冷冻干燥的原理与实践.docx

冷冻干燥的原理与实践样品经完全冻结，并在一定真空条件下使冰升华，从而达到低温脱水之目的， 此种过程称为冷冻干燥（Freezedrying，Lyophilizaton）。冻十的固体物质由于微小冰品体的升华呈现多孔结构，并保持原先冻结时的体 积，加水后极易溶解，立即恢复原来的新鲜状态。制品在升华过程中温度保持在最 低共熔点以下（通常为一25°C左右），因而对于那些不耐热的物质，诸如酶、激素、 核酸、血液和免疫制品等的干燥尤为适宜。干燥的结果能排出9599%以上的水分， 有利于制品长期保存。制品干燥是在真空条件下进行，故不易氧化。针对部分生化 药物的化学、物理、生物的不稳定性，冷冻干燥已被实践证明是一种非常有效的手 段。随着生化药物与生物制剂的迅速发展，冷冻干燥技术将越来越显示其重要性与 优越性。一、冷冻干燥机的结构与功能简介冷冻干燥机系由制冷系统、真空系统、加热系统、电器仪表控制系统所组成， 详见图1一8。主要部件为干燥箱、凝结器、冷冻机组、真空泵组和加热装置等。公流阀鼓风机油节门I水冷卸油水冷却设罗茨真空泵感温式膨胀阀温水阀n旋片式真空泵制品的冻十是在干燥箱中进行。干燥箱内搁板采用铸铝板制成，两排冷管及热 管浇注其中，分别用来对制品进行冷却和加热。干燥箱顶面装有真空传感器，它将 真空度转变成电讯号，并由电阻真空计直接显示出箱体中小于0.5托（即毫米汞柱） 的压力。箱门四周镶嵌密封橡胶圈，临用前涂以真空脂保证箱体密封。凝结器内部装有螺旋状冷气盘管六组，其工作温度低于干燥箱内制品的温度， 最低可达一60°C。制品升华的水气能充分凝结在盘管上，从而保证冻干过程的顺利 进行。在冻干结束后，可打开凝结器上部进水管路的节门进行冲霜。为了避免水溢 进干燥箱，在凝结器中部装有溢水管，并从底部阀门将水放出。最后再吹热风使凝 结器干燥。机械泵（旋片式真空泵）与增压泵（罗茨真空泵）串接以对真空系统抽空。增压泵在 110托时有较大的拽速，弥补了机械泵在该真空度下抽速较小之不足。罗茨 泵由于转速很高，仅能工作在低压强范围，必须配机械泵作为前级泵，待压强达10 托以下始允许启动，否则由于负荷太重而使机器损坏。在机械泵的进气口安装了一 个带自动放气的电磁真空阀，它与机械泵为同一控制电源，当停泵时，电磁阀门自行关闭，同时向真空泵内放气，既保护了真空系统，又防止泵向真空系统返油。 此外干燥箱与凝结器之间装有大口径真空蝶阀，凝结器与增压泵之间装有小蝶阀及 真空测头，以便对各部进行找漏检查。在制冷系统中，三台4000大卡/小时冷冻机并联使用。根据负荷多少，冷冻机 可以开一台，也可以同时开两台或三台。由水冷凝器出来的高压制冷剂液体（氟利 昂一22），经过干燥过滤器、热交换器及电磁阀到达膨胀阀。膨胀阀也称节流阀，它 能使制冷剂有节制的进入蒸发器。由于冷冻机的抽吸作用使蒸发器内的压力下降， 液体制冷剂吸收环境的热量而迅速沸腾蒸发。低压的制冷剂气体被冷冻机抽回，再 经压缩成高压气体，最后被冷凝器冷却凝聚为高压液体，完成了一次制冷的循环。 干燥箱搁板中的冷气排管以及凝结器都属于制冷系统中的蒸发器，它们是通过两个 不同的电磁阀来供应制冷剂。人工调节膨胀阀的开度，可以使通过的液体氟利昂恰好在蒸发器的末端蒸发完 毕。但随着冷却过程的延续，将会有剩余的液体制冷剂返回压缩机，从而引起液体 压缩而造成对机械的严重危害。实际上冻干机中所用的感温式膨胀阀还可以按照需 要自动调整阀门的开度。在感温式膨胀阀的感温泡内装入液体氟利昂，并安装在蒸 发器的末端，俟该部位冷却后，感温泡内的蒸气压力随之下降，通过毛细管的传感 使膨胀阀顶部气室的膜片上升，顶杆随之带动阀针上移，从而减少了制冷剂的流量。含有一定水分的氟利昂在通过膨胀阀进液小孔时，由于温度骤然下降，会使制 冷剂中水的溶解度降低而析出冰栓，通常在干燥过滤器中使用硅胶脱水，并用金属 网和毛毡作为滤材，以防止膨胀阀小孔冰塞与脏堵。氟利昂一22的蒸发热与蒸发温度有关，每降低10C， 蒸发热约可提高5%， 热交换器利用了从蒸发器返回的部分低压液体氟利昂使冷凝器出来的高压氟利昂液 体事先冷却，这样不仅有助于制冷效率的提高，同时这种热量交换还可促使回到压 缩机的制冷剂恰好达到超热蒸气状态，避免了液体压缩的危险，可谓一举两得。加热装置是由油泵、油箱、电加热器等所组成的一个循环管路。油箱中的仪表 油经电炉丝加热后，由油泵输送至干燥箱搁板中的热排管，对制品进行加温，提供 异华热。当需要降低油温时，可开启冷却水管的电磁阀。控制台则为全机电气仪表控制系统。干燥箱中的各层板温、制品温度、油温以 及凝结器的温度系利用统一型号的铂热电阻与动圈式温度指示仪进行远距离测量。 若将铂热电阻与六点式自动平衡电桥相接，还可实现多点温度巡回检测与记录。板 温的控制则是通过动圈式温度指示调节仪上的定值电接点装置而实现的，当板温全 给定值时，调节仪表即自动切断电热丝和油泵电源，从而维持恒温。在低温自动控 制时，采用另外一种方式，待板温到达预定的温度值，通往干燥箱的电磁阀自动关 闭。电阻真空计的原理见图，19。真空检测器A2是用一根温度系数较大的细金 属丝绕制而成，并固定在一端开口的玻璃管中。当A1与常压相通，可调节W：使 电桥平衡，指示电表指零。当A2接入真空系统，低压强气体的热传导显著减少， 电流通过A1所产生的热量不易散发，致使A。阻值增加，电桥失去平衡，电表指 针偏转的程度即可反映出系统真空度。A1与A2电阻值相同，但前者是固定在封闭 的玻璃管中，以补偿环境温度对A2阻值的影响。 仪器的准确度是靠调节W，来 校正。与1毫安指示电表串接的10欧姆电阻输出010毫伏的标准联络讯号，若与 多点式自动电位差计配合，即可实现干燥箱与泵端真空度的自动记录。当系统内压 强升高到给定的危险值时，设有定值电接点装置的自动电位差计尚能实现自动报警。阁e毒电京定埒坡/煎虎圈经典的麦氏真空计仅适用于永久气体，且有汞蒸气，操作也不方便。电阻真空 计能反映气体的全压，并具有响应时间快和适合遥测等优点，已在近代的冻十机中 广泛应用。二、冷冻干燥的基本原理与实践对冻干制品的质量要求是：生物活性不变，外观色泽均匀，形态饱满，结构牢 固，溶解速度快，残余水分低。要获得高质量的制品，对冻干的理论和工艺应有一 个比较全面的了解。冻干工艺包括预冻结、升华和再干燥三个阶段。合理而有效地 缩短冻十的周期在工业生产上具有明显的经济价值。(一) 最低共熔点及其测定方法溶液的冻结过程并不象水那样简单。图110的MQ与NQ线段分别表示溶液 的冰点下降曲线与溶解度曲线。当组成为y的溶液降温至冰点a时，开始析出水的 冰品。随着温度的继续下降，冰晶析出越来越多，溶液浓度也就越来越高。由于冰 点温度是溶液浓度的函数，因此当温度降低至b时，浓度必然升高至E。当温度降 低至c，溶液的浓度则到达QMQ与NQ分别表示溶液对冰饱和及溶液对溶质饱和， 交点Q的状态必然是冰与溶质同时结品并与溶液成三相平衡。根据相律此时自由度 等于零，只有当溶液全部冻结以后，温度才能继续下降。Q点的温度称为共熔点或 共晶点。共熔点及其相应的组成均为物质的特性常数，而与溶液的起始浓度无关。 例如氯化钠、氯化钙、硫酸铵，它们的共熔点及共熔组成分别为一21.2°C(23.3%)、 55°C : (30%)及一18.3C (39.8%)。虽然多组份溶液的相平衡要比双组份复 杂得多，但其最低共熔点仍然是反映所有溶质与溶剂共同结品的特征温度。在冻结与异华过程中，若制品的温度超越了最低共熔点，部分溶质或全部溶质将处于液相之中。冰品体的异华被液体浓缩蒸发所取代，干燥后的制品将发生萎缩， 溶解速度降低。活性物质由寸：长时间处于高浓度电解质之中，也容易变性。可以 认为，最低共熔点乃是获得冻十最佳效果的临界温度。图1-10 双组份溶液和平衡示彦图最低共熔点是从液相转变为固相的临界温度。溶液全部凝固时，荷电粒子迁移 停止，电导最小；而有少量液体存在时，电导就会显著增加。将电导对温度作图， 就可以方便地求出最低共熔点。图111，112是典型的双组分溶液的电导一温度 曲线。按照相平衡理论，在共熔点时仅有相的变化，而温度是不变的，所以在共熔 点时，电导的变化应该是一垂直于温度座标的线段。实际上由于我们受低温条件所 限，不可能将此实验进行得无限慢，该垂直线往往会出现一个不同程度的曲折。因 此我们取拐点温度Q作为共熔点仍然应该是比较准确的。DDS-HA型电导仪 半导体点温度汁图1-11 6%乳糖溶液的电导-温度曲线图1-12 10%氮化钠溶液的电导-温度曲线用这种实验方法测得氯化钠溶液的最低共熔点为一21. 2°C，与文献报道用相图 方法测得的结果一致。我们又用同样的方法测定了一些常用的生化物质的共熔点见 表 18。一般而言，多组份溶液的最低共熔点将比其中任何一种溶质的共熔点更低。氯 化钠和乳糖混合溶液的电导一温度曲线见图1一13，在最低共熔点时电导的曲折远 不如双组份溶液明显。虽然不同配比的溶液测出其最低共熔点相同，但当氯化钠比 例较小时，电导的曲折现象基本上被掩盖。由此也得到启示，当一种共烙点很低的 物质在处方中占的比例非常小时，它对最低共熔点的影响实际上也是微不足道的。表1-8用电导法测定一些物质的共熔点溶液共熔点。C溶液共熔点C6%甘露醇-0.96%乳糖，10%氯化钠-24.26%乳糖-0.86%ATP-0.73%乳糖，3%甘露醇-0.9ATP,甘露醇，乳糖-0.9氯化钠-21.25%水解明胶-0.510%葡萄糖-36%蔗糖-1测量共熔点可利用低温冰箱或十冰在酒精中气化而获得低温。实验时在制品溶 液中插入电导电极，并在电极正中间插入温度计、半导体热敏电阻或铂热电阻。先 将溶液冻至最低共熔点以下，然后再缓慢升温，并同时记录温度和电导值。降温过 程易于产生过冷现象而不宜采用。本实验也可直接在冻十机中进行。电导电极的导线可在干燥箱侧面的接线柱上 引出，温度则可借助原有的铂热电阻。用这种方法可以测量并监视每一批制品在冻 结或升华时的共熔点，从而加以必要的控制。直读式的DDS-11A型电导率仪是实用的。它输出0土 0毫伏的信号还可接 自动电位差计进行电导一时间曲线自动记录。若再同时配合温度一时间曲线自动记 录，即可经处理而得到电导一温度曲线。（二）冻十过程中热量的传递在冻结过程中，制品热量的转移可以通过传导，对流、辐射三种方式进行。热 量传递的速度取决于界面的温差、传热介质的导热系数与导热面积。在升华干燥过程中，由于气压很低，因而主要依赖固体热传导。搁板的热量传 递给升华面要经过金属板、玻璃容器和制品本身。在较低的压强下，升华面由于不 断带走热量，它的温度可以保持在最低共熔点以下。由于玻璃和冰都属于不良导体， 为了给升华面提供足够的热量，必须将搁板温度提高到一定程度。这样在搁板与升 华面之间，自然就形成了一个温度梯度，如图1“所示。升华面的温度是在冻干过程中重要的参数，可惜无法直接测量，因为它是一个 不断移动的横截面。制品底部的温度也十分重要，因为它最容易超过最低共熔点。 遗憾的是目前测量制品温度还是通用铂热电阻，其高度在20毫米左右，而一般制品 的厚度小于10毫米，如果竖放在制品中，测得结果缺乏代表性。可以利用一广口称量瓶，将铂热1电阻平放并浸在制品中，但测量的结果也仅反映制品的平均温度。图1-14加热升华时.各部位温度示意图（三）制品的冻结溶液速冻时（每分钟降温105q°C）,品粒保持在显微镜下可见的大小；相反， 慢冻时（1C/分）形成的结品肉眼可见。粗品在升华后留下较大的空隙，可以提高冻 干效率；细品在升华后留下的间隙较小，使下层的升华受阻。速冻的成品粒子细腻， 外观均匀，比表面积大，多孔结构好，溶解速度很快，但成品的引湿性相对也要强 些。制品中通常都会含有一定的电解质。在冻结过程中，电解质的浓缩对某些生物 活性物质可能会产生一些变性，有时甚至会引起成品澄明度的变化。冻结对具有生 命的细胞来说影响更为严重。由于破坏了正常的膜平衡，加上细胞内外的冰品对细 胞结构的伤害，往往引起生命的死亡。虽然速冻可以减轻这些影响，但目前的冻干 机尚难以达到这样的要求。此外速冻对提高冻干效率也并不利。对于那些生命活性 物质的冻十主张加保护剂，例如明胶等。近来认为，这种保护剂之所以能起到有益 的作用是由于胶体渗透压使细胞中的水分在冻结以前已被渗出，这样由于冰品体的 形成和电解质浓缩效应所产生的破坏作用，就不是在细胞内，而主要是在细胞外出 现。实践证明这种方法是有效的，并可在还原时基本上不损坏其生命力。制品在冻十机中预冻有两种方式：一种是制品与干燥箱同时降温；另一种是待 干燥箱搁板降温至一40C左右，再将制品放入。前者相当于慢冻，后者则介于慢冻 与速冻之间，因而常被采用，以兼顾冻干效率与产品质量。此法的缺点是制品入箱 时，空气中的水蒸气将迅速地凝结在搁板上。而在升华初期，若板升温较快，由于 大面积的升华将有可能超越了凝结器正常的负荷。此现象在夏季尤为显著。中型冻十机的额定满载为25公斤水，冻结至35C的冰约需3000大卡的制冷 量。将三台冷冻机同时启动，可以加快冻结的速度。制品的冻结处于静止状态。经 验表明，过冷现象常易发生，致使制品温度虽已到达共熔点，但溶质仍不结品。为 了克服过冷现象，制品冻结的温度应低于共熔点以下一个范围，并需保持一段时间， 以待制品冻结完全。据报导，对于某些共熔点较低的溶液可采用“往复冻结”的方法来避免过冷现 象。例如对某一共熔点为一25C的制品，可先慢速预冻到一50C左右，然后使制品 温度回升至共熔点附近（例如一27C），维持3060分钟，最后再降温至一40C。经 过这样的处理，据云还可使制品的晶体结构改组，从而大大提高冻干效率。（四）升华的条件与速度冰在一定温度下的饱和蒸气压大于环境的水蒸气分压时即可开始升华；比制品 温度更低的凝结器对水蒸气的抽吸与捕获作用，则是维持升华所必需的条件。气体 分子在两次连续碰撞之间所走的平均距离称为平均自由路程，它与压力成反比。在 常压下，由于其值很小，升华的水分子很容易与气体分子碰撞又返回到蒸气源表面， 因而升华的速度很慢。随着压力降低至0. 1托以下，平均自由路程将增大10 '倍， 使升华速度显著加快，飞离出来的水分子很少改变自己灼方向，从而形成了定向的 蒸气流。机械真空泵与增压泵在冻干机中仅起着抽除永久气体的作用，以维持升华所必 需的低压强。1克水蒸气在常压下为1. 25升，而在0. 1托时却膨胀为10000升。 普通的真空泵在单位时间内抽除如此大量的体积是不可能的，凝结器实际上却成了 专门捕获水蒸气的真空泵。制品与凝结器的温度通常为广25°C与一60°C。水在该温度下的饱和蒸气压分别 为0。47托与0. 0081托，因而在升华面与冷凝面之间便产生了一个相当大的压力 差。如果此时系统内空气的分压可以忽略，它将促使制品升华出来的水蒸气，以一 定的流速定向地抵达凝结器而结成冰霜。可以这样认为，凝结器的温度决定了这种 “真空泵”的极限真空度，而凝结器的冷凝面积与制冷能力则决定了它的抽气速率。水蒸气的流速与升华面及冷凝面的温度差或压力差成正比，而与蒸气流动时的 阻力成反比。提高制品升华温度或降低凝结器的温度，都有助于升华速度的提高。 但制品允许的最高温度受共熔点所限，而凝结器的最低温度又受制冷剂及机械性能 所限。最有效的措施是合理地加大凝结器的冷凝面积与制冷能力，以增加凝结器在 单位时间内捕捉水蒸气的重量，从而可以使制品保持在最低共熔点以下，并加快升 华的速度。设25公斤的制品在5小时内基本升华完毕，则每小时约有3500大卡的 热量在冷凝面上释放。应考虑到冰为传热的不良导体，会影响到凝结器实际的效率。制品升华后表面留下的十壳层本身就是二种对于蒸气流动的阻力，其数值决定 于干壳的厚度和结构，并与制品的浓度及成分有关。干燥箱与凝结器间的联结设计 得短而粗，并接一大口径蝶阀以减少管道的阻力。冰的升华热约为6 了 2卡/克。如果在升华过程中不供给热量，那末制品只有 降低内能来补偿升华热，直至其温度与凝结器温度平衡后，升华也就停止。为了保 持升华面与冷凝面的温度差，必须对制品提供足够的热量。（五）冻十的程序与冻十曲线的分析分装制品的容器放入与冻干箱尺寸相适应的金属盘内。在进箱以前宜等待药液 泡沫消失。根据需要俟干燥箱降温到一35 C左右，将制品迅速放入；或者将制品装 箱后再行降温。将测量制品温度的铂热电阻安置在1 /，2瓶有代表性的样品溶液中， 并放在对着观察孔的位置，便于在过程中监视制品的温度和干燥的进行情况。也可 放对照的等量和倍量样品溶液作参考。待产品达到一35C左右，再恒温12小时， 以保证箱内全部制品冻结完全。在抽真空以前，凝结器需要事先降温互一 50C以下，以免水分污染真空泵。首 先开启旋片式真空泵，待真空度达到10托以下，再启动增压泵。一般在半小时内即 可使真空度达到0。1托左右，便可对搁板进行加热，冻结的制品随之开始大量升华， 箱内压力也可见到有些上升。在升温的第一阶段（即大量升华阶段），制品温度要低 于最低共熔点一个范围，因此板的升温应加以控制。若制品已经部分干燥，但温度 却超过了最低共熔点，此时融化的液体组成将如图土一10所示落在E点的位置，即 它对冰饱和，但对溶质却未饱和，因而已干燥的溶质将迅速溶解进去，最后浓缩成 一：薄层僵块，外观极为不良，溶解速度很差。若制品的融化发生在大量升华过程 的后期，则由于融化的液体数量较少，因而被已干燥的多孔性固体所吸收，造成冻 干后的块状物有所缺损，加水溶解时仍能发现局部溶解速度较慢。还应指出，如果在预冻过程中制品没有冻结完全，则在升华干燥前期冻块往往 软化，产生气泡，并在表面形成粘稠状物，从而影响升华干燥继续有效地进行。在 大量升华过程中，虽然搁板和制品温度有很大悬殊，但由于板温、凝结器温度和真 空度基本上不变，因而吸热升华比较稳定，制品温度保持恒定。随着制品自上而下 层层干燥，冰层升华的阻力逐渐增大，制品温度相应也会有些小幅度的上升。直至 用肉眼已见不到冰品的存在，此时90%以上的水分已经除去。大量升华的过程至此已 基本结束，即使温度上升至最低共熔点以上，制品也不致发生融化。为了确保整箱 制品大量升华完毕，板温仍应保持一个阶段再进行第二阶段的升温。剩余百分之几的水分称为残余水分，它与自由状态的水在物理化学性质上有所 不同。残余水分包括了化学结合之水与物理吸附之水，诸如化合物的结品水，蛋白 质通过氢键结合的水以及固体表面或毛细管中吸附的水等。由于残余水分受到种种 引力的束缚，其饱和蒸气压则呈不同程度的降低，因而干燥速度明显下降。虽然提 高制品温度可以促进残余水分的气化，但若超过某一极限温度，生物活性也可能会 急剧下降。保证制品安全的最高干燥温度需要由实验来确定。通常我们在第二阶段 将板温控制在+30°C左右，并保持恒定。在这一阶段初期，由于板温升高，残余水 分既少又不易气化，因此制品温度相对上升较快。但随着制品温度与板温逐渐靠拢， 热传导就变得更为缓慢，需要耐心等待相当长的一段时间，制品温度才能与板温重 合（或相差1C以内），表示水分已很少或难以再蒸发，告知冻十的终点已经来临。实 践经验表明，残余水分干燥的时间与大量升华的时间几乎相等，有时甚至还会超过。 即使这样，对于某些蛋白质的结合水有时还是很难去尽。将板温与制品温度随时间的变化记录下来即可得到如图115所示的冻十曲 线。如果采用自动平衡电桥，则完整的冻干曲线就可连续地自动描绘出来。比较典型的冻十曲线系将板升温分为两个阶段（见图115）：在大量升华时板温 保持较低，根据实际情况，一般可以控制在一10°C至+10°C之间；第二阶段则根据 制品性质再将板温适当升高。此法适用于共熔点较低的制品。若对制品的性能尚不 甚清楚，机升华面出气不畅，而将上部的干燥层顶裂所致。凝结器制冷能力的下降 会使它本身温度很快上升，系统内的压力将随之升高。由于升华速度相应下降，制 品也可能发生融化。真空度下降的趋势应该引起警惕和重视。果断的措施是立即停止加热，必要时 甚至可对制品降温。在先进的冻干机中设有真空度自动报警及控制装置，当系统的 真空度下降至给定的限度值时，会发出光、声信号并能自动关闭加热系统。系统总 压力究竟应该保持在什么水平上才能获得最佳冻干效果，一直是人们感兴趣的问题。 单纯追求较高的真空度（0，05-0. 1托），实际上不一定获得裨益。提高系统的真空 度固然可以增加分子平均自由路程，从而有利于升华，但由此而引起的热传导效果 降低以及气体过度膨胀等因素却反而会使升华速度减慢。冻干的最适压力似乎还很 难用定量的方法来计算，但近代的实践表明，0. 20. 3托看来是最合理的真空度。 在此压力范围之内，气体的热传导变得显著起来，升华效率可以提高。现代的冻十机还配备有自动调压装置。自干燥箱一侧，即离真空泵的最远端充 入无菌干燥惰性气体或空气，充气量多少则借助真空测量控制仪表进行监视与调节， 使箱内气压能够保持在所要求的水平范围。此法既可提高气体热传导效果，又可在 升华表面形成定向的切面气流，将升华的水蒸气推向凝结器，因而有效地提高了升 华速度。（七）制品的厚度和容器无论是用瓶子或盘子进行冻干，制品厚度应加限制。液体过厚会使固相层的热 传导速度降低，降温过慢，升华的阻力增加，制品底部易于融化，直接影响产品的 质量和冻十周期。为了在18小时左右完成大量升华和再干燥，产品厚度不宜超过 12毫米，最多不应超过15毫米。500毫升冻十专用的输液瓶比一般盐水瓶瘦长些， 可以冻干200毫升的制品（如血浆）。事先用旋冻机的电机直接带动输液瓶，在一30 一一40C的冷酒精浴中垂直高速旋转，制品受离心力的作用在瓶壁上迅速冻结成壳。 也可使用壳冻机，它将输液瓶置水平的滚轴上缓缓转动，制品与冷酒精浴不断接触 而冻结成壳。然后再放在金属外套中，进冻干机直立或平卧升华干燥。安瓿或青霉 素瓶亦可采用专门的设备整盘旋冻以增加升华面积。在盘内装冷盘管，并通过风扇 提高热交换效能，通过盘子的缓慢旋转使制品冻结并形成一抛物面的壳形升华面。 调整转盘的角度可使升华面有不同程度的增加。用盘子散装冻十时，用金属片适当 分格，可以提高热传导效率。将浓度调整在合适的范围以内，并适当减少制品的厚度，能明显缩短冻十周期。 若制品的厚度适宜，则采用直径小的容器可提高'冻十机的装量。浓度、厚度和瓶 身直径三因素统筹考虑，可以寻求最短的冻十周期与最高的生产效率。安瓿在冻干 过程中底部有时会破裂，可能的原因是制品在冻结过程中体积膨胀，以及安瓿本身 有应力，耐受不了温度的骤然变化。宜采用较厚玻璃的安瓿，尤其要避免薄底，在 升华阶段初期要注意逐渐加热。青霉素瓶虽然价格较高，但分剂量制剂尚必须应用。 此外这种容器在加塞以后还可以插入细针来抽除瓶内气体便于真空保存。值得介绍 的是，国外先进的冻十机可在箱内自动真空加塞。在装箱以前把胶塞如图1-16所 示那样塞入一部分，露在瓶口外部的凹槽便成为气体升华的通道。冻干结束以后， 在真空状态下（或放入干燥的惰性气体），通过油压装置使干燥箱的搁板自下而上移 动，胶塞便全部进入瓶口。图1-16带凹槽的橡皮塞(八) 药液的浓度与冻十制品的附加剂人们曾设想用提高药液浓度来减少制品厚度，以缩短冻干周期，但这并不能在 任何情况下都如愿以偿。过高的浓度使干燥层孔隙变小，升华阻力增大，并且使制 品易于融化。按照相平衡中的“杠杆原理”，溶液浓度越高，在超过最低共熔点时液 体占的比例越大。若溶液浓度很小，则虽然制品局部的温度超过了最低共熔点，但 由于融化的液体数量相对很少，也不致产生明显的不良影响。此外浓度过高，还会 给药液过滤和灌注带来困难。过低的浓度能增大干燥层的空隙，并使产品疏松，但 引湿性太强，欲保持较低的残余水分也比较困难。此外由于比表面积过大，促使制 品容易萎缩，干燥后的成品也缺乏一定的机械强度，一经外界振动，极易分散为粉 末而沾附瓶壁，不仅外观不良，使用也成问题。经验表明，425%是浓度的限度范 围。若低于4%，最好加入一些赋形剂。曾见有应用针入度计(Needle Penetrometer) 测量冻干制剂结构强度的报导，作为生化药物的理想赋形剂应具备纯度高、能参与 机体正常代谢、无毒、无抗原性，热原易去除、引湿性小、共熔点高、冻干后的外 观洁白细腻和价廉等特点。常用的赋形剂有乳糖、甘露醇及水解明胶等，其共熔点 都较高，见表18。乳糖的特点是成品外观洁白均匀，有一定的结构强度，但引湿性较高。常用浓 度为36%。甘露醇的缺点是成品外观粒度较粗，性脆，但其可贵之处为引湿性很 小。常用乳糖与其配伍，可以取长补短，不仅外观洁白均匀美观，引湿性也比较小。 乳糖与甘露醇的配比可为1： 1，赋形剂总浓度为36%。水解明胶的优越性是外形呈相当细腻而美观的海绵状固块，对某些生化制剂可 能还会起到一定的稳定作用。也常与甘露醇配伍使用，以克服其本身的吸潮性。8.5% 葡萄糖可减轻痛感，用作赋形剂也有其独到之处。各种赋形剂可事先配成较高浓度 的储备液，经活性炭加热处理后，过滤灌封在盐水瓶中灭菌备用，并检查热原。生物制剂处方中的保护剂与稳定剂实际上也可起到基质的作用。冻十剂型中使 用的防腐剂应该是低挥发性的固态物质，例如硫柳汞或对羟基苯甲酸酯类的高效混 合物等(16)。临床上溶解冻干制剂常用注射用水或等渗氯化钠注射液，制剂溶解后 的渗透压在设计处方时也应酌情考虑。制品中不宜使用钙盐，因为氯化钙的共熔点 太低，氯化钠如果不是必需也不宜使用。(九) 成品的含水量冻十结束以后，成品残余水分低于2%一般并不困难。但由于冻干制品引湿性 强，若事后操作不慎仍有可能使水分增加，为此应注意以下问题。1. 干燥箱应放入干燥空气，若制品不要求无菌，可直接由凝结器底部的阀门缓 缓放气，这样通过凝结器捕捉水分可获得相当干燥的空气。若要求无菌条件，则可 将空气先经过浓硫酸、高锰酸钾溶液和灭菌甘油洗涤后，再通过灭菌变色硅胶柱脱 水后进入干燥箱的放气阀。空气也可先用硅胶柱脱水，再经过滤空气用的石棉板或 药棉除菌过滤后进入干燥箱。2. 冻十成品出箱时的温度应比室温稍高，若低于室温则水分很易凝聚在制品上。3. 干燥箱门一经打开，若制品不能在短时间内熔封完毕，剩余部分可留箱中， 并用一小型真空泵抽空保存。必要时可暂存于装有无菌干燥剂的容器中。较为理想 的方法是利用无菌空气调节装置使环境湿度降低至70%以下。残余水分较高时，制 品在贮存期间易逐渐萎缩，对生物稳定性不利。但对某些产品，若水分过低也可能 会发生龟裂现象。检验冻十制品的水分要特别注意环境的湿度，可以在一个密闭的 放有干燥剂的小型操作柜内进行。化验方法除真空干燥法外，用简便的卡尔一费休 法测得的结果也可供参考。(十)无菌问题冻十机结构比较庞大，通常仅将干燥箱箱门开向无菌室或无菌走廊。一般常用 酒精擦拭箱体，若采用环氧乙烷灭菌，则效果更佳。贮存制品的铝盒应加盖避菌。 铝盒四周钻孔可供水蒸气流通。考虑到无菌冻十操作不易十分严密，也可事先用灭 菌绸布23层将铝盒包扎再行冻干。实践证明，这种方法虽然对冻千周期稍有延长， 但避菌效果可靠。冻干结束后放入无菌空气的速度宜缓慢均匀，可减少制品染菌的 机会。(十一)澄明度与试漏灯检冻干制剂的澄明度检查不象水针剂那样可以直接观察。瓶口一经打开，检查结 果就不十分可靠。为了提高药品质量，澄明度可在冻十前抽样检查，安瓿的澄明度 更应事先控制。冻干品可应用真空箱试漏，最后放入颜色水以检出漏针。若用酒精 色素溶液检漏，可以快十。灯检时剔出焦头、漏气、黑点、色块，外观不良、装量 异常者。参考文献(1)L. 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