但是，對(duì)于早期用戶來說，也是這樣的嗎？能否介紹下第一次使用時(shí)的感受？

“盡管 FT4 會(huì)生成大量數(shù)據(jù)，但經(jīng)證實(shí)這款儀器非常簡(jiǎn)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(shí)用的參考網(wǎng)站外，客服人員響應(yīng)迅速，知識(shí)面廣，能夠隨時(shí)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(shí)進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)試，因此測(cè)量速度快。事實(shí)上，只需相對(duì)較短的時(shí)間，即可生成大量有用數(shù)據(jù)。”

“這款儀器會(huì)引導(dǎo)用戶完成所需的全部測(cè)試，”結(jié)構(gòu)性聚合物總經(jīng)理 Vikram Devarajan 評(píng)價(jià)道，“每一步測(cè)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、全方位的粉體測(cè)試工具包，隨附文檔的作用非常大。”

“標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序、自動(dòng)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(yùn)行非常簡(jiǎn)單，方便快速生成大量信息。在粉體測(cè)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(fèi)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(cè)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(jí)技術(shù)營(yíng)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(xì)小顆粒，這些細(xì)小顆粒可粘附到較大的基質(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(shí)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(dòng)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(dòng)態(tài)、截切、堆積粉體測(cè)試能力，旨在通過不同測(cè)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(xiàng)測(cè)試都針對(duì)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(dòng)態(tài)測(cè)試和充氣測(cè)試作為基準(zhǔn)程序。完成產(chǎn)品的整個(gè)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(duì)于 3D 打印等應(yīng)用，非常重視干粉流動(dòng)行為以及重復(fù)量化流動(dòng)性的能力。此外，剪切池測(cè)試經(jīng)驗(yàn)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(dāng)混合物表面逐漸覆蓋表面活性劑，我們即可測(cè)量出表面活性劑添加量對(duì)粘性和剪切的影響。”對(duì)于需要吸收力的應(yīng)用，評(píng)價(jià)配方中的液體含量時(shí)，粘性也是一個(gè)有用參數(shù)。

該小組還需要重復(fù)進(jìn)行多方面的粉體測(cè)試。

“FT4 作為多元測(cè)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(duì)粉體流變學(xué)語言也比較敏感，兩者可以相互補(bǔ)充。”個(gè)護(hù)和化妝品部門科學(xué)家 Christina Sotelo 說道，“在個(gè)護(hù)部門，流變的科學(xué)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可用于主觀評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量以及合意性，F(xiàn)T4 已成功證明了這一點(diǎn)。通過全面測(cè)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(cè)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(cè)二氧化硅對(duì)聚合物粉末的影響時(shí)，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(duì)于細(xì)粉非常敏感，這些細(xì)粉對(duì)粉體性能產(chǎn)生了重大影響。塑料粉末會(huì)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(dòng)態(tài)參數(shù)能夠區(qū)分靜電堆積對(duì)流動(dòng)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(yùn)用各項(xiàng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的增值賣點(diǎn)，確實(shí)是一種非常不錯(cuò)的方法。通過測(cè)量壓力和剪切對(duì)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(shí)的流動(dòng)表現(xiàn)。”

04 收獲回報(bào)

FT4 的最大好處是什么？

贏創(chuàng)與 FT4 的合作主要帶來三個(gè)好處。首先，提高了效率，節(jié)省了時(shí)間和成本。其次是能力提升，可解決技術(shù)問題，提供功能強(qiáng)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(qiáng)客戶和其他業(yè)務(wù)伙伴對(duì)于我們的信任。

“開發(fā)用于 3D 打印的新型聚合物粉末時(shí)，我們可能會(huì)篩選多達(dá)500種配方。” Vikram Devarajan 說道。“有了 FT4，我們可以每種使用 100g，從測(cè)試數(shù)據(jù)中快速縮小可選范圍。即使沒有打印試驗(yàn)，也可以剔除過度潤(rùn)滑或者流動(dòng)性差的配方，從而輕松節(jié)省大約兩個(gè)月的打印時(shí)間。開發(fā)進(jìn)度更快，浪費(fèi)更少。”

“例如，我們與某藥品制造商的合作項(xiàng)目就很好地說明了 FT4 所能提供的深度理解。”  Chris Proulx 說道，“在該項(xiàng)目中，我們需要為在灌裝過程中出現(xiàn)問題的配方進(jìn)行改進(jìn)。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(qiáng)，混合、運(yùn)輸過程越多，灌裝時(shí)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(biāo)志性意義！” Saiid Mohammed 說道。“每當(dāng)客戶得知我們正在使用 FT4 時(shí)，他們會(huì)認(rèn)為我們能提供值得信賴的專業(yè)知識(shí)和服務(wù)水平，然后與我們合作。并且，當(dāng)我們向客戶展示診斷和解決粉體加工問題的先進(jìn)能力時(shí)，F(xiàn)T4 會(huì)使他們相信我們能成為其最強(qiáng)大的合作伙伴。對(duì)于所展示的 FT4 數(shù)據(jù)，我總是對(duì)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(diǎn)得到了該小組其他成員的認(rèn)同。如前所述，學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)解讀（術(shù)語經(jīng)驗(yàn)、理解機(jī)器能力、顆粒測(cè)量和在制品性能經(jīng)驗(yàn)等），盡管需要花費(fèi)時(shí)間，但非常有幫助。

05 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

對(duì)于那些想要優(yōu)化粉體測(cè)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(duì)FT4用戶的實(shí)用建議：

“確保每次都嚴(yán)格遵守測(cè)試程序。”結(jié)構(gòu)性聚合物高級(jí)科學(xué)家 Abhi Bhat 博士說道，“這些程序經(jīng)過了嚴(yán)格定義，必須時(shí)刻遵循。一方面可通過調(diào)節(jié)循環(huán)等步驟來實(shí)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(jiǎn)單說明，確保實(shí)現(xiàn)最佳性能。”

“事實(shí)上，我們已將 FT4 用于生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，” Vikram Devarajan 補(bǔ)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(huì)在這兩個(gè)方面都表現(xiàn)出色。”

對(duì)于更通用的粉體測(cè)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(duì)較短的時(shí)間內(nèi)測(cè)量多個(gè)參數(shù)，最終就會(huì)發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用最相關(guān)的特性。”Christina Sotelo 說道，“這就像是法醫(yī)學(xué)的證據(jù)收集過程。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(dòng)態(tài)測(cè)試是普遍相關(guān)的，重復(fù)測(cè)試均采用了基本流動(dòng)能/可變流速測(cè)試程序。”

“如果是對(duì)過去的自己，我會(huì)建議不要在一條信息上花費(fèi)太多的時(shí)間。” Saiid Mohammed 說道。“更有效的方法是先完成一系列測(cè)試，然后嘗試解讀所有信息。儀器上花費(fèi)的時(shí)間越多，學(xué)到的知識(shí)越多，但我的教訓(xùn)是可以在最開始就節(jié)省好幾個(gè)小時(shí)！”

“理解 FT4 提供的信息、在粉體和應(yīng)用基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀，都需要時(shí)間。” Chris Proulx 說道。“對(duì)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。現(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(yuǎn)不會(huì)過期，因此我們可用來闡明新問題、預(yù)測(cè)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(yàn)分享，證明了 FT4 是一款值得信賴、經(jīng)常使用且有價(jià)值的儀器，在試驗(yàn)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(shí)間，不止作為儀器，還需要進(jìn)行區(qū)分，但回報(bào)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(qiáng)大、回報(bào)豐厚的工業(yè)解決方案。贏創(chuàng)的經(jīng)驗(yàn)表明一切皆有可能。