冻干工艺研究汇.docx

精选文档一、冷冻干燥过程研究真空冷冻干燥是先将制品冻结到共晶点温度以下，使水分变为固态的冰，而后在适合的温度和真空度下，使冰升华为水蒸气再用真空系统的冷凝器(水汽凝固器)将水蒸气冷凝，从而获取干燥制品的技术该过程主要可分为：制品准备、预冻、一次干燥（升华干燥）、二次干燥（解吸干燥）和密封保存五个步骤产品预冻1.1制品的玻璃化玻璃化的作用近来几年来，人们已经逐渐地认识到，凡是成功的低温保存，细胞内的水均以玻璃态的形式被固化，在胞内不出现晶态的冰玻璃化是指物质以非晶态形式存在的一种状态，其粘度极大，分子的能动性几乎为零，因为这类非晶体结构的扩散系数很低，故在这类结构中分子运动和分子变性反应特别轻微，不利的化学反应可以被克制，从而提升被保存物质的稳固性玻璃化的获取在产品预冻时，只要降温速率足够快，且达到足够低的温度，大多数资料都能从液体过冷到玻璃态固体足够快”的意思是在降温过程中迅速经过结晶区而不发生晶化，“足够低”指的是一定把温度降到玻璃化转变温度Tg以下关于拥有必定初始浓度的细菌制品，其预冻过程一般经过“两步法”来达成第一步是以一般速率进行降温，让细胞外的溶液中产生冰，细胞内的水分经过细胞膜渗向胞外，胞内溶液的浓度逐渐提升；第二步是以较高速率进行降温，以实现胞内溶液的玻璃化。

此法又称“部分玻璃化法”当初始浓度为A的溶液（A点）从室温开始冷却时，跟着温度的降落，溶液过冷到B点后将开始析出冰，结晶潜热的开释又使溶液局部温度高升溶液将沿着均衡的熔融线不停析出冰晶，冰晶四周节余的未冻溶液随温度降落，浓度不停高升，向来降落到熔融线(Ta)与玻璃化转变曲线(Tg)的交点(D点)时，溶液中节余的水分将不再结晶(称为不行冻水)，此时的溶液达到最大冻结浓缩状，浓度较高，以非晶态的形式包围在冰晶四周，形成镶嵌着冰晶的玻璃体1.2降温速率与预冻温度预冻速度决定了制品体积大小、形状和成品最先晶格及其微孔的特征，其速度可控制在每分钟降温1℃左右对结晶性制剂而言，冻结速度一般不要太慢，冻结速度慢固然便于形成大块冰晶体，保持畅达的升华通道，使升华速度加速，但假如结晶过大、晶核数目过少、制剂的结晶均匀性差，也不利于升华干燥关于一些分子呈无规则网状结构的高分子药物，速冻能使其在药液中迅速定型，使包裹在此中的溶媒蒸汽在真空条件下迅速逸出，反而能使升华速度加速所以，溶液的最正确冷冻速度是因制剂自己的特性不一样而变化的如蛋白多肽类药物的冻干，慢速冻结平时是有益的，而关于病毒、疫苗来说，迅速降温平时是有益的。

20世纪60年代，人们成功地保存了哺乳动物的某些细胞，其降温程序是：以1℃/min17降到-15℃，而后以4-5℃/min降到-79℃，这一程序与前面所说起的“两步法”是一致的但也有降温更慢和更快的案例，如红细胞和仓鼠细胞的最正确冷却速率超出50℃/min，而保存淋巴细胞的降温速率只有0.1℃/min预冻温度须低于制品的玻璃态和橡胶态转变温度，以保证箱内所有的制品温度都低于共熔点，使其所有凝固成固体；关于好多溶液，它们的玻璃化转变温度一般要比共晶点低10-30°至于预冻的最后温度是控制在低于共晶温度还是低于玻璃化转变温度，这主要取决于我们希望制品在冻结过程中所达到的固化状态关于拥有近似膜结构或活性成分制品的冷冻干燥，应尽量使其最后冻结温度低于玻璃化转变温度一般制品预冻温度在共熔点以下10-20℃保持2-3h，保证冷冻完好；多数疫苗的共熔点在-15℃到-20℃之间，所以预冻温度要在-25℃到-40℃当前最常用的一种冷冻方法是冻干机板层冷冻一次干燥一次干燥（升华干燥）是指低温下对制品加热，同时用真空泵抽真空，使此中被冻结成冰的自由水直接升华成水蒸气待成品中看不到冰时，则可以为一次干燥已达成，此时制品温度迅速上升，凑近板温，制品中最先水分的90%以上已被除去。

2.1一次干燥中制品温度的控制在升华干燥过程中，制品汲取热量后所含水分在真空下升华成水蒸气，耗费大批热能，使得制品温度较板层温度低十几甚至几十度多数动物用疫苗一次干燥应在-30℃或以上温度（低于产品塌陷温度特别是共熔点温度）下进行，所以板层温度一般在-10～-3℃之间假如温度过高，会出现融化、塌陷等现象，造成冻干失败；假如温度过低，不但给制冷系统提出了过高的要求，并且大大降低了升华过程的速率，费时又耗能尽管在有些场合下，一次干燥的最大同意温度由制品的相变温度或共晶温度决定，但更一般的状况下，预冻的制品中都有必定份额的无定形态，故应该将冻干的一次干燥过程控制在Tg以下进行在干燥过程中，如制品干燥层温度上升到必定数值时，其部分干燥物质所形成的多孔性骨架刚度降低，干燥层内颗粒出现零落，直至骨架塌陷，造成已被干燥部分的微孔通道被封闭，阻挡升华的进行，使升华速率减慢，最后可以致冻干产品的节余水分含量过高，产品的复水性与稳固性差此时的温度称为塌陷温度Tc塌陷温度Tc是在冻干过程中样品所独有的特色温度，是由制品资料及干燥层的多孔性结构所决定有人以为，在多数状况下，塌陷温度Tc要比玻璃化转变温度Tg高20°左右。

关于一个特定的冻干制品，其共晶温度、玻璃化转变温度可经过DSC（差式扫描量热法）测得，而塌陷温度可经过冻干显微镜和介电解析测得当前大多数的操作，都是在整个升华干燥过程中保持加热温度不变关于能否应该这样，存在两种不一样的看法一种看法以为，在升华干燥阶段，跟着水分的升华，使制品浓度高升，其玻璃化转变温度也会提升，这样升华干燥过程中就可以适合逐渐提升温度，加速升华进行；另一种看法以为，在升华干燥阶段，升华的不过游离在网状结构空隙中的自由水，不会对物料实体的玻璃化转变温度产生影响，所以升华干燥过程中的加热温度仍应保持不变实质上这两种状况都可能出现，是和冷却固化的状况相关的2.2一次干燥中冷阱温度的控制冷阱位于真空泵进口前，升华产生的水蒸气靠压差的作用到达冷阱，重新结成霜，假如没有冷阱或其温度不够低，就会以致冻干室内水蒸汽压高升，制品升华界面压力和温度都会上升，以致制品消融关于多数制品的冷冻干燥，冷阱表面温度在-40—-50℃之间已能满足要求2.3一次干燥中的真空度一次干燥中真空度应保持13.33-26.66pa一般说来，在升华干燥过程中真空度是保持不变的，但也可以采纳循环压力法，即控制真空系统的压力在必定范围内上下颠簸，以期提升干燥速度。

大批研究表明，在干燥过程中短期地稍微提升干燥室压力（10-20Pa），同时干燥层表面温度保持在凑近其同意值，可以缩短干燥时间但干燥室压力一定低于升华界面压力，而升华界面的压力所对应的升华界面温度必须低于制品在相应浓度下的玻璃化转变温度在升华过程中，有时可采纳向冻干箱内充注气体，以形成对流传热，但这一部分空肚量会降低真空度，所以，要对真空度进行控制，使其既能形成适合的对流传热，又能使制剂表面一直处于匀速干燥的压力状态2.4影响干燥效率的要素在一次干燥过程中，除了制品温度、冷阱温度、干燥室压力影响干燥快慢之外，预冻速度也影响着升华效率慢冻形成大冰晶，升华后形成大的孔隙，有益于升华进行，干燥速度快；速冻形成渺小的冰晶，升华后留下渺小的通道，干燥速度慢但慢冻时，溶质可能发生迁徙，以致于在表面形成一层硬壳，阻挡升华进行近来几年来发现，在冻干配方中加入5%左右叔丁醇后，冻结时会形成针状结晶，冰晶升华后留下了管状通道，使水蒸气阻力大大减小，升华速率明显提升，节约了时间和能耗二次干燥二次干燥（解吸干燥）是在较高的温度下对制品加热，使制品中被吸附的部分“约束水”解吸变为“自由”的液态水再吸热蒸发成水蒸气的过程，加热量主要用于被约束水的解吸作用和蒸发。

因为升华干燥以后，在干燥制品的多孔结构表面和极性企业上结合水的吸附能量很大，所以一定供给较高的温度和足够的热量才能实现结合水的解吸过程该过程中，制品的含水量不停减少，其玻璃化转变温度是不停提升的，制品温度也可以逐渐提升在二次干燥过程中，板层温度最少每小时增加5℃-10℃成品温度应该迅速升至板层温度或以上，不然制品水分增加且易倒塌二次干燥目的固然是使残余在多孔松散状固体中的水被去除，但适合的水分（平时1-1.5%）关于保持疫苗结构完好性和活性也是必需的制品水分过低，菌体表面亲水基团失掉保护，会直接与氧接触，影响菌体的存活率最后板层温度是成品水分含量的一个主要决定要素，其数值不可以超出制品的最高允许温度，关于蛋白质药物其最高同意温度一般应低于40℃，关于绝大多数动物用疫苗，最后板层温度应该在25℃-35℃之间一般细菌性产品最后板层温度为30℃-35℃，病毒性产品为25℃密封保存冻干结束后，经过板层液压起落系统，将半加塞的疫苗瓶在真空状态下密封使用的管状玻璃瓶和胶塞应配套，将其密封后置45℃水浴24小时，观察疫苗瓶中能否有水被吸入真空密封的完好性应在温度压力下评估，简单的试验是将成品在45℃水浴24小时，观察疫苗瓶中能否有水被吸入。

胶塞应该在135℃干燥4小时，高压灭菌胶塞可使疫苗的水分提升2-5%二、叔丁醇在冻干制剂中的应用研究冷冻干燥工艺已经被广泛地应用于药物制剂的制备过程中平时状况下，水是唯一的溶剂，但有时候药物在萃取和结晶过程中残留的有机溶剂，也可能会被带入到最后的冻干溶液中，这样会以致一些新的变化，含少许有机溶剂的溶液的冻干工艺引起人们的关注，并被深入研究叔丁醇-水共溶剂就是此中最常有的，以它为溶剂进行冷冻干燥的工艺可以用于多种制剂的制备，拥有多方面优势因为叔丁醇作为冻干剂拥有多重优势，已被广泛用于制剂中，纯的叔丁醇可以单独作为溶剂，溶解水不溶性药物或水中稳固性不好的药物，进行冻干国内外研究许多是叔丁醇与水形成共溶剂系统进行冷冻干燥，其在药剂领域中应用有多方面■制备固系统剂具明显优势难溶于水的药物溶于叔丁醇中，水溶性物质溶解于水中，二者以适合的比率混杂，获取可以共同溶解水溶性与脂溶性物质的澄明共溶剂，此溶液经进一步冻干可以获取固体分别体采纳这类工艺制备药剂拥有多种好处加速药物的升华速度研究发现，将溶解庆大霉素的叔丁醇溶液与乳糖水溶液以适合的比率混杂形成共溶剂后冻干，其冻干周期可由39小时缩短为28小时，同时所得冻干产品仍保持多孔性。

提升药物的稳固性前列腺素E为稳固性很差的药物，采纳体积分数为20%的叔丁醇-水共溶剂将药物和乳糖共同溶解，冻干后获取稳固冻干粉针当前，采纳此冻干工艺生产的前列腺素E无菌粉末制剂已在外国上市增溶难溶性药物Aldipine是一种从海洋生物中提取的抗癌活性物质，其相对分子质量为1109，在水中几乎不溶研究人员探究到一种新的增溶方法：将药物先溶于叔丁醇中，再与乳糖水溶液按体积比4∶6的比率形成澄明共溶剂，进行冻干，获取稳固的冻干物，使用前采纳聚氧乙烯蓖麻油-乙醇-水共溶简化制备固体分别体工艺近来，研究人员将脂溶性药物连同水溶性寡糖共溶于叔丁醇-水共溶剂体系，冻干后制成固体分别体采纳此方法可以将脂溶性药物分别在一些玻璃化温度较高的无定型辅猜中，使药物保持在无定型状态，可明显提升药物的溶解速度和药物的溶解度这类工艺可以防范用熔融法制备固体分别体对热稳固性差的药物的破坏，也能防范采纳溶剂法制备固体分别体时使用氯仿、二氯甲烷等毒性较大的溶剂促进药物结晶叔丁醇-水共溶剂系统制备固体分别。