Molinos de microesferas ¿Qué es un molino de microesferas clásico?

Overview

Diferencias en los molinos de microesferas
¿Qué es la agitación con microesferas?
Control de temperatura en molinos de microesferas

Un molino de microesferas es un tipo de equipo utilizado para la molienda ultrafina y la dispersión de partículas. Funciona según el principio de impacto y atrición: los medios de molienda (microesferas) hechos de vidrio, cerámica o acero se agitan en el interior de un recipiente o una cámara mediante un eje giratorio dotado de impulsores, lo que hace que las partículas se rompan en tamaños más pequeños debido a las fuerzas de colisión y cizallamiento.

Los molinos de microesferas se utilizan ampliamente en industrias como la de pinturas, tintas, productos farmacéuticos, cosméticos y agroquímicos para preparar dispersiones, emulsiones y suspensiones de alta calidad. Las principales ventajas de los molinos de microesferas son su capacidad para conseguir un tamaño de partícula muy fino (a menudo submicrónico), una mejor estabilidad del producto y una distribución uniforme de las partículas. Hay varios tipos de molinos de microesferas, de configuración horizontal y vertical, cada una diseñada para aplicaciones específicas y distintos requisitos de capacidad.

¿Qué diferencia hay entre un molino de microesferas y un molino de atrición?

Tanto los molinos de microesferas como los molinos de atrición se utilizan para moler y dispersar los materiales hasta obtener un tamaño de partícula fino. Los molinos de microesferas funcionan al agitar la mezcla del material a moler y el medio de molienda (microesferas) con un agitador giratorio. Esto hace que las microesferas choquen contra las partículas del material, rompiéndolas en partículas más finas. El proceso también se conoce como molienda por microesferas y se basa en un movimiento caótico, impulsado por el movimiento de las microesferas. Los molinos de atrición, también conocidos como molinos de bolas en agitación, funcionan haciendo girar un eje con brazos o discos que agitan el medio y el material dentro de un depósito vertical u horizontal. Esta acción de agitación hace circular el medio y el material de manera continua, creando intensas fuerzas de impacto y cizallamiento que muelen el material.

Diferencias principales

Mecanismo de acción: Los molinos de microesferas dependen más de la energía generada por el movimiento de las microesferas en el interior del molino, mientras que los molinos de atrición dependen de la acción del eje giratorio con brazos o discos acoplados para agitar el medio y el material.
Tamaño del medio de molienda: Los molinos de microesferas generalmente utilizan medios de molienda más pequeños en comparación con los molinos de atrición, lo que permite obtener una trituración más fina de la partícula.
Dispersión frente a molienda: Aunque ambos molinos pueden conseguir la dispersión y la molienda, los molinos de microesferas suelen asociarse más con aplicaciones de dispersión para nanopartículas y sustancias químicas finas, mientras que los molinos de atrición a menudo se utilizan para una gama más amplia de aplicaciones de molienda.

¿Qué diferencias hay entre los molinos planetarios de bolas y los molinos de microesferas?

Los molinos de microesferas y los molinos planetarios de bolas se utilizan ampliamente para la trituración de partículas y la dispersión de materiales en diversas industrias, pero tienen aplicaciones distintas según sus principios de funcionamiento y los resultados que alcanzan.

Los molinos de microesferas se utilizan principalmente para la molienda ultrafina y la dispersión de partículas a niveles nano y submicrónicos. Destacan en el procesamiento de materiales líquidos o pastosos. Los molinos planetarios de bolas sirven para mezclar, homogeneizar y moler en una amplia gama de aplicaciones, desde materiales blandos hasta materiales extremadamente duros. Son adecuados cuando se busca un tamaño de partícula que va de los pocos micrómetros al rango nanomicrónico.
Los molinos de microesferas son especialmente eficaces en materiales difíciles de moler, como los pigmentos, las nanopartículas y los compuestos farmacéuticos. Los molinos planetarios de bolas son versátiles y permiten la molienda en seco, en húmedo e incluso criogénica. Se utilizan en campos como la ciencia de los materiales, la metalurgia, los fármacos y la química para la investigación y preparación de muestras.
Estado del material: los molinos de microesferas son más adecuados para materiales líquidos o semilíquidos, por lo que son ideales para aplicaciones de molienda en húmedo. Por otro lado, los molinos planetarios de bolas son versátiles y admiten materiales secos, húmedos o incluso criogénicos.

Molino planetario de bolas

Al rango de productos

Los molinos planetarios de bolas, los molinos mezcladores MM 500 nano y MM 500 control, así como el molino de bolas de alta energía Emax, ofrecen una mayor versatilidad en comparación con los molinos de microesferas. Todos estos molinos están indicados para la molienda en seco y en húmedo. A diferencia de los molinos de microesferas, los molinos de bolas de RETSCH también pueden procesar muestras más voluminosas gracias a unas bolas de molienda más grandes. En lugar de agitar una mezcla de líquido y microesferas, el movimiento de los recipientes de molienda en estos molinos garantiza una excelente circulación de las bolas, lo que genera unos resultados de molienda extremadamente finos. Por lo tanto, los molinos planetarios de bolas de RETSCH, el MM 500 nano, el MM 500 control y el Emax, pueden considerarse como una alternativa a los molinos de microesferas tradicionales.

Molino mezclador MM 500 nano

Molino mezclador MM 500 control

Molino de bolas de alta energía E_max

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Disrupción celular & muestras biológicas

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Molino Mezclador MM 400 - Ruptura celular de levadura*

_{*El vídeo muestra el modelo anterior con el mismo principio de funcionamiento.}

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¿Qué es la agitación con microesferas?

La agitación por microesferas es una técnica que se utiliza para lisar o romper células y tejidos para extraer contenidos intracelulares, incluidos ácidos nucleicos (ADN, ARN), proteínas y otros componentes celulares. Este método consiste en agitar enérgicamente una muestra mezclada con esferas pequeñas, a menudo microesferas, en un recipiente cerrado. Las microesferas están hechas de varios materiales como vidrio, cerámica, acero o circonio, según el tipo de muestra y el resultado deseado.

El proceso funciona al cizallar físicamente las células cuando chocan con las microesferas y entre sí debido a la agitación de alta velocidad o la agitación vorticial de la muestra. La eficacia de la agitación con microesferas depende de varios factores, entre ellos, el tamaño y el material de las microesferas, la velocidad y la duración de la agitación, el tipo y la resistencia de las paredes celulares o las membranas que van a romperse, así como el volumen y la consistencia de la muestra.

La agitación de microesferas es una técnica versátil que se utiliza en diversas aplicaciones, desde la biología molecular y la bioquímica hasta las ciencias medioambientales y los análisis de alimentos. Resulta especialmente útil para procesar muestras difíciles de lisar como levaduras, hongos, algas y tejidos vegetales y animales, así como para homogeneizar muestras con células de tipo mixto. El método ofrece varias ventajas, como la capacidad de procesar varias muestras simultáneamente, la posibilidad de automatización de alto rendimiento y la compatibilidad con una amplia variedad de tipos de muestras.

Molino mezclador MM 400

Molino mezclador MM 400 - Soluciones para aplicaciónes biológicas y la ruptura celular

Hay otro molino de bolas de RETSCH, el molino mezclador MM 400, que es bien conocido por un proceso llamado agitación de microesferas, de manera que también se trata de un molino de microesferas.

El MM 400 procesa hasta 20 muestras en tubos Eppendorf de 1,5 o 2 ml sin contaminación cruzada, lo que ahorra tiempo al operador. Además, dispone de un adaptador para alojar hasta ocho tubos Falcon de 50 ml. El tamaño óptimo de las microesferas para la ruptura celular varía según el tipo de célula. En el caso de las bacterias y las levaduras, se recomiendan microesferas de vidrio de entre 0,75 y 1,5 mm, mientras que las microesferas más pequeñas en el rango de 0,1 a 0,5 mm son más adecuadas para los hongos y las microalgas.

Para la extracción de ADN o ARN, los tubos más pequeños de hasta 2 ml y de un solo uso son la solución ideal. En cambio, los viales más grandes como los tubos Falcon de 50 ml están indicados para procesar suspensiones celulares de proteínas o metabolitos de hasta 240 ml en total. Los parámetros óptimos en la agitación de microesferas varían según el tipo de célula. Puede que sea necesario experimentar un poco para obtener los mejores resultados. Normalmente se requieren entre 30 s (la mayoría de las microalgas) y 7 min (levaduras en general) de agitación con microesferas para romper las células por completo.

Al poder alojar hasta cincuenta tubos desechables de 2 ml, los molinos mezcladores como el MM 500 vario aumentan eficazmente el rendimiento de las muestras.

Células de Phaeodactylum tricornutum antes (izquierda) y después de la disrupción celular (derecha) con el molino mezclador MM 400 en combinación con el adaptador para tubos Falcon.

Para procesos de molienda efectivos y seguros Accessorios para el MM 400

Recipientes de molienda en 6 diferentes materiales

Recipientes de molienda de 7 materiales diferentes

The nominal volume of the screw-top grinding jars ranges from 1.5 ml to 50 ml.
Available materials include hardened steel, stainless steel, agate, tungsten carbide, zirconium oxide and PTFE, ensuring contamination-free sample preparation.
Transparent PMMA grinding jars are used for in-situ RAMAN spectroscopy but also enable applications with photochemical reactions. Moreover, these are resistant to a variety of chemicals.
The jars can be used with the predecessor of the MM 400 just like older jar models are compatible with the latest mixer mill model.

ADAPTADORES PARA VIALES DE UN SOLO USO

Adapters for 0.5 / 1.5 / 2 / 5 ml single-use vials can be used in the MM 400.
For larger sample amounts, e. g. for protein extraction, adapters for 50 ml conical centrifugation tubes or 30 ml wide-mouth bottles are available.

Adaptadores para un mayor rendimiento de las muestras

The MM 400 can be equipped with adapters that accommodate four 5 ml stainless-steel grinding jars, allowing for simultaneous pulverization of a maximum of 8 samples.
This increased throughput is particularly beneficial for mechanochemical applications.

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Control de temperatura en molinos de microesferas

El control de la temperatura puede ser crucial en los procesos de molienda en húmedo o agitación con microesferas, ya que muchos materiales procesados en molinos de microesferas son sensibles a la temperatura. El calor excesivo puede provocar reacciones químicas o cambios físicos no deseados, como la degradación de polímeros, cambios de color en los pigmentos o cambios en la estructura cristalina de los materiales. En lo que respecta a la ruptura celular, las proteínas son muy sensibles a la temperatura y se degradan rápidamente. Mantener una temperatura óptima garantiza la integridad de las propiedades del material. Otro aspecto es la viscosidad: las fluctuaciones de temperatura pueden afectar a la viscosidad de la suspensión que se procesa, lo que a su vez influye en la eficacia de la molienda y en la calidad de la dispersión. Con una temperatura estable se garantiza una viscosidad constante, algo fundamental para conseguir un tamaño de partícula uniforme y una dispersión estable.

Para resolver este tipo de problemas, los molinos de microesferas suelen incorporar mecanismos de control de la temperatura, como camisas de refrigeración o refrigeradores externos, que hacen circular un líquido refrigerante alrededor de la cámara de molienda para disipar el exceso de calor. Algunos molinos también cuentan con sistemas de monitorización de la temperatura para controlar con precisión las condiciones del proceso.

RETSCH dispone de dos molinos de microesferas en los que la temperatura puede controlarse fácilmente durante la molienda en húmedo o la agitación de microesferas: el molino de bolas de alta energía Emax y el molino mezclador MM 500 control.

Sistema de refrigeración de alta eficiencia en el Emax

El desarrollo de un molino de bolas de alta energía supone un desafío significativo en el control de la temperatura, ya que la intensa energía necesaria para la trituración genera un calor considerable en el recipiente de molienda. RETSCH ha resuelto este problema gracias a un novedoso sistema de refrigeración por agua integrado en el molino. Con esta solución, el Emax no suele necesitar pausas de enfriamiento, aunque estas son habituales en procesos de larga duración donde se utilizan molinos de bolas tradicionales, incluso a velocidades reducidas. En el Emax, el sistema de refrigeración reduce la temperatura de los recipientes de molienda de manera efectiva a través de los soportes de los recipientes. Este método es de lo más eficaz, porque el agua disipa el calor con más facilidad que el aire. Los usuarios pueden elegir entre tres modos de refrigeración: además de la refrigeración incorporada, cabe la posibilidad de conectar el molino a un refrigerador o directamente a un grifo de agua para reducir la temperatura todavía más. Un refrigerador ajustado a 4 °C es la mejor opción para garantizar la temperatura ambiente en procesos de molienda en húmedo cuando se utiliza el Emax como molino de microesferas.

Emax

Sistema de refrigeración innovador en el MM 500 control

El MM 500 control es un molino de bolas de laboratorio de alta energía que puede utilizarse para la molienda en seco, en húmedo y criogénica con una frecuencia de hasta 30 Hz. Es el primer molino mezclador del mercado que permite supervisar y controlar la temperatura de un proceso de molienda.

El rango de temperatura alcanzable va de -100 a 100 °C, con varias opciones de refrigeración y calentamiento: El molino puede funcionar con varios fluidos térmicos, lo que permite utilizar diferentes unidades de templado. Si se utiliza nitrógeno líquido para la refrigeración, el molino mezclador puede ampliarse fácilmente con el cryoPad. La cryoPad funciona como una estación de acoplamiento. Se coloca debajo del molino mezclador y se conecta. La innovadora tecnología del cryoPad permite seleccionar y mantener una temperatura de refrigeración específica en el rango de -100 a 0 °C durante el proceso de trituración.

En la agitación por microesferas y en la molienda en húmedo, el uso del refrigerador externo ajustado a 4 °C es una buena opción. De este modo, las suspensiones celulares se enfrían de manera eficiente y el calor generado en los procesos de molienda en húmedo se disipa correctamente.

Regulación de la temperatura a base de placas térmicas

El enfriamiento y el calentamiento del material de la muestra se realiza con el concepto patentado de placas térmicas, lo que hace obsoleto el enfriamiento de la muestra con, por ejemplo, baños abiertos de nitrógeno líquido o hielo seco. Para enfriar o calentar los recipientes de molienda, se los colocan simplemente encima de las placas térmicas. Cuando los recipientes entran en contacto con las placas térmicas, el calor se transfiere efectivamente desde o hacia los recipientes a través del dispositivo térmico. El diseño patentado hermético del sistema de refrigeración permite el manejo seguro con diferentes fluidos térmicos, garantizando una regulación flexible y segura de la temperatura y un esfuerzo mínimo para el usuario. Dependiendo de la configuración operativa, la temperatura de las placas térmicas puede ajustarse en el rango de -100 a +100 °C.

Molino mezclador MM 500 control

Adaptador y recipientes multicavidad en el molino de microesferas MM 500 control

Los recipientes multicavidad y un adaptador para viales de reacción permiten procesar simultáneamente varias muestras pequeñas, como puede ser necesario, por ejemplo, para aplicaciones farmacéuticas, químicas y bioquímicas. Los recipientes con cavidades pequeñas ofrecen nuevas posibilidades para procesos mecanoquímicos con volúmenes de muestra pequeños.

Las cavidades de los recipientes tienen una forma ovalada, lo que garantiza una mezcla eficaz. Las ayudas para el vertido permiten un manejo seguro de las muestras. Los recipientes multicavidad están fabricados en acero inoxidable para proporcionar una transferencia de calor eficaz hacia o desde la muestra.

El adaptador admite hasta 18 viales de reacción desechables de 1,5 o 2,0 ml (p. ej., viales Eppendorf) o nueve tubos de acero de 2,0 ml. Con sus dos estaciones de molienda, el molino mezclador MM 500 control ahora puede procesar hasta 36 muestras en un solo ciclo de trabajo. Los tubos de acero de 2,0 ml deben utilizarse cuando las muestras deban congelarse o calentarse, ya que los recipientes de reacción fabricados con polímeros no pueden soportar la carga mecánica a temperaturas extremas. El adaptador está fabricado en aluminio, de modo que el calor se transfiere eficazmente hacia y desde los tubos de reacción.

4 recipientes multicavidad de 10 ml y 2 recipientes multicavidad de 25 ml, de acero inoxidable, incl. ayudas para el vertido de PTFE.

Adaptador de aluminio para 18 viales de reacción de 2 ml con cierre de seguridad o 9 tubos de acero de 2 ml

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En todas las áreas industriales se emplean aparatos RETSCH para preparar muestras que serán sometidas a los más diversos análisis y para realizar determinaciones granulométricas en controles de producción y de calidad.
Con el fin de satisfacer las exigencias cada vez más altas del mercado, RETSCH desarrolla todos sus productos siguiendo una filosofía clara, basada en la cita de Aristóteles:

Trituración

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Los productos y servicios de RETSCH están disponibles a través de una red global de empresas filiales y distribuidores competentes. Nuestro personal estará encantado de ayudarle con cualquier consulta.

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Bead Mill - FAQ

¿Los molinos de bolas de RETSCH pueden considerarse molinos de microesferas?

Sí. Como los molinos de bolas funcionan agitando pequeñas microesferas en un líquido para reducir el tamaño de partícula de la muestra o para la ruptura celular, los molinos de RETSCH pueden considerarse molinos de microesferas. En los molinos mezcladores, RETSCH ofrece adaptadores especiales diseñados para la agitación por microesferas y la ruptura celular.

¿La refrigeración es importante en los molinos de microesferas?

Sí. La refrigeración es esencial en los molinos de microesferas para garantizar una buena viscosidad y temperatura ambiente, evitando así que las sustancias sensibles a la temperatura se evaporen o se degraden.