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吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠(chǎng)
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一、破碎作用力
物料在外力作用下發(fā)生形變并分裂成更細(xì)小粒子的過(guò)程叫破碎。破碎的對(duì)象有生物細(xì)胞和固體材料，其中固體材料的破碎習(xí)慣上叫粉碎。在破碎時(shí)，物料所受的外力主要有劈裂力、撞擊力、壓縮力、剪切力和研磨力等幾種類(lèi)型。破碎過(guò)程中往往是幾種力聯(lián)合作用，極少是單純方式的作用力，如粗碎時(shí)以撞擊力、壓縮力和劈裂力為主，細(xì)碎時(shí)則以剪切力和研磨力為主要作用力。
當(dāng)物料顆粒受外力作用時(shí)其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)其分子之間的吸引力時(shí)就產(chǎn)生了顆粒的分裂。具體過(guò)程是：物料突出部位首先受外力作用產(chǎn)生局部應(yīng)力，局部溫度升高引起物料膨脹而產(chǎn)生裂紋。隨著外力的增加，產(chǎn)生的應(yīng)力集中作用在裂紋處，裂紋迅速伸長(zhǎng)和擴(kuò)散，使物料破碎。
固體物料的粉碎效果常常用粉碎度來(lái)表示，物料粉碎前顆粒的平均直徑與粉碎后顆粒的平均直徑之比即為粉碎度。
在衡量粉碎效果時(shí)，粉碎度是檢查粉碎操作的重要指標(biāo)。
二、破碎方法
1、固體物料的粉碎方法
?。?）開(kāi)路粉碎和循環(huán)粉碎：物料只通過(guò)粉碎設(shè)備一次即得產(chǎn)品叫開(kāi)路粉碎，若所得產(chǎn)品含有不達(dá)要求細(xì)度的顆粒，通過(guò)篩分將粗顆粒分離出來(lái)重新返回設(shè)備中進(jìn)行粉碎的操作叫循環(huán)粉碎。
?。?）干法粉碎和濕法粉碎：將物料干燥處理后進(jìn)行的粉碎叫干法粉碎，給物料中加入適量液體進(jìn)行的粉碎操作叫濕法粉碎。
?。?）單獨(dú)粉碎和混合粉碎：只進(jìn)行一種原材料的粉碎叫單獨(dú)粉碎。單獨(dú)粉碎所得粉末易聚結(jié)。多種原材料混合同時(shí)進(jìn)行的粉碎叫混和粉碎。混合粉碎可減少粉末的重新聚結(jié)。
?。?）低溫粉碎：在粉碎前或在粉碎過(guò)程中對(duì)物料進(jìn)行冷卻的粉碎方法叫低溫粉碎?？梢圆捎美鋬鲈稀⒎鬯闄C(jī)夾層制冷、添加干冰或液氮于物料中等低溫粉碎方法。
?。?）微粉粉碎：對(duì)原材料進(jìn)行細(xì)胞級(jí)的粉碎稱(chēng)為微粉粉碎。物料通過(guò)超細(xì)粉碎機(jī)粉碎后其顆粒直徑約為5 左右，如果是植物則其95%以上的細(xì)胞被破碎。
?。?）納米粉碎：將物料粉碎成直徑在1～100 之間的超微顆粒，這種粉碎叫納米粉碎。經(jīng)納米粉碎后物料的理化性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的改變，會(huì)產(chǎn)生一些特殊的藥理活性，因而對(duì)其在制劑上的應(yīng)用還有待于深入研究。
2、生物細(xì)胞的破碎方法
生物細(xì)胞的粉碎方法主要有機(jī)械法、化學(xué)法和酶法。
用機(jī)械對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生各種形式的作用力，促使細(xì)胞壁破碎的方法叫機(jī)械法，利用化學(xué)試劑或酶溶解細(xì)胞壁而破碎細(xì)胞的方法叫非機(jī)械法。目前生產(chǎn)上廣泛采用機(jī)械法進(jìn)行細(xì)胞破碎。
三、常見(jiàn)破碎機(jī)械
1、固體物料的粉碎機(jī)械
?。?）切藥機(jī)
在提取中藥浸膏之前，需要將中藥材粉碎成一定大小的顆粒，為避免浸出多糖等易糊化的大分子化合物，生產(chǎn)上用切藥機(jī)把中藥材截切成小段或切成薄片，很少粉碎成細(xì)粉顆粒。根據(jù)切藥機(jī)刀具運(yùn)動(dòng)方式可分為往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式兩種類(lèi)型的切藥機(jī)。
往復(fù)式切藥機(jī)的切刀通過(guò)與曲軸相連，在電動(dòng)機(jī)皮帶輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸5帶動(dòng)連桿4和刀具1作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，中藥材產(chǎn)生通過(guò)傳送帶7輸送，在刀床2處被壓緊送出截切，切斷長(zhǎng)度由傳送3帶的六種輸送速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
?。?）中草藥粉碎機(jī)
除切段或切片之外，根據(jù)使用要求，有時(shí)需要把中藥材粉碎成粗粉或微粉，如把貴重中藥材進(jìn)行微粉碎后直接制成中成藥。工業(yè)上常用粉碎機(jī)進(jìn)行中草藥材的粗碎，用微粉碎機(jī)進(jìn)行中草藥材的微粉碎。
中草藥粉碎機(jī)一般屬于沖擊式破碎機(jī)，由主機(jī)、輔機(jī)和電控箱等三部分組成。主機(jī)由加料斗、機(jī)殼、活動(dòng)齒盤(pán)、固定齒盤(pán)、離心分級(jí)裝置構(gòu)成，也有主機(jī)中安裝篩板篩網(wǎng)來(lái)進(jìn)行顆粒分級(jí)的。齒盤(pán)上固定的鋼棒叫鋼齒，把齒盤(pán)固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)。輔機(jī)由旋風(fēng)和脈沖式除塵器，起收集粉碎所得顆粒并防止粉塵飛揚(yáng)的作用。當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)后，活動(dòng)齒盤(pán)和固定齒盤(pán)間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，物料受到齒盤(pán)上齒的沖擊、磨擦及物料彼此間撞擊等綜合作用而被粉碎。粉碎后的顆粒粒度可在10目～200目之間任意調(diào)節(jié)。
粉碎機(jī)在操作時(shí)應(yīng)先關(guān)閉塞蓋，開(kāi)動(dòng)機(jī)器空轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后再加入需要粉碎的物料，否則加入的物料阻塞于鋼齒之間，增加電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)負(fù)荷，損壞機(jī)器設(shè)備。
?。?）微粉碎機(jī)
通常微粉碎機(jī)屬于錘式粉碎機(jī)，如圖9-4所示。微粉碎機(jī)由主機(jī)、輔機(jī)、電控箱三大部分組成。主機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子上通過(guò)鉸鏈懸掛刀片或者懸錘，粉碎機(jī)腔內(nèi)安裝有格柵和襯板，格柵起控制產(chǎn)品粒度的作用。物料由料斗經(jīng)螺旋輸送桿進(jìn)入粉碎室，受到高速旋轉(zhuǎn)的錘頭打擊、切割以及襯板的撞擊等作用，而被粉碎，粉碎了的物料通過(guò)底部的篩孔出料，粗顆粒被格柵截留而被再次送入粉碎腔內(nèi)粉碎。合格的顆粒在負(fù)壓風(fēng)力運(yùn)送下進(jìn)入旋風(fēng)分離器，經(jīng)袋式過(guò)濾器后被收集到儲(chǔ)存容器中。
?。?）球磨機(jī)
球磨機(jī)是一種細(xì)碎設(shè)備，其罐體由不銹鋼或陶瓷材料作成，內(nèi)裝一定數(shù)量的鋼球或瓷球。當(dāng)罐體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于球體之間以及球體與罐壁之間的摩擦作用，使得球體隨罐壁轉(zhuǎn)動(dòng)上升到一定高度后以?huà)佄锞€(xiàn)方式往下落，從而對(duì)物料產(chǎn)生撞擊和研磨作用并使物料高度粉碎。
球磨機(jī)常常用于物料的精磨，由于可以在密封條件下進(jìn)行粉碎操作，故可用來(lái)進(jìn)行無(wú)菌粉碎。
2、微生物細(xì)胞的破碎
微生物細(xì)胞壁非常堅(jiān)韌，可以耐受一定的高壓而不破裂。當(dāng)目的產(chǎn)物處于細(xì)胞內(nèi)時(shí)，必須采取有效的方法破碎細(xì)胞，使目的產(chǎn)物從細(xì)胞內(nèi)釋放出來(lái)便于提取。
目前生產(chǎn)上主要采用機(jī)械破碎法破碎細(xì)胞，所使用的設(shè)備主要有高壓均質(zhì)機(jī)和珠磨機(jī)。
（1）高壓均質(zhì)機(jī)
高壓均質(zhì)機(jī)關(guān)鍵部件是高壓泵和破碎閥，高壓泵通常采用柱塞往復(fù)泵，其結(jié)構(gòu)與一般柱塞泵相同。破碎閥安裝在柱塞泵的排出管路上，一般由閥桿、閥座和沖擊環(huán)構(gòu)成。
高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理是：當(dāng)物料高壓低速進(jìn)入均質(zhì)閥，流徑閥座和柱閥窄小間隙進(jìn)入低壓區(qū)，根據(jù)伯努利定律：壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，巨大的動(dòng)能把流速提高到300-500米/秒，此時(shí)壓力迅速下降至飽和蒸汽壓力下，物料中形成氣泡，出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。在一個(gè)巨大的壓力下跌的作用下使物料失壓、膨脹、爆炸。在巨大動(dòng)能作用下，物料顆粒通過(guò)閥件的窄小間隙產(chǎn)生強(qiáng)烈剪切效應(yīng)，同時(shí)，巨大的動(dòng)能使物料以300-500米/秒（100Mpa可達(dá)500-1000米/秒）的速度，射向沖擊圈而產(chǎn)生強(qiáng)大的撞擊效應(yīng)，在這各種綜合因素的作用下，生物細(xì)胞被破裂成碎片。
由于在細(xì)胞破碎過(guò)程中放出大量的熱，液體溫度迅速升高。為保護(hù)設(shè)備同時(shí)避免熱敏性目的產(chǎn)物失去生物活性，高壓均質(zhì)機(jī)內(nèi)設(shè)計(jì)有冷卻夾套，通入冷卻劑可以移除熱量，維持高壓均質(zhì)機(jī)在一個(gè)穩(wěn)定的溫度下工作。因而在使用高壓均質(zhì)機(jī)前必須先通入冷卻劑，然后再開(kāi)機(jī)運(yùn)行。
?。?）珠磨機(jī)
珠磨機(jī)的破碎腔由夾套組成，夾套內(nèi)通冷卻劑可以移出細(xì)胞破碎時(shí)產(chǎn)生的熱量。破碎腔內(nèi)裝有直徑約1mm的無(wú)鉛玻璃珠或其他材質(zhì)的微珠。當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)后，玻璃珠隨攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行各種形式的運(yùn)動(dòng)，從而珠子與細(xì)胞之間產(chǎn)生了撞擊和剪切效應(yīng)，使細(xì)胞破碎，釋放出內(nèi)含物。在細(xì)胞勻漿液出口處設(shè)置了珠液分離器滯留珠子，使珠液分離破碎能夠連續(xù)進(jìn)行。珠磨機(jī)是破碎率較高的細(xì)胞破碎機(jī)，常用于生物藥物的生產(chǎn)中。
物料在外力作用下發(fā)生形變并分裂成更細(xì)小粒子的過(guò)程叫破碎。破碎的對(duì)象有生物細(xì)胞和固體材料，其中固體材料的破碎習(xí)慣上叫粉碎。在破碎時(shí)，物料所受的外力主要有劈裂力、撞擊力、壓縮力、剪切力和研磨力等幾種類(lèi)型。破碎過(guò)程中往往是幾種力聯(lián)合作用，極少是單純方式的作用力，如粗碎時(shí)以撞擊力、壓縮力和劈裂力為主，細(xì)碎時(shí)則以剪切力和研磨力為主要作用力。
當(dāng)物料顆粒受外力作用時(shí)其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)其分子之間的吸引力時(shí)就產(chǎn)生了顆粒的分裂。具體過(guò)程是：物料突出部位首先受外力作用產(chǎn)生局部應(yīng)力，局部溫度升高引起物料膨脹而產(chǎn)生裂紋。隨著外力的增加，產(chǎn)生的應(yīng)力集中作用在裂紋處，裂紋迅速伸長(zhǎng)和擴(kuò)散，使物料破碎。
固體物料的粉碎效果常常用粉碎度來(lái)表示，物料粉碎前顆粒的平均直徑與粉碎后顆粒的平均直徑之比即為粉碎度。
在衡量粉碎效果時(shí)，粉碎度是檢查粉碎操作的重要指標(biāo)。
二、破碎方法
1、固體物料的粉碎方法
?。?）開(kāi)路粉碎和循環(huán)粉碎：物料只通過(guò)粉碎設(shè)備一次即得產(chǎn)品叫開(kāi)路粉碎，若所得產(chǎn)品含有不達(dá)要求細(xì)度的顆粒，通過(guò)篩分將粗顆粒分離出來(lái)重新返回設(shè)備中進(jìn)行粉碎的操作叫循環(huán)粉碎。
?。?）干法粉碎和濕法粉碎：將物料干燥處理后進(jìn)行的粉碎叫干法粉碎，給物料中加入適量液體進(jìn)行的粉碎操作叫濕法粉碎。
?。?）單獨(dú)粉碎和混合粉碎：只進(jìn)行一種原材料的粉碎叫單獨(dú)粉碎。單獨(dú)粉碎所得粉末易聚結(jié)。多種原材料混合同時(shí)進(jìn)行的粉碎叫混和粉碎。混合粉碎可減少粉末的重新聚結(jié)。
?。?）低溫粉碎：在粉碎前或在粉碎過(guò)程中對(duì)物料進(jìn)行冷卻的粉碎方法叫低溫粉碎?？梢圆捎美鋬鲈稀⒎鬯闄C(jī)夾層制冷、添加干冰或液氮于物料中等低溫粉碎方法。
?。?）微粉粉碎：對(duì)原材料進(jìn)行細(xì)胞級(jí)的粉碎稱(chēng)為微粉粉碎。物料通過(guò)超細(xì)粉碎機(jī)粉碎后其顆粒直徑約為5 左右，如果是植物則其95%以上的細(xì)胞被破碎。
?。?）納米粉碎：將物料粉碎成直徑在1～100 之間的超微顆粒，這種粉碎叫納米粉碎。經(jīng)納米粉碎后物料的理化性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的改變，會(huì)產(chǎn)生一些特殊的藥理活性，因而對(duì)其在制劑上的應(yīng)用還有待于深入研究。
2、生物細(xì)胞的破碎方法
生物細(xì)胞的粉碎方法主要有機(jī)械法、化學(xué)法和酶法。
用機(jī)械對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生各種形式的作用力，促使細(xì)胞壁破碎的方法叫機(jī)械法，利用化學(xué)試劑或酶溶解細(xì)胞壁而破碎細(xì)胞的方法叫非機(jī)械法。目前生產(chǎn)上廣泛采用機(jī)械法進(jìn)行細(xì)胞破碎。
三、常見(jiàn)破碎機(jī)械
1、固體物料的粉碎機(jī)械
?。?）切藥機(jī)
在提取中藥浸膏之前，需要將中藥材粉碎成一定大小的顆粒，為避免浸出多糖等易糊化的大分子化合物，生產(chǎn)上用切藥機(jī)把中藥材截切成小段或切成薄片，很少粉碎成細(xì)粉顆粒。根據(jù)切藥機(jī)刀具運(yùn)動(dòng)方式可分為往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式兩種類(lèi)型的切藥機(jī)。
往復(fù)式切藥機(jī)的切刀通過(guò)與曲軸相連，在電動(dòng)機(jī)皮帶輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸5帶動(dòng)連桿4和刀具1作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，中藥材產(chǎn)生通過(guò)傳送帶7輸送，在刀床2處被壓緊送出截切，切斷長(zhǎng)度由傳送3帶的六種輸送速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
?。?）中草藥粉碎機(jī)
除切段或切片之外，根據(jù)使用要求，有時(shí)需要把中藥材粉碎成粗粉或微粉，如把貴重中藥材進(jìn)行微粉碎后直接制成中成藥。工業(yè)上常用粉碎機(jī)進(jìn)行中草藥材的粗碎，用微粉碎機(jī)進(jìn)行中草藥材的微粉碎。
中草藥粉碎機(jī)一般屬于沖擊式破碎機(jī)，由主機(jī)、輔機(jī)和電控箱等三部分組成。主機(jī)由加料斗、機(jī)殼、活動(dòng)齒盤(pán)、固定齒盤(pán)、離心分級(jí)裝置構(gòu)成，也有主機(jī)中安裝篩板篩網(wǎng)來(lái)進(jìn)行顆粒分級(jí)的。齒盤(pán)上固定的鋼棒叫鋼齒，把齒盤(pán)固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)。輔機(jī)由旋風(fēng)和脈沖式除塵器，起收集粉碎所得顆粒并防止粉塵飛揚(yáng)的作用。當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)后，活動(dòng)齒盤(pán)和固定齒盤(pán)間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，物料受到齒盤(pán)上齒的沖擊、磨擦及物料彼此間撞擊等綜合作用而被粉碎。粉碎后的顆粒粒度可在10目～200目之間任意調(diào)節(jié)。
粉碎機(jī)在操作時(shí)應(yīng)先關(guān)閉塞蓋，開(kāi)動(dòng)機(jī)器空轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后再加入需要粉碎的物料，否則加入的物料阻塞于鋼齒之間，增加電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)負(fù)荷，損壞機(jī)器設(shè)備。
?。?）微粉碎機(jī)
通常微粉碎機(jī)屬于錘式粉碎機(jī)，如圖9-4所示。微粉碎機(jī)由主機(jī)、輔機(jī)、電控箱三大部分組成。主機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子上通過(guò)鉸鏈懸掛刀片或者懸錘，粉碎機(jī)腔內(nèi)安裝有格柵和襯板，格柵起控制產(chǎn)品粒度的作用。物料由料斗經(jīng)螺旋輸送桿進(jìn)入粉碎室，受到高速旋轉(zhuǎn)的錘頭打擊、切割以及襯板的撞擊等作用，而被粉碎，粉碎了的物料通過(guò)底部的篩孔出料，粗顆粒被格柵截留而被再次送入粉碎腔內(nèi)粉碎。合格的顆粒在負(fù)壓風(fēng)力運(yùn)送下進(jìn)入旋風(fēng)分離器，經(jīng)袋式過(guò)濾器后被收集到儲(chǔ)存容器中。
?。?）球磨機(jī)
球磨機(jī)是一種細(xì)碎設(shè)備，其罐體由不銹鋼或陶瓷材料作成，內(nèi)裝一定數(shù)量的鋼球或瓷球。當(dāng)罐體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于球體之間以及球體與罐壁之間的摩擦作用，使得球體隨罐壁轉(zhuǎn)動(dòng)上升到一定高度后以?huà)佄锞€(xiàn)方式往下落，從而對(duì)物料產(chǎn)生撞擊和研磨作用并使物料高度粉碎。
球磨機(jī)常常用于物料的精磨，由于可以在密封條件下進(jìn)行粉碎操作，故可用來(lái)進(jìn)行無(wú)菌粉碎。
2、微生物細(xì)胞的破碎
微生物細(xì)胞壁非常堅(jiān)韌，可以耐受一定的高壓而不破裂。當(dāng)目的產(chǎn)物處于細(xì)胞內(nèi)時(shí)，必須采取有效的方法破碎細(xì)胞，使目的產(chǎn)物從細(xì)胞內(nèi)釋放出來(lái)便于提取。
目前生產(chǎn)上主要采用機(jī)械破碎法破碎細(xì)胞，所使用的設(shè)備主要有高壓均質(zhì)機(jī)和珠磨機(jī)。
（1）高壓均質(zhì)機(jī)
高壓均質(zhì)機(jī)關(guān)鍵部件是高壓泵和破碎閥，高壓泵通常采用柱塞往復(fù)泵，其結(jié)構(gòu)與一般柱塞泵相同。破碎閥安裝在柱塞泵的排出管路上，一般由閥桿、閥座和沖擊環(huán)構(gòu)成。
高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理是：當(dāng)物料高壓低速進(jìn)入均質(zhì)閥，流徑閥座和柱閥窄小間隙進(jìn)入低壓區(qū)，根據(jù)伯努利定律：壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，巨大的動(dòng)能把流速提高到300-500米/秒，此時(shí)壓力迅速下降至飽和蒸汽壓力下，物料中形成氣泡，出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。在一個(gè)巨大的壓力下跌的作用下使物料失壓、膨脹、爆炸。在巨大動(dòng)能作用下，物料顆粒通過(guò)閥件的窄小間隙產(chǎn)生強(qiáng)烈剪切效應(yīng)，同時(shí)，巨大的動(dòng)能使物料以300-500米/秒（100Mpa可達(dá)500-1000米/秒）的速度，射向沖擊圈而產(chǎn)生強(qiáng)大的撞擊效應(yīng)，在這各種綜合因素的作用下，生物細(xì)胞被破裂成碎片。
由于在細(xì)胞破碎過(guò)程中放出大量的熱，液體溫度迅速升高。為保護(hù)設(shè)備同時(shí)避免熱敏性目的產(chǎn)物失去生物活性，高壓均質(zhì)機(jī)內(nèi)設(shè)計(jì)有冷卻夾套，通入冷卻劑可以移除熱量，維持高壓均質(zhì)機(jī)在一個(gè)穩(wěn)定的溫度下工作。因而在使用高壓均質(zhì)機(jī)前必須先通入冷卻劑，然后再開(kāi)機(jī)運(yùn)行。
?。?）珠磨機(jī)
珠磨機(jī)的破碎腔由夾套組成，夾套內(nèi)通冷卻劑可以移出細(xì)胞破碎時(shí)產(chǎn)生的熱量。破碎腔內(nèi)裝有直徑約1mm的無(wú)鉛玻璃珠或其他材質(zhì)的微珠。當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)后，玻璃珠隨攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行各種形式的運(yùn)動(dòng)，從而珠子與細(xì)胞之間產(chǎn)生了撞擊和剪切效應(yīng)，使細(xì)胞破碎，釋放出內(nèi)含物。在細(xì)胞勻漿液出口處設(shè)置了珠液分離器滯留珠子，使珠液分離破碎能夠連續(xù)進(jìn)行。珠磨機(jī)是破碎率較高的細(xì)胞破碎機(jī)，常用于生物藥物的生產(chǎn)中。
