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# 流程
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## 预冻
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预冻是冷冻干燥的第一步，在预冻过程中，预冻速率、预冻温度和预冻时间是影响后面过程的主要因素
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一般来讲，冻结速度的快慢对冻品和产品有一定的影响，相对比较而言，冻结速度快，则晶核多，晶型小，冻品结构均一，生化速度快，产品的外观细腻，易于保持原有的结构，且复水性好；冻结速度慢，则晶核少晶型大，冻品结构的均一性差，升华速度快，但动感后产品的外观较粗糙，表面常有一层薄膜或硬壳，同时，由于机械效应和溶质效应，生物药原有结构易受破坏，而且复水性差
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冻结速度对冻干过程的影响比较复杂，需有实验优化一个合适的冻结速度，并以此来选择冷冻的方法和冷冻的工艺参数
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预冻温度必须低于制品的共晶点温度，根据预冻的方法不同而略有差异，一般来说，搁板温度应低于蛋白制品共晶点5~10℃。各种生物制品的共晶点温度是不同的，同一生物制品而不同浓度的制品的共晶点温度也会有所不同。需要进行严格的测试才能得到
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预冻所需的时间要根据不同的具体条件来确定。总的原则是，应是制品的各部分完全冻牢。通常冻干箱的搁板从室温25℃降到-40℃约2~3小时。在达到预冻温度后再保持1~2小时，确保整箱全部制品完全冻结。预冻时间仅是个经验值，根据冻干机不同，总装量不同，物品与搁板之间接触不同，预冻的时间会有差异。具体预冻时间可由实验测得
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预冻在冷冻干燥中起着至关重要的作用，因为它决定了冰晶的形态和晶粒尺寸分布，成核是冻干循坏，冷冻过程中最重要的阶段（见下图：成核机制）
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一般来说，自然成核是随机的，其持续时间很长（30min）。介入成核可以控制这个过程并且选择在最佳的条件下完成此过程，介入成核（瞬间预冻）是目前预冻阶段最新以及最前沿的技术。通过此种方法，可以大大提高批次和批间产品的均一性、缩短一次干燥时间、缩短产品产品重建时间等。通过介入成核，可以做出大晶体，从而使得一次生化速度更快。一次干燥时间更短。另外通过介入成核，使得同一批次产品晶体大小更加均一（一次干燥的冻干终点，是等同一批次产品，最后一瓶样品的自由水升华完成，方可判断一次干燥的终点）从而使得一次干燥终点更加提前（见下图自然成核与介入成核的比较）
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### 预冻工艺常见造成的问题
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产品脱落断裂、掉粉
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产品放置一点时间后功效下降
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产品特性，容易在表面形成玻璃态，内部出现了塌陷现象，水分不容易出来
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液面较高，冻干周期较长
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包材热传递系数低，导致穿透共晶区间时间较长
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在确认配方没有问题的情况下，就需要从冻干工艺曲线来调整，调整工艺曲线最重要的一部分就是：退火
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退火是在预冻过程中，最常用的操作方法。通过退火操作
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能让晶体比例增加使得一次干燥阶段产品温度可以提高，升华速度提高一次干燥时长缩短
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能提高产品的塌陷温度
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同一批次物料，晶体大小更加均与
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批间差异更小
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破瓶现像将会减轻
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在某种情况下，防止“结壳”形成，由于“重新溶解”高粘性的间质浓缩基质
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未退火蛋白冻干Cake与退火蛋白冻干Cake微观电镜比较
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但退火会让预冻阶段的时长延长
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### 预冻的伤害
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预冻会对细胞和生命产生一定的破坏作用，其机理非常复杂，一般认为预冻过程中水结冰所产生的机械效应和溶质效应是引起生化药品在冻干过程中失活或变性的重要因素
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#### 机械效应
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机械效应是细胞内外冰晶生长而产生的机械应力引起的，特别是对有细胞膜这样的生命体影响较大，一般冰晶越大，细胞膜越容易破裂，从而造成细胞的死亡，冰晶小，细胞膜的损伤小。冰晶的大小也影响干燥速率和干燥后产品的溶解速度和产品质量。大的冰晶利于生化，小的冰晶不利于升华；大的冰晶溶解慢，小的冰晶溶解快；冰晶越小干燥后越能反映产品原来的结构
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冷冻过程中冰晶的数量和大小受成核速率和晶体生长速率的影响。在0℃时晶体的生长速率增加，而成核速率很低，因此在0℃保持一段时间将产生数量少而尺寸大的晶体，在低于0℃以下温度冻结时将得到数量多而尺寸小的晶体
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#### 溶质效应
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通常我们的制剂有多种物质组成，制剂中的水会先开始结晶，冰晶的生长使得溶质逐步析出造成溶液的浓缩，即电解质的浓缩，而蛋白质对电解质的浓度是很敏感的，电解质浓度的增加会引起蛋白质的变形，而生命体是由蛋白质组成的，蛋白质的变形会引起生命体的死亡，电解质浓度增加也会引起细胞脱水死亡。这种溶质效应在某一温度范围明显，这个范围的水的冰点和该液体的固化温度之间，如果能以较高的降温速率越过这一温度范围，则溶质效应产生的影响就能减少
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#### 机械效应和溶质效应的解决措施
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预冻采用速冻法，先将搁板温度降至-45℃，再放入细胞产品急速冷冻，形成细微冰晶，使其来不及产生机械效应
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选用缓冲剂时要选用溶解度相当的缓冲配对盐
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加入产品保护剂
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## 预冻综述
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预冻是冻干工艺最重要的步骤，也是产生问题最多，最难控制的阶段
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对批次、批间产品的均一性有很大影响
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若预冻没有冻好，产品冻结不实，再进入第一阶段升华干燥时，产品可能出现“沸腾”现象而引起喷瓶，或冻干后制品表面凹凸不平，影响外观
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如果冷的过低，则不仅浪费能源和时间，而且因为机械效应和溶质效应作用对某些细胞产品还会降低存活率问题
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# 冻干机
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从冻干机理来看，冻干机无非就是一种两台大冰箱加一个真空泵的结构。其中一个冰箱首先负责把药品冻成冰块，然后开动真空泵营造一种低真空的环境。在此减压环境下，物体的沸点、熔点等热常数都相应降低，因而，箱内的药品轻微受热后即能在低温条件下从固体升华为气体。这些气体随即流向另外一个大冰箱，被捕捉下来重新凝结成冰块。当药品的水分完全抽干以后，便完成了一个冻干过程
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冻干操作中最为关键的环节当数对制品共熔点（或共晶点）温度的把握。如果能够在制品温度上升到共熔点之前把大部分的水分抽去，那么成功也就为期不远了。所谓共熔点，就是溶液全部凝结的温度。
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常用的共晶点测量仪器主要是基于相变过程中电阻率突变的原理来制作的。但不少品种对共熔点（或共晶点）温度的要求并不需要过于精确，一般来说，我们可以在预冻阶段通过视窗来观察制品性状的变化来获得。当制品开始结冰的时候，浸入制品中的电热偶所探测到的温度会突然回升，这是因为结冰过程的放热现象所造成的。这时候，我们录得的温度就大致接近于共熔点（或共晶点）温度。
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在共熔点（或共晶点）之前抽去90%以上的水分的过程在专业术语上称为一次干燥期。判断一次干燥结束的时间也是比较重要的。过早或过晚判断，都会造成冻感、干品质的降低或能量和时间的消耗。
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最直观的方法，是根据制品的形状来判断。一次干燥后期，大部分水分被抽去。就好象随着洪水退去，墙面的水线不断下降一样，我们可以观测到制品上面也有一条水线不断下降，直至消失。水线消失，也就意味着一次干燥即将结束了。第二种方法，可以根据箱内压力的变化趋势来加以判断，当大部分被抽去以后，箱内的压力将不断下降，直至呈现线形。第三种方法，可以根据制品温度的变化来判断。当大部分被抽去以后，我们会发现，制品的温度与搁板的温度会越来越接近。
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为了缩短干燥时间，除了可在预冻阶段的晶形做文章以外，还可以在升华阶段适当地掺入气体，使真空值在一定范围内波动（一般不宜超过30Pa）。这种办法使热传递方式不再是靠热传导来主打，还增强了热对流的方式，加快了水分解析的速度，每每奏效。
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二、预冻速率
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我服膺于这样一种说法，即，预冻过程在很大程度上决定了干燥过程的快慢和冻干产品的质量。
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通常介绍冻干理论的书籍都会提到，降温速率越大，溶液的过冷度和过饱和度愈大，临界结晶的粒度则愈小，成核速度越快，容易形成颗粒较多尺寸较小的细晶。因而冰晶升华后，物料内形成的孔隙尺寸较小，干燥速率低，但干后复水性好；相反，慢速冻结容易形成大颗粒的冰晶,冰晶升华后形成的水气逸出通道尺寸较大，有利于提高干燥速率，但干后复水性差。
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这样说当然没有错，可是不要忘记，这种理论是在受热均匀的前提下得出来的，然而我们厂里的医药冻干机所提供的冻干条件却没有这么理想，所谓快冻慢冻，可不是导热油降温快慢一句话可以了得的。相对而言，我还是比较赞成医药网络论坛丁香园战友tinybayonet的提法。他把快冻慢冻分为以下几类：1、板温降得较快，且板温比品温低很多，则制品底部先冻结产生结晶，但上部液体仍较热，所以不至于瞬间全部结晶，结晶会缓慢生长，就得到了慢冻的效果。2、板温降得较慢，板温与品温相差不大，则制品整体均匀降温，并形成过冷，当能量积累足够时，瞬间全部结晶，得到了快冻的效果。3、板温降得很慢，并在低于共熔点的适宜温度保持（或缓慢降温），则制品形成较小的过冷度，液体中先出现少量结晶，继续降温结晶生长，得到大结晶，这即是真正的慢冻。4、制品浸入超低温环境（如液氮），整体瞬间结晶，形成极细小的晶体（或处于无定形态），这即是真正的快冻。对于tinybayonet提到的这几种现象，我都在试验过程中发现过，因此，我还是比较赞成这种划分方法的。
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更何况，企业大多数情况下还是采用瓶冻的冻干方法的，瓶冻的受热不均匀现象就更明显了。根据对瓶装制品搁板预冻过程的研究，样品初温越高，样料液上下部分的温度梯度越大，冰晶生长速度越慢。溶液若慢速降温，则形成冰晶比较粗大，冰界面由下向上推进的速度慢，溶液中溶质迁移时间充足，溶液表面冻结层溶质积聚也就多。因而导致上表层的溶质往往较多，密度较高，而下底层密度较小，结构疏松。同时，在不同的预冻温度下冻结的样品，干燥后支架孔径人小有明显差异。预冻温度愈低，支架孔隙直径愈小。这种分层现象，在骨架差的制品上体现得最为明显，或者底部萎缩，或者中间断层，或者顶部突起，或者顶部脱落一层硬壳，不一而足。
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为了瓶冻分层的现象，在实践中，有人提倡使用三步法，即将样品从室温先冷却至样品的初始冻结温度；停止降温过程，使样品内温度自动平衡，消除其内的温度梯度；然后再迅速降温，由于此时样品整体温度离结晶温度较近，且样品在冻结过程中，样品温度下降较慢，故样品在冻结过程中温度梯度会相对较小，冰晶生长速度必相对较快。如此，便提高了预冻速率，解决了溶质聚集在上层的问题。不过，并不是所有的品种使用了三步法后都能取得明显效果的。
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三、溶媒结晶品和冻干品的优劣
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商务部有位同事曾经问我，溶媒结晶品和冻干品，孰优孰劣？我当时都不知道如何回答。在我看来，很难一言以蔽之。
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理论上，冻干品中的活性成分以结晶态或无定形态（非晶态）的形式存在。一般对于抗生素来讲，以晶态存在时，具有更高的稳定性。在储存过程中，无定形态总有向晶态转变的趋势。因此，我只能说在许多情况下溶媒结晶的抗生素类稳定性可能要好一些。不过，这种差别有时候不是特别大，而且溶媒结晶品的价格可能数倍冻干品，两相权衡，有些人还是会选择冻干品的。
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只是，我有一点困惑。理论上，晶态结构的溶解性要比无定形态差，可是有人研究发现，对于某些抗生素药物，溶媒结晶品的溶解性优于冻干品。关于这种现象，我一时间找不到理论支持，甚为困惑。
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至于生物类制品就不一定欢迎结晶态了，因为冻结过程中冰晶的生长会对组织和结构造成损坏。顺便提一下，非晶态材料主要有金属、无机物和有机物三类。玻璃态原来专指硅酸盐类的无定形态，可是后来泛而用之，所有的无定形态（非晶态）也称为玻璃态了。
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四、关于澄清度和可见异物
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有位第四军医大的网友包老师，很喜欢跟人切磋冻干问题。他认为，浑浊、乳光或可见异物的出现与不溶性微粒的大小有关。小于10nm的微粒才是清澈透明的；当微粒大于100nm时，微粒出现在溶液中,可以引起浑浊；在10-100nm范围内，产生光散射，就可以观察到乳光、浑浊；微粒再大一些，就有沉淀和结晶析出了，这就是μm级的了。
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我不知道他这种说法出处在哪，可是根据我自己的体会，我是赞成的。
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至于形成微粒的原因，林林总总。聊举数例，点到即止。
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1、配料工艺。
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如配料的水温、加料的顺序、活性炭的吸附时间和温度、料液放置时间，等。
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2、物料稳定性
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有的原料存在多晶型，不同晶型的稳定性是不一样的；有的原料对温度敏感；有的原料对pH敏感；有的原料对氧化敏感，等。不稳定性物质的分解物很可能就是异物的来源。
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3、料液性质
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料液的浓度是个很重要的因素，这个恐怕不需要强调了。
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此外，对于料液的
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pH稳定性也要给予足够的重视。比如，使用缓冲对时，分析课本上的三大原则要谨记：pka尽量接近于pH，尽量使缓冲比接近于1，浓度适当地大。
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4、辅料性质（如挥发性等）
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最明显的就是盐酸、碳酸氢钠等例子。
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5、预冻
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关于快冻、慢冻等老生常谈的话题不提也罢，倒是反复预冻有点意思。反复预冻可以减小由于成核温度差异造成的冰晶尺寸差异及干燥速率的不均匀性，提高干燥效率和制品均匀性；强化结晶，使结晶成分和未冻结水的结晶率提高。大家可以在实践中揣摩一下它的妙处。
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6、升华
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升华速度和温度对澄清度会有影响，我了解到的情况主要有以下两点。
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第一，主要是一次升华期。如果率先干燥的上层物料温度上升得过快，达到坍塌温度时，多孔性骨架刚度降低，干燥层内的颗粒出现脱落，会封闭已干燥部分的微孔通道，阻止升华的进行，使升华速率减慢，甚至使下层部分略微萎缩，影响制品残留水分的含量，导致复水性、稳定性和澄清度同时变差。
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第二，主要是二次升华期。小晶体由于具有很高的表面能，在热力学上是不稳定的，尤其是快速冷却过程中形成的小冰晶，在加热时有可能会发生再结晶，小冰晶之间相互结合形成大冰晶，使其表面积与体积之比达到最小，而大冰晶使冻干品外观不好，复水性差。因此，过高温度或过长时间地升华或保温，有时候会对某些品种不利，最明显的例子就是澄清度不合格。
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7、制品成型性、残留水
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有的品种，不怕空气，就是怕温度或水分。一旦获得了水和温度，变化就很迅速了。
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8、真空、充氮
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有没有抽真空，有没有充氮，能否将制品与氧气彻底隔离起来，避免缓慢氧化，有时候显得格外重要的。
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9、内包材。
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最常见的例子就是胶塞。
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胶塞不仅可能吸附主药，还可能含有许多助剂，比如硫化剂。
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丁基橡胶药用瓶塞的生产过程中少不了硫化。在其硫化过程中，不同的硫化体系，其生成的交联键型和可迁移物质的不同，这样胶塞在储存、高温消毒、药品封装中，低聚物的迁移性分子键联的稳定性均不同，从而影响药物的相容性。
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此外，在瓶塞的生产、加工，
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包装、储运等过程中，均不可避免地会发生瓶塞与设备之间，瓶塞与瓶塞之同曲摩擦，这些摩擦不可避免地产生了微粒。因此，作为制剂企业，如何避免胶塞清洗过程中的过多摩擦，也是车间技术人员需要注意的地方。
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还有瓶塞的透气性，透水性易造成对水份敏感的制剂吸潮变质。作为制剂厂，我们至少要保证清洗以后的胶塞能得到良好的烘干。
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10、结晶原理
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无论是小水针还是冻干品，都经常听见谁在求助某某品种出现澄清度或可见异物不合格。我猜想，有一部分原因可能与结晶有关。一般来说，浓度较高的料液中的可溶性粒子都具有成为结晶理论中的核前缔结物的可能，当具备一定的形成结晶的条件时，这些核前缔结物就会不断合并，形成晶核。晶核一旦产生，晶体就生长起来了。
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结晶原理告诉我们，无论是晶体生长线速率，或是晶体生长的质量速率，都取决于溶液的过饱和度或熔体的过冷度，取决于温度、压力、液相的搅拌强度及特性、杂质的存在等。
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（1）搅拌能促进扩散加速晶体生长，但同时也能加速晶核的形成。
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（2）温度升高有利于扩散，也有利于表面化学反应速度提高，因而使结晶速度增快。
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（3）过饱和度增高一般会使结晶速度增大，但同时引起黏度增加，结晶速度受阻。
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（4）至于杂质，其作用机理则是比较复杂的。下面重点阐述：
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无机的和有机的可溶性杂质，可以对过饱和度、新相晶核形成以及晶体生长产生很大的影响。这些作用的机理也许是不同的，它既取决于杂质和结晶物质的性质，也取决于结晶的条件。
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当杂质存在时，物质的溶解度可能发生变化，因而最终导致溶液的过饱和度发生变化。溶解度变化的原因可能不同，既可能是出现盐析效应，溶液的离子力作用，也可能出现化学相互作用。
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杂质也可能与所生成的新相晶粒直接作用。可能是杂质粒子直接参与核前缔合物的长大过程，也可能吸附于结晶中心的表面上。同时，成核的速度可能因此而减慢，也可能加快。
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杂质还可能导致结晶物质的晶形的变化，具体地说，导致晶面大小比例的变化。举例来说，从不含杂质的氯化铵溶液中结晶得到的是数枝状晶体，但是在含有杂质的氯化铵溶液中，树枝状的晶体分解为单独的箭形和十字形的连生体，甚至渐变为荷叶形、玫瑰花瓣形晶体，至于最终变成哪种形状的晶体，取决于杂质的浓度。晶面形状开始发生变化时的杂质浓度，称为限界浓度。（注意：晶形不同于晶体型，晶形的变化是指晶面大小比例的变化，晶面大小比例的变化无论如何也不会影响晶格结构，也就是晶型，无论晶面形状发生什么变化，晶格结构都是一样的
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一、冷冻干燥过程研究
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真空冷冻干燥是先将制品冻结到共晶点温度以下，使水分变成固态的冰，然后在适当的温度和真空度下，使冰升华为水蒸气。再用真空系统的冷凝器(水汽凝结器)将水蒸气冷凝，从而获得干燥制品的技术。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。
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1 产品预冻
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1.1 制品的玻璃化
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玻璃化的作用。近年来，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，由于这种非晶体结构的扩散系数很低，故在这种结构中分子运动和分子变性反应非常微弱，不利的化学反应能够被抑制，从而提高被保存物质的稳定性。
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玻璃化的获得。在产品预冻时，只要降温速率足够快，且达到足够低的温度，大部分材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通过结晶区而不发生晶化，“足够低”指的是必须把温度降到玻璃化转变温度Tg以下。
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对于具有一定初始浓度的细菌制品，其预冻过程一般通过“两步法”来完成。第一步是以一般速率进行降温，让细胞外的溶液中产生冰，细胞内的水分通过细胞膜渗向胞外，胞内溶液的浓度逐渐提高；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”。
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当初始浓度为A的溶液（A点）从室温开始冷却时，随着温度的下降，溶液过冷到B点后将开始析出冰，结晶潜热的释放又使溶液局部温度升高。溶液将沿着平衡的熔融线不断析出冰晶，冰晶周围剩余的未冻溶液随温度下降，浓度不断升高，一直下降到熔融线(Ta)与玻璃化转变曲线(Tg)的交点(D点)时，溶液中剩余的水分将不再结晶(称为不可冻水)，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周围，形成镶嵌着冰晶的玻璃体。
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1.2降温速率与预冻温度
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预冻速度决定了制品体积大小、形状和成品最初晶格及其微孔的特性，其速度可控制在每分钟降温1℃左右。
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对结晶性制剂而言，冻结速度一般不要太慢，冻结速度慢虽然便于形成大块冰晶体，维持通畅的升华通道，使升华速度加快，但如果结晶过大、晶核数量过少、制剂的结晶均匀性差，也不利于升华干燥。对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，使包裹在其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快。因此，溶液的最佳冷冻速度是因制剂本身的特性不同而变化的。如蛋白多肽类药物的冻干，慢速冻结通常是有利的，而对于病毒、疫苗来说，快速降温通常是有利的。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℃/min降到-15℃，然后以4-5℃/min降到-79℃，这一程序与前面所提及的“两步法”是一致的。但也有降温更慢和更快的事例，如红细胞和仓鼠细胞的最佳冷却速率超过50℃/min，而保存淋巴细胞的降温速率只有0.1℃/min。
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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，使其全部凝结成固体；对于许多溶液，它们的玻璃化转变温度一般要比共晶点低10-30°。至于预冻的最终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。对于具有类似膜结构或活性成分制品的冷冻干燥，应尽量使其最终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，保证冷冻完全；多数疫苗的共熔点在-15℃到-20℃之间，因此预冻温度要在-25℃到-40℃。目前最常用的一种冷冻方法是冻干机板层冷冻。
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2一次干燥
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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，使其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，则可认为一次干燥已完毕，此时制品温度迅速上升，接近板温，制品中最初水分的90%以上已被除去。
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2.1一次干燥中制品温度的控制
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在升华干燥过程中，制品吸收热量后所含水分在真空下升华成水蒸气，消耗大量热能，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（低于产品塌陷温度尤其是共熔点温度）下进行，因此板层温度一般在-10～-3℃之间。如果温度过高，会出现软化、塌陷等现象，造成冻干失败；如果温度过低，不仅给制冷系统提出了过高的要求，而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，一次干燥的最大许可温度由制品的相变温度或共晶温度决定，但更一般的情况下，预冻的制品中都有一定份额的无定形态，故应当将冻干的一次干燥过程控制在Tg以下进行。
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在干燥过程中，如制品干燥层温度上升到一定数值时，其部分干燥物质所形成的多孔性骨架刚度降低，干燥层内颗粒出现脱落，直至骨架塌陷，造成已被干燥部分的微孔通道被封闭，阻止升华的进行，使升华速率减慢，最终可导致冻干产品的残余水分含量过高，产品的复水性与稳定性差。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特有的特征温度，是由制品材料及干燥层的多孔性结构所决定。有人认为，在多数情况下，塌陷温度Tc要比玻璃化转变温度Tg高20°左右。对于一个特定的冻干制品，其共晶温度、玻璃化转变温度可通过DSC（差式扫描量热法）测得，而塌陷温度可通过冻干显微镜和介电分析测得。
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目前大多数的操作，都是在整个升华干燥过程中保持加热温度不变。关于是否应当这样，存在两种不同的观点。一种观点认为，在升华干燥阶段，随着水分的升华，使制品浓度升高，其玻璃化转变温度也会提高，这样升华干燥过程中就可以适当逐渐提高温度，加快升华进行；另一种观点认为，在升华干燥阶段，升华的只是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，因此升华干燥过程中的加热温度仍应保持不变。实际上这两种情况都可能出现，是和冷却固化的情况有关的。
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2.2一次干燥中冷阱温度的控制
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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，如果没有冷阱或其温度不够低，就会导致冻干室内水蒸汽压升高，制品升华界面压力和温度都会上升，导致制品融化。对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。
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2.3一次干燥中的真空度
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一次干燥中真空度应维持13.33-26.66pa。一般说来，在升华干燥过程中真空度是维持不变的，但也可以采用循环压力法，即控制真空系统的压力在一定范围内上下波动，以期提高干燥速度。大量研究表明，在干燥过程中短期地略微提高干燥室压力（10-20Pa），同时干燥层表面温度维持在接近其允许值，可以缩短干燥时间。但干燥室压力必须低于升华界面压力，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，有时可采用向冻干箱内充注气体，以形成对流传热，但这一部分空气量会降低真空度，因此，要对真空度进行控制，使其既能形成恰当的对流传热，又能使制剂表面始终处于匀速干燥的压力状态。
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2.4影响干燥效率的因素
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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以外，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，有利于升华进行，干燥速度快；速冻形成细小的冰晶，升华后留下细小的通道，干燥速度慢。但慢冻时，溶质可能发生迁移，以至于在表面形成一层硬壳，阻止升华进行。
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近年来发现，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，升华速率显著提高，节省了时间和能耗。
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3 二次干燥
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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“束缚水”解吸变成“自由”的液态水再吸热蒸发成水蒸气的过程，加热量主要用于被束缚水的解吸作用和蒸发。由于升华干燥之后，在干燥制品的多孔结构表面和极性集团上结合水的吸附能量很大，因此必须提供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，制品的含水量不断减少，其玻璃化转变温度是不断提高的，制品温度也可以逐渐提高。
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在二次干燥过程中，板层温度至少每小时增加5℃-10℃。成品温度应该迅速升至板层温度或以上，否则制品水分增多且易倒塌。
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二次干燥目的虽然是使残存在多孔疏松状固体中的水被去除，但适当的水分（通常1-1.5%）对于保持疫苗结构完整性和活性也是必要的。制品水分过低，菌体表面亲水基团失去保护，会直接与氧接触，影响菌体的存活率。最终板层温度是成品水分含量的一个主要决定因素，其数值不能超过制品的最高允许温度，对于蛋白质药物其最高允许温度一般应低于40℃，对于绝大多数动物用疫苗，最终板层温度应该在25℃-35℃之间。一般细菌性产品最终板层温度为30℃-35℃，病毒性产品为25℃。
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4 密封保存
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冻干结束后，通过板层液压升降系统，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，观察疫苗瓶中是否有水被吸入。真空密封的完整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，观察疫苗瓶中是否有水被吸入。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高2-5%。
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二、叔丁醇在冻干制剂中的应用研究
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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。通常情况下，水是惟一的溶剂，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，这样会导致一些新的变化，含少量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-水共溶剂就是其中最常见的，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，具有多方面优势。
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由于叔丁醇作为冻干剂具有多重优势，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定性不好的药物，进行冻干。国内外研究较多是叔丁醇与水形成共溶剂体系进行冷冻干燥，其在药剂领域中应用有多方面。
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■制备固体制剂具明显优势
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难溶于水的药物溶于叔丁醇中，水溶性物质溶解于水中，两者以适当的比例混合，得到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得到固体分散体。采用这种工艺制备药剂具有多种好处。
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加快药物的升华速度
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研究发现，将溶解庆大霉素的叔丁醇溶液与乳糖水溶液以合适的比例混合形成共溶剂后冻干，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。
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提高药物的稳定性
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前列腺素E为稳定性很差的药物，采用体积分数为20%的叔丁醇-水共溶剂将药物和乳糖共同溶解，冻干后得到稳定冻干粉针。目前，采用此冻干工艺生产的前列腺素E无菌粉末制剂已在国外上市。
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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。研究人员探索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的比例形成澄明共溶剂，进行冻干，得到稳定的冻干物，使用前采用聚氧乙烯蓖麻油-乙醇-水共溶剂系统来复溶，生理盐水稀释后注射给药。
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简化制备固体分散体工艺
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最近，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，冻干后制成固体分散体。采用此方法可以将脂溶性药物分散在一些玻璃化温度较高的无定型辅料中，使药物保持在无定型状态，可显著提高药物的溶解速度和药物的溶解度。这种工艺可以避免用熔融法制备固体分散体对热稳定性差的药物的破坏，也能避免采用溶剂法制备固体分散体时使用氯仿、二氯甲烷等毒性较大的溶剂。
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促进药物结晶
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叔丁醇-水共溶剂体系制备固体分散体可以使药物保持在无定型状态。另一方面，叔丁醇也可用来促进难结晶药物的结晶。这是因为，叔丁醇的加入会改变水的结晶状态，进而也会使溶在水中的药物结晶状态发生改变。对抗生素头孢噻吩钠的研究发现，加入少量的叔丁醇可以使很难结晶的药物得到针状的结晶。磷霉素钠属难冻结的物质，因为药物和水的结合力很强，形成水合物的凝固点急剧下降到零下50℃左右，普通的冻干机很难将其冻结，同时很低的温度也使药物的冻干周期大大延长。而加入叔丁醇后，由于叔丁醇与水的结合力较强，使得共溶剂系统的凝固点升高，同时大大地提高了升华速度。
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■制备多种分散体系
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制备脂质体
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以叔丁醇作为溶剂溶解磷脂，经冻干后得到结构疏松的磷脂固体，加入水可以迅速水化制成脂质体。这种方法类似薄膜分散法，可以制得粒径较大的微米级多室脂质体，这种脂质体制备工艺已经应用于试验和规模生产。
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最近，沈阳药科大学的科研人员发明了一种新的脂质体制备工艺，即将相变温度低的大豆磷脂溶于叔丁醇，进一步与蔗糖水溶液按适当比例混合，得到澄明溶液，冻干得到固体分散体，加水水化，即可得到粒径均匀的小单室脂质体。该工艺解决了脂质体稳定性不好的问题，建立了一个形成小单室脂质体的模型。在冻干过程中，磷脂的叔丁醇溶液先析出结晶，这种结晶的形成被黏度较大的糖溶液限制，只能形成较小的粒径。同时，在析出结晶这个相分离的过程中，磷脂作为一种表面活性剂，吸附在两相的界面上，降低表面张力，即磷脂包裹的叔丁醇分散在糖基质中，最终形成一种类似乳剂的状态。吸附在两相界面的磷脂在冻干过程中随叔丁醇升华，形成定向排列磷脂双分子层片断，由于双分子片断足够小，水化后形成了小单室的脂质体。
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研究人员针对相变温度高的饱和磷脂，设计了另一种工艺，即将其溶于叔丁醇，在实验温度大于相变温度时注入到水中，形成脂质体，再进行冻干得到冻干脂质体。此方法可缩短冻干周期。
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研究证明，将饱和磷脂DMPC-DMPG(摩尔比为7∶3)与蒽环类抗癌药Annamycin以质量比50∶1的比例溶于叔丁醇-二甲基亚砜-水共溶剂体系，并加入表面活性剂吐温-80，冷冻干燥制成冻干粉末，水化后也可得到亚微米级的脂质体。
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制备非离子表面活性剂囊泡 磷脂以外的一些非离子表面活性剂，也可以与水溶性介质共溶于叔丁醇-水体系，冷冻干燥得到冻干分散体，水化后得到非离子表面活性剂囊泡。
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制备高聚物胶团
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一些高分子共聚物可以与脂溶性药物形成胶团，增加药物在水中的溶解度。通常的做法是，将高分子共聚物和药物共溶于水中，此法对于很多水溶性差的药物来说，会造成载药量减少，并且由于高分子材料自身的水溶性较差，很多时候需要将两者共同溶于有机溶剂中，然后用水透析出去。还有一种方法是形成水包油的乳剂再除去有机溶剂。这些方法都比较复杂且不经济。最近，有人将叔丁醇-水的系统引入到高聚物胶团的制备过程中，制备了紫杉醇和多烯紫杉醇的高分子胶团，取得较好效果。其方法是将药物与高分子共溶制备澄明溶液，冻干后的固体分散物加水水化后即得到小于100纳米的胶团。此工艺简单、方便，效果好，并且，叔丁醇-水共溶剂还可以回收利用，增加了大量生产的可行性。
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■改进制剂工艺路线
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由于叔丁醇-水共溶剂体系可以将水溶性和脂溶性的物质共同溶解在一起，溶剂可以在冻干后除去。因此，可以采用此方法对很多制剂的制备工艺进行改进。
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蛋白质肽类的口服给药一直是当前研究的热点与难点。叔丁醇-水共溶剂系统为水溶性的蛋白质-多肽溶于油溶液提供了一种新的药物传递办法。研究人员采用叔丁醇-水共溶剂体系，冷冻干燥制备含有蛋白质-多肽的磷脂分散体，将这种冻干分散体溶于油溶液中，制成包裹水溶性蛋白质-多肽的反胶团油溶液。为了解决难溶性药物在水中的溶解度，通常采用环糊精包合技术。常规冷冻干燥采用乙醇为溶剂溶解难溶性药物，由于乙醇的溶解能力有限，通常需要使用较多的溶剂，并且含乙醇的共溶剂体系不易冻结，冷冻干燥效果不好。于是，研究人员将药物与环糊精溶于叔丁醇-水共溶剂系统，冷冻干燥一步制备形成包合物。由于叔丁醇溶解难溶性药物的能力强于乙醇，且冻结完全，干燥迅速，此方法提供了一种方便的制备环糊精包合物的新工艺。
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■相关链接：
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叔丁醇作为冻干剂的特点
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目前，在室温条件下可以冻结的有机溶剂主要有4种：叔丁醇、冰醋酸、环己烷和二甲基亚砜。其中，叔丁醇被认为是最适合制剂的冻干溶剂。其特点如下：
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1、凝固点高。纯的叔丁醇在室温下（25℃）就可以冻结，与水混合后也可以在零下几度冻结，在现有的冻干机中都可以完全冻结。
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2、叔丁醇的蒸汽压较高。蒸汽压高有利于升华，节省冻干时间。
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3、叔丁醇与水可以任意比例混合。这一点极为重要，可以增大一些脂溶性药物在水中的溶解度，同时对一些水溶液中不稳定的药物，加入适量的叔丁醇可以抑制药物的分解，增强药物的稳定性。
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4、叔丁醇毒性低。在冻干过程中，大部分叔丁醇可在一次干燥阶段升华，在制剂中残留量很低。
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5、叔丁醇自身在冻结中形成针状结晶，能改变溶质的结晶方式，利于升华。而当少量的叔丁醇加入到水中形成叔丁醇-水共溶剂后，可以改变水的结晶状态，在冻结过程中形成针状结晶，具有大的表面积,同时冰晶升华后，留下了管状通道，使水蒸气流动阻力大大减小，升华速率显著提高，因此可用叔丁醇来加快冷冻干燥过程中的传质过程。
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6、叔丁醇作为冻干溶剂的优点很多，但叔丁醇的纯度以及叔丁醇作为有机溶剂的生产安全性和回收利用问题均需引起生产者注意。
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三、蛋白质药品冷冻干燥技术研究
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1 引言
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由于冻干药品呈多孔状、能长时间稳定贮存、并易重新复水而恢复活性，因此冷冻干燥技术广泛应用于制备固体蛋白质药物、口服速溶药物及药物包埋剂脂质体等药品。从国家药品监督管理局数据库得知，目前国内已有注射用重组人粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、注射用重组人干扰素α2b、冻干鼠表皮生长因子、外用冻干重组人表皮生长因子、注射用重组链激酶、注射用重组人白介素-2、注射用重组人生长激素、注射用A群链球菌、注射用重组人干扰素α2b、冻干人凝血因子VⅢ、冻干人纤维蛋白原、间苯三酚口服冻干片等冻干药品获准上市。截止2000年2月，美国FDA已批准的生物技术药共计76个。
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2 药品冻干损伤和保护机理
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药品冷冻干燥是一个多步骤过程，会产生多种应力使药品变性，如低温应力、冻结应力和干燥应力。其中冻结应力又可分为枝状冰晶的形成，离子浓度的增加，PH值的改变和相分离等情况。
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因此，为了保护药品的活性，通常在药品配方中添加活性物质的保护剂。它需要具备四个特性：玻璃化转变温度高、吸水性差、结晶率低和不含还原基。
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常用的保护剂有如下几类物质：
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a) 糖类/多元醇：蔗糖、海藻糖、甘露醇、乳糖、葡萄糖、麦芽糖等；
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b) 聚合物：HES、PVP、PEG、葡聚糖、白蛋白等；
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c) 无水溶剂：乙烯乙二醇、甘油、DMSO、DMF等；
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d) 表面活性剂：Tween 80等；
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e) 氨基酸：L-丝氨酸、谷氨酸钠、丙氨酸、甘氨酸、肌氨酸等；
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f) 盐和胺：磷酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐等；
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由于冷冻干燥过程存在多种应力损伤，因此保护剂保护药品活性的机理也是不同的，可以分为低温保护和冻干保护。
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对于低温保护，目前被广为接受的液体状态下蛋白质稳定的机理之一是优先作用原理。优先作用是指蛋白质优先与水或水溶液中的保护剂作用。在有起稳定作用的保护剂存在的条件下，蛋白质优先与水作用（优先水合），而保护剂优先被排斥在蛋白质区域外（优先排斥）。在这种情况下，蛋白质表面就比其内部有较多的水分子和较少的保护剂分子。优先作用原理同样适用于冷冻-融解过程。蛋白质保护剂，在溶液中被从蛋白质表面排斥，在冻结过程中能够稳定蛋白质。但是优先作用机理不能完全解释用聚合物或蛋白质自身在高浓度时保护蛋白质的现象。
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在冻干过程中，由于蛋白质的水合层被除去，优先作用机理不再适用。对于冻干保护机理，仍在研究探讨之中，目前主要有两种：
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a) 水替代假说。许多研究者认为由于蛋白质分子中存在大量氢键，结合水通过氢键与蛋白质分子联结。当蛋白质在冷冻干燥过程中失去水分后，保护剂的羟基能替代蛋白质表面的水的羟基，使蛋白质表面形成一层假定的水化膜，这样可保护氢键的联结位置不直接暴露在周围环境中，稳定蛋白质的高级结构，防止蛋白质因冻干而变性，使其即使在低温冷冻和干燥失水的情况下，仍保持蛋白质结构与功能的完整性。
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b) 玻璃态假说。研究者认为在含保护剂溶液的干燥过程中，当浓度足够大且保护剂的结晶不会发生时，保护剂-水混合物就会玻璃化。研究发现在玻璃态下，物质兼有固体和流体的行为，粘度极高，不容易形成结晶，且分子扩散系数很低，因而具有粘性的保护剂包围在蛋白质分子的周围，形成一种在结构上与玻璃状的冰相似的碳水化合物玻璃体，使大分子物质的链段运动受阻，阻止蛋白质的伸展和沉淀，维持蛋白质分子三维结构的稳定，从而起到保护作用。
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目前大部分学者赞同"水替代假说"，因为可以通过实验检测到蛋白质和保护剂之间的氢键，为理论提供证据。事实上，无论是"水替代假说"还是"玻璃态假说"，它们的基础都是基于药液实现了部分或全部玻璃化冻结。
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4 冻干工艺及优化
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由于药品冷冻干燥过程会产生多种应力，对冻干药品的药性有很大的影响，因此对药品冷冻干燥过程进行合理设计，对于减少冻干损伤和提高冻干药品的质量有重大的意义。
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4.1冻结研究
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冷冻干燥过程中的冻结过程非常重要，因为在冻结中形成的冰晶形态和大小以及玻璃化程度不仅影响后继的干燥速率，而且影响冻干药品的质量。因此在冻结过程中必须考虑配方、冻结速率、冻结方式、以及是否退火等问题。
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4.1.1 配方的影响
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配方中的固体含量会影响冻结和干燥过程。如果固体含量少于2%，那么冻干药品结构的机械性能就会不稳定。尤其在干燥过程中，药品微粒不能粘在基质上，逸出的水蒸气会把这些微粒带到小瓶的塞子上，有时甚至会带到真空室当中。
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此外，为了获得均匀一致、表面光滑、稳定的蛋白质药品，配方中必须含有填充剂、赋形剂、稳定剂等保护剂，这些保护剂对实现药品的玻璃化冻结有重大的影响。很多糖类或多元醇经常被用于溶液冻融和冻干过程中非特定蛋白质的稳定剂，它们既是有效的低温保护剂又是很好的冻干保护剂，它们对冻结的影响取决于种类和浓度。文献对不同的保护剂进行了详尽的研究，探讨了它们的冻结特性。文献还研究了其它保护剂的冻结特性。但是蛋白质种类很多，而且物理化学性质各异，因此不同的蛋白质需要不同的保护剂配方，因此它们的冻结特性就不同，一般需要实验。
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4.1.2 冻结方式
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冻结方式不同，产生的冰晶的形态和大小就不同，而且会影响后继的干燥速率和冻干药品质量。根据冻结机理，可以把冻结分为全域过冷结晶和定向结晶两类。
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全域过冷结晶是指全部药液处于相同或相近的过冷度下进行冻结的方式。在全域过冷结晶中，冻结速率和冰晶成核温度是重要的参数。
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全域过冷结晶按冻结速率的快慢可分为慢速冻结和快速冻结。快速冻结的冰晶细小，而且没有冻结浓缩现象，但是存在不完全冻结现象。相反，慢速冷却产生较大的冰晶，并且存在冻结浓缩的现象。Thomas W Patapoff等人发现如果把药品直接浸入液氮或干冰-乙醇溶液槽中（快速冻结），那么晶核首先在瓶壁产生，然后冰晶向中心扩散，再垂直向上扩散。由于长成的冰晶细小，而且有水平方向的结构，导致干燥阶段的传质阻力很大，升华速率降低。实验证明，快速冻结导致升华速率低，解吸速率快，慢速冻结导致升华速率快，解吸速率慢。
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James A Searles等人认为冰晶成核温度是全域过冷结晶的重要因素，因为它是升华速率的主要决定因素。他们在研究中发现，冰晶成核温度从本质上来说是随机的、不稳定的，不容易控制，但是受溶液中的微粒含量和是否存在冰晶成核体等影响因素。正是冰晶成核温度的随机性导致升华干燥速率的不均匀性以及与形态相关的参数，如冻干药品表面积和解吸干燥速率。
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定向结晶是指一小部分药液处于过冷状态下进行冻结的方式。Thomas W Patapoff介绍了一种垂直冻结方式。溶液用湿冰冷却，在瓶子底部用干冰冷却，形成晶核，然后放到-50℃的搁板上冻结。用这种方式冻结的样品的冰晶在垂直方向呈现烟囱状，在药品表面没有冻结浓缩层，而且整个药品的结构均一性很好，因此在干燥时的传质阻力很小，加快了冻干速率。Martin Kramer等人采用了另外一种方式实现了定向冻结。他们在真空室压力为0.1kPa，搁板温度为+10℃的条件下，让溶液开始表面冻结，形成1～3mm左右的冰晶薄层。然后解除真空，降低搁板温度到结晶温度以下进行冻结。在这种条件下长成的冰晶粗大，也呈烟囱状。同时在干燥阶段发现，升华干燥时间比采用一般冻结的时间节省了20%。分析冻干药品时还发现，对甘露醇，采用这种方式冻结的冻干品的剩余含水量比采用一般冻结的要多；但对蔗糖和甘氨酸，两者差别不大。H Schoof等人在冻干胶原质时也采用了定向结晶的方式。
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冻结方式不同，产生的冰晶形态和大小就不同，后继的干燥速率也不同。实验证明，采用定向结晶方式的冻结药品的干燥速率比全域过冷结晶的快。但是无论采用哪种冻结方式，药品溶液必须部分或全部实现玻璃化冻结，以保护药品药性。
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4.1.3 退火
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退火是指把冻结药品温度升到共熔温度以下，保温一段时间，然后再降低温度到冻结温度的过程。在升华干燥之前增加退火步骤，至少有三个原因：
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a) 强化结晶。在冻结过程特别是快速冻结过程中，配方中结晶成分往往来不及完全结晶。但是如果该成分能为冻干药品结构提供必要的支撑或者蛋白质在该成分完全结晶后会更稳定，那么就有必要完全结晶。此外，冻结浓缩液中也会有一部分水来不及析出，使其达不到最大浓缩状态。实验证明，当退火的温度高于配方的最大浓缩液玻璃化转变温度Tg'时，会促进再结晶的形成使结晶成分和未冻结水结晶完全。
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b) 提高非晶相的最大浓缩液玻璃化转变温度Tg'。从非晶相中除去Tg'较低的结晶成分，能够提高非晶相的Tg'。Barry J Aldous在研究非晶态碳水化合物的水合物结晶规律时发现，经过退火之后的海藻糖干燥溶液的玻璃化转变温度由31℃上升到79℃，大大提高了稳定作用。
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c) 改变冰晶形态和大小分布，提高干燥效率。James A Searles等人研究认为不同的成核温度产生不同的冰晶形态和粒径大小，继而导致升华干燥的速率的不均匀。但是一个过程中的干燥速率是由最慢的干燥药品确定的，因此不均匀的干燥速率会影响药品的质量和生产的经济性。研究证实退火过程中的相行为和重结晶可以减小由于成核温度差异造成的冰晶尺寸差异及干燥速率的不均匀性，提高干燥效率和药品均匀性。
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为了达到退火目的，在退火操作中，必须考虑加热速率、退火温度、退火时间等参数。但是目前由于实验手段不够先进和理论知识比较缺乏，退火机理尚有疑问，退火参数的选取仍然没有依据。
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4.2 干燥
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药品冷冻干燥的干燥过程可以分为两个阶段，一次干燥和二次干燥。在一次干燥阶段除去自由水，在二次干燥阶段除去部分结合水。干燥过程占据了药品冷冻干燥过程的大部分能耗，因此采取有效措施提高干燥速率显得非常有意义。目前，大都采取控制搁板和药品温度、冷阱温度和真空度的做法来实现干燥速率的提高。
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药品温度的控制：包括冻结层和已干层的温度控制。控制冻结层温度的原则是在保证冻结层不发生熔化（在低共熔点以下）的前提下，温度越高越好。控制已干层温度的原则是在不使物料变性或已干层结构崩塌的前提下、尽量采用较高的干燥温度。而搁板温度的控制是以满足药品温度控制为标准。
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冷阱温度：冻干过程中水升华的驱动力是药品和冷阱间的温差。由于药品温度受加热方式的限制，同时不能高于共熔温度，因此冷阱温度越低越好。为了提高经济性，在升华干燥过程中应至少低于药品温度20℃；在解吸干燥过程中，对于那些要求很低残余水分的配方，冷阱温度要求更低。
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真空度：一般认为，压力对冻干过程有正反两方面的影响：
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a) 在药品共熔点温度和崩塌温度以下，升华界面温度越高，升华水汽越多，所需热量越大。压力越高，相应提高了已干层导热系数，表面对流作用也越大，因此升华水汽也越快，即冻干速率越大。
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b) 升华界面通过已干层到外部的水汽逸出速度与界面和表面之间的压力差，即界面温度所对应的饱和压力与干燥室的真空度之差相关。这个压差大，有助于水汽逸出。这个压差越小，逸出越慢，干燥速率也越小。如果冷冻干燥是传热控制过程，则干燥速率随着干燥室压力升高而提高；如果冷冻干燥是传质控制过程，干燥速率随着干燥室压力升高而降低。
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经验证明升华阶段的真空度在10～30Pa时，既有利于热量的传递，又利于升华的进行。若压强过低，则对传热不利，药品不易获得热量，升华速率反而降低，而且对设备的要求也更高，增加了成本。而当压强过高时，药品内冰的升华速度减慢，药品吸收热量将减少，于是药品自身的温度上升，当高于共熔点温度时，药品将发生熔化导致冻干失败。根据真空度对冻干速率的影响，文献采用了循环压力法，得到了不错的效果。
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药品冷冻干燥过程是一个连续的操作，不同的药品配方，有不同的冻结特性，而且冻干曲线也不同，因此应在基础研究的基础上广泛开展个体研究，优化冻干曲线，提高干燥速率，降低能耗。
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耐热冻干保护剂在疫苗生产中的应用研究
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冻干保护剂可影响生物制品的质量、效价和稳定性，改变生物制品的生产工艺，提高产品干燥能力并增大产品批次间的稳定性。耐热冻干保护剂有免疫活性但无药理活性，可在冻干和保存时维持疫苗的稳定性，初次干燥时在适宜的温度下疫苗不倒塌，企业低成本即可获取。
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一、分类
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（一）按相对分子量分
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按相对分子量分可分为低分子化合物和高分子化合物。
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1.低分子化合物 低分子化合物可提高微生物存活率，形成均一悬液，起到水分缓解作用。如：
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酸性物质：谷氨酸、天冬氨酸、乳酸；
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中性物质：葡萄糖、乳糖、蔗糖、海藻糖、山梨醇；
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碱性物质：精氨酸、组氨酸。
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2.高分子化合物 高分子化合物对微生物有保护作用，可促进其升华形成耐热骨架阻断热传导和热辐射。如：白蛋白、明胶、蛋白胨、脱脂奶粉。
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水解明胶 水解明胶可去掉杂质蛋白、无抗原性、无过敏反应、无热源，并且分子量小、均质、易溶于水，可过滤除菌，共熔点为-12℃。对微生物的保护作用高出普通明胶10％以上。
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脱脂奶粉 可促进升华、加热灭菌，易取得均质产品，并扩大细胞相互间的距离。
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(二)按功能和性质分
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1.耐热冻干保护剂 耐热冻干保护剂在冻结和干燥过程中，可防止活性组分变性，如海藻糖、蔗糖、聚维酮（PVP）等。
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2.填充剂 可防止有效组分随水蒸气一起升华逸散，如：甘露醇、明胶等。
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3.抗氧化剂 产品的自身氧化可消耗冻干样品内部和环境中的氧；放入电子或氢离子，可阻断冻干样品中氧化链式反应，抑制氧化酶活性，防止样品在冷冻干燥及储藏过程中氧化变质。如硫代硫酸钠、维生素E、维生素C等。
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4.酸碱调整剂 在冷冻干燥、储藏过程中，将生物制品PH值调整到活性物质最稳定区域。常用的有：磷酸二氢钾、磷酸氢钠。
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（三）按物质的种类分
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1.糖/多元醇类 单糖（葡萄糖、半乳糖）： 糖与生物制品活性组分的分子形成氢键而代替了原有水的位置，起保护作用；
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低聚糖（蔗糖、海藻糖）：低聚糖能起到低温保护功能和脱水保护作用；海藻糖则具有相对较高的玻璃化转变温度。海藻糖—蛋白质—水微冰晶的形成，有效防止了水对玻璃化态的增塑作用。并且其内部氢键较少，有利于蛋白质分子间形成氢键。
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多元醇（甘露醇、山梨醇、丙三醇）:多元醇具有和糖一样的作用。甘露醇无菌滤液稳定，不易被氧化，可提供支持结构，并且不与活性组分发生反应；山梨醇是甘露醇的同分异构体，但其溶解度比甘露醇大，在常温下呈粘稠的透明状液体，有旋光性，略有甜味，具有吸湿性，高温下不稳定，在冷冻干燥配方中，山梨醇常用作填充剂。
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2.表面活性剂类 表面活性剂是降低界面的张力，亲水、亲油基组成的化合物。表面活性剂可分为离子型、非离子型。凡是溶于水能电离成离子的，称为离子型表面活性剂，否则称为非离子型表面活性剂。表面活性剂在冻结和脱水过程中既能降低冰、水界面张力所引起的冻结和脱水变形，又能在复水过程中对活性组分起到润湿剂作用。但在冻干生物制品测定和长期储藏中，表面活性剂并没有保护作用。
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3.氨基酸类 氨基酸是蛋白质的基本构成单位，其中最主要的是a-氨基酸。常用的氨基酸类保护剂有甘氨酸、谷氨酸、精氨酸和组氨酸，试验表明氨基酸是最好的填充剂。
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低浓度甘氨酸可通过抑制10或100mmol/L磷酸缓冲盐结晶所致PH值的改变而阻止蛋白质药物变性，并且能升高成品的塌陷（崩解）温度，阻止因塌陷而引起的蛋白质药物的破坏。
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4.其它添加剂类 其它添加剂类保护剂包括抗氧化剂、缓冲剂和冻干加速剂。
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抗氧化剂：一种是抗氧化剂的自身氧化，消耗冻干样品内部和环境中的氧，使冻干样品物料不被氧化；另一种使抗氧化剂给出电子或氢离子，阻断冻干样品中的氧化链式反应；还有一种方式是抗氧化剂通过抑制氧化的活性而防止冻干样品的氧化变质，如维生素E、维生素C、硫代硫酸钠、硫脲。
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缓冲剂：蛋白质具有两性电解质，既能和酸作用又能和碱作用。在中性环境中，大多数蛋白质是稳定的，由于蛋白质溶液在冻结过程中溶液的浓度是逐渐升高的，所以在高浓度时可改变溶液的PH值，PH值变化4个单位导致蛋白质变性，使生物制品失活。因此在冻干保护剂配方中，需添加适量缓冲剂。如，磷酸二氢钾、磷酸二氢钠。
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冻干加速剂：冷冻干燥过程耗时长、耗能多，迫切需要对冻干循环进行优化，降低生产成本。叔丁醇是一种小分子醇，与水完全互溶，具有低毒性、高蒸汽压。在药品水溶液中加入叔丁醇能起到以下作用：
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可降低干燥层阻力，从而加速干燥过程，缩短干燥时间；对于难溶于水的药品，可使产品具有较高的比表面积、好的外观，并易于复水，提高药品溶液和冻干品的稳定性，且有一定的抑菌作用。
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二、冻干保护剂的作用机理
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（一）冻结过程中低温保护机理
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“优先作用”机理认为，蛋白质溶液在达到最大冻结浓度之前，优先与水作用（优先水合），而保护剂优先被排斥在蛋白质区域外（优先排斥）。这是由于保护剂的加入，增大了水分子的表面张力，促使了蛋白质分子优先与水分子相互作用。在这种情况下，蛋白质分子外表面比其体相中有相对较多的水分子和相对较少的保护剂分子，从而也就保护了蛋白质的天然构象。
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“优先作用”机理并不能完全解释用聚合物或蛋白质自身在高浓度时保护蛋白质的现象。因此，必然存在其他保护作用机理。表面张力减小的机理可以用于解释表面活性剂对蛋白质溶液冻结过程的保护。限制蛋白质分子扩散的机理认为，许多保护剂都能够提高溶液的粘度，抑制活性分子的扩散。
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（二）干燥过程中的保护机理
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玻璃态假说 在含有保护剂溶液的干燥过程中，当浓度足够大且保护剂不发生结晶时，保护剂与活性组分混合物就会形成玻璃态。玻璃态分为两种即：强玻璃和弱玻璃。
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在玻璃化转变温度以下进行降温，弱玻璃粘度的增加，比强玻璃来的快。因此，赋形剂形成弱玻璃要比形成强玻璃的保护效果好得多。蔗糖和海藻糖就是因为能够形成一种弱玻璃而具有很好的保护作用。
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水替代假说 由于蛋白质分子中存在大量的氢键，结合水通过氢键与蛋白质分子连接。当蛋白质在冷冻干燥过程中推动水分后，保护剂的羟基能够替代蛋白质表面上水的羟基，使蛋白质表面形成一层“水合层”，这样就可以保护氢键的联结位置不直接暴露在周围环境中，从而保持了蛋白质天然结构和功能的完整性。当冷冻干燥时，保护剂可与生物大分子的失水部位形成氢键，替代保持生物大分子冻干损伤。
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（三）储藏过程中的保护机理
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干燥过程中出现的引起蛋白质变质的时间尺度为小时，而对于储藏而言，时间尺度为月或年。在正确的冷冻干燥工艺中，要求产品温度接近于其玻璃化转变温度，而在正确的储藏条件下，环境温度应当比其玻璃化转变温度低得多，以获得很长的松驰时间。
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三、耐热冻干保护剂配方需要注意的问题
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确定最优的pH值 生物制品中的活性成分（如蛋白质）只有在很小的PH值范围内才是稳定的，并且不同的PH环境会影响蛋白质的溶解性。最优的PH环境有利于蛋白质的稳定性和它在溶液中的溶解性，冷冻干燥配方的PH对冻干生物制品长期储藏的稳定性也会带来很大影响。另外，酸碱度会影响固体状态下蛋白质的物理和化学的稳定性。
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缓冲剂的选择 许多缓冲剂能够用于生物制品耐热保护剂配方中，但是并非每一种缓冲剂都能够用于任何溶液；对PH值敏感的蛋白质溶液，就应当避免使用磷酸钠缓冲液，这是由于在冻结过程中，Na2HPO4易于优先结晶，使得溶液的PH降低，最终引起蛋白质变性；正确选择缓冲剂的浓度也是很重要的。
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填充剂的选择 填充剂有相当好的溶解性，与生物制品中活性组分相容，没有或者只有很小的毒性，具有较高的共晶温度。
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低温、干燥保护剂的选择 糖类是生物制品冷冻干燥过程中使用最频繁的保护剂，一般不选用还原性糖，因为它可能与蛋白质之间发生非酶褐变反应；某些盐类也要用作生物制品在冷冻干燥过程中的保护剂；某些聚合物，因其能提高玻璃化转变温度，而常被用作保护剂。但是，聚合物与蛋白质分子形成氢键的能力远远低于糖类，所以常常采用聚合物和糖联合使用，当然，这种方式并不是对每一种蛋白质都是有效的。
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超滤技术应用于穿琥宁冻干粉针的研究
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【关键词】 超滤技术
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【摘要】 目的
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提高穿琥宁冻干粉针质量。方法采用“高纯度穿琥宁生产工艺”专利超滤技术生产穿琥宁冻干粉针并与其它厂家同类产品进行动物急性毒性试验比较。结果超滤技术生产的注射用穿琥宁ld50 明显高于其它厂家生产的同规格产品，单次静脉给药的ld50 达到910mg/kg，而国家标准说明书中的ld50 为675mg/kg，文献资料报道穿琥宁注射剂的单次静脉给药的ld50 为580～620mg/kg。结论超滤技术可以大大降低注射用穿琥宁产品的毒性，提高临床安全性。
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注射用穿琥宁是采用爵床科植物穿心莲提取物―穿心莲内酯经酯化、脱水、成盐而制成的脱水穿心莲内酯琥珀酸半酯单钾盐，加入ph调节剂、碳酸氢钠等药用辅料经冷冻干燥而制成的供肌肉注射或静脉滴注用的无菌冻干粉针。用于病毒性肺炎、病毒性上呼吸道感染等。穿心莲性寒、味苦，能清热解毒，消炎止痛。可用于急性细菌性痢疾、急性胃肠炎、扁桃体炎、咽喉炎等。我国科研工作者于70年代初对穿心莲提取物成分进行了深入研究，结果表明，有效成分为其二萜类内酯化合物。因二萜类内酯化合物均难溶于水，无法满足临床需要，通过在内酯结构中引入不同的亲水基团，增加内酯的水溶性，目前已制成了多种穿心莲内酯针剂，穿琥宁即是抗炎解热作用最强者，目前在临床上已得到广泛应用，1992年被国家中医药管理局批准为全国中医院急诊科（室）首批必备中药之一。
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我们通过北京图书馆对近年在医药刊物发表的有关穿琥宁86 篇论文进行分析，在24篇专题报道不良反应的文章中，除1篇只写“使用穿琥宁”外，其余23篇所报道的全部是水针剂。专家认为:穿琥宁水针剂不稳定，在室温条件下有效期为30.5天，因穿琥宁为一个二萜类内酯化合物，而且分子中有一共轭双键，因而化学活性高，易发生水解反应和氧化反应，生产中还要进行高温灭菌，这又促进了分解反应。纯净穿琥宁水溶液微黄略显绿色，但国内市场上穿琥宁水针剂的色泽深，有的甚至变成了黄色或棕黄色。穿琥宁水针剂的毒副反应主要为婴幼儿泄泻，发生率为22%;个别有白细胞锐减、过敏性休克、药疹、抽搐、瘙痒、高热、寒颤、呼吸困难、紫癜等。为了提高穿琥宁冻干粉针剂的质量，本试验研究了“高纯度穿琥宁生产工艺”专利超滤技术，应用于该产品生产并与其它厂家同类产品进行的动物急性毒性试验情况。
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1 生产工艺
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1.1 仪器 88-2型切向流超滤器，cl-25蠕动泵（军事医学科学院）;millipore超滤膜堆（截留分子量:5000）;lgj5型冷冻干燥机;西林瓶洗、烘、灌联动生产线。
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1.2 药品与试剂穿琥宁（注射级，成都天台山制药有限公司）;碳酸氢钠（注射级，上海虹光化工厂）;右旋糖酐40（注射级，漯河华颖药业有限公司）;活性炭（针用，上海活性炭厂）;灭菌注射用水（本厂生产）;乙醇（药用，南阳天冠集团酒精厂）;盐酸、氢氧化钠均为分析纯试剂。
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1.3 生产工艺（应用超滤技术）（1）在无菌室（百级）配料间内，将穿琥宁（原料药）溶于50%乙醇，加0.5%～1%活性炭（注射级），在25～30℃温度下，用盐酸调ph为 6.5～6.7，搅拌30min，吸附原料在生产过程中因暴露空气而带进的热源物质，充分回流，使色泽下降两个色级;用分子截留量5000的超滤膜进行超滤，将5000以上分子量的大分子植物蛋白截留下来;超滤液经重结晶后用无热原注射用水淋洗、滤干，进入配料工序。（2）按千支计算，在无菌室（百级）配料间内，精密称取经计算后处方量的穿琥宁精制品，搅拌加入1.5%碳酸氢钠（注射级）溶液500ml，至溶解澄清;加10%右旋糖酐40（注射级）溶液 500ml，加无热原灭菌注射用水至3000ml，混合均匀，调ph至7.7±0.2。取半成品检验，定装量，除菌过滤后，冻干，封口即得。
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2 急性毒性试验
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根据国家药品监督管理局《化学药品和治疗用生物制品研究指导原则》中化学药品单次给药的毒性研究（即急性毒性试验）指导原则，对注射用穿琥宁进行了急性毒性试验，观察受试药物一次给予动物后所产生的急性毒性反应和死亡情况。
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2.1 试验样品
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2.1.1 注射用穿琥宁
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我公司应用超滤技术试制生产的20020322，规格0.2g，微黄色冻干块状物。临用前以氯化钠注射液稀释至所需浓度。
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2.1.2 注射用穿琥宁
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我公司受黑龙江某制药公司委托加工生产的200101163批，规格0.2g，微黄色冻干块状物。临用前以氯化钠注射液稀释至所需浓度。
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2.1.3 注射用穿琥宁
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我公司在市场上购买的某制药公司生产的020503-1批，规格0.2g，微黄色冻干块状物。临用前以氯化钠注射液稀释至所需浓度。
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2.2 试验动物
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昆明种小鼠，购自河南省实验动物中心，合格证号:医动字第99012号。动物饲料购自河南省实验动物中心，为标准颗粒饲料。
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2.3 试验方法与结果（1）试验室温度:（20±1）℃。（2）在预试验的基础上取健康小鼠180只，体重（19.0±2.0）g。雌雄各半，每个批号药物随机分为6组，每组10只。高低剂量的比值设定为1:0.9。根据预试验的结果，将受试药物配制成不同浓度，20020322批号为45.00、40.50、36.50、32.80、29.50、26.60mg/ml;200101163批号为45.00、40.50、36.45、 32.81、29.52、26.57、23.91mg/ml;020503-1批号为44.55、40.10、36.09、32.48、29.23、 26.31g/ml，静脉给药，体积为0.25ml/10g体重，给药速度为5s，给药后即刻观察，记录动物的反应和死亡情况。给药后自高剂量组开始，部分动物出现静伏少动、抽搐、四肢瘫软等现象，并呈抑制状态死亡，动物可随受试药物浓度的不同，出现的反应程度和死亡时间不同。死亡多发生在给药后的 30min～48h内，对死亡鼠立即进行尸检，肉眼观察各主要脏器，未见明显异常。对各组存活鼠逐日观察1星期，动物的外观行为、食欲、粪便未见明显异常，试验结束时，存活动物体重分别增长至（25.3±2.7）、（26.1±3.4）、（27.2±3.8）g。实验结果用bliss机率单位计算ld 50 值及可信限，结果见表1、2、3。测得注射用穿琥宁静脉给予小鼠的ld 50 值分别为:批号20020322为910.16mg/kg，其95%可信限为834.84～992.27mg/kg;批号20010163为 804.10mg/kg，其95%可信限为748.51～863.82mg/kg;批号020503-1为820.70mg/kg，其95%可信限为 758.94～887.49mg/kg。
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3 讨论
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采用超滤技术生产的注射用穿琥宁ld 50 明显高于其它厂家生产的同规格产品，单次静脉给药的ld 50达到910mg/kg，而国家标准说明书中的ld 50为675mg/kg［8］，文献资料报道穿琥宁注射剂的单次静脉给药的ld50达到580～620mg/kg［2］，因此，大大降低了注射用穿琥宁产品的毒性，提高了本品在临床上使用的安全性。
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# 冻干粉针异常现象寻根究底
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冻干粉针异常现象寻根究底
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在冻干粉针的生产过程中，经常会出现一些异常情况，影响产品质量。生产人员必须从产品的处方设计、生产工艺参数、生产环境的控制、操作员工的卫生情况等多方面进行有效控制，并对生产设备、洁净区环境、冻干曲线等进行有效验证，才能有效地避免冻干产品的异常现象，提高产品质量。
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现象一：含水量超标
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冻干粉针剂质量标准中规定的含水量较低。造成其含水量超过标准的主要原因是：装入容器的药液过多，药液层过厚；干燥过程中供热不足，使其蒸发量减少；真空度不够，水蒸气不能顺利排出；冷凝室温度偏高，不能有效地将水蒸气捕集下来；冻干时间较短；真空干燥箱的空气湿度高；出箱时制品温度低于室温而出现制品吸湿等。
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措施：生产人员须针对不同原因采取相应的解决方法。如按药液体积调整西林瓶规格，减少装液厚度，一般应控制在10~15mm；加强热量供给，促进水分蒸发；检查真空度不高的原因，排除泄漏点或真空系统的异常；降低冷凝器温度在-60℃以下；重新试制冻干曲线，确保冻干制品含水量合格；对放入箱内的气体要进行除菌及脱水干燥处理，尤其是易吸潮的制品更要注意；制品出箱时的温度要略高于生产环境温度。
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现象二：喷瓶
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喷瓶是由于预冻时温度没有达到制品共熔点以下，制品冻结不实；或升华干燥时升温过快，局部过热，部分制品溶化成液体，在高真空度条件下，少量液体从已干燥固体表面穿过孔隙喷出而形成。
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措施：为了防止喷瓶，应严格控制预冻温度在共熔点以下10℃~20℃，并保持2小时以上，使药品冻实后再升温。同时升华干燥时的供热量要控制好，适当放慢升温速度，且控制温度不超过共熔点。这样可以克服喷瓶现象。
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现象三：外观不合格
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冻干粉针的正常外观应是颜色均匀，孔隙致密，保持冻干前的体积、形状基本不变，形成块状或海绵状团块结构。但是，如果溶液重量浓度大于30%，则制品易出现萎缩、塌陷、不饱满的情况。另外，干燥时冻结的表面最先脱水形成结构致密的干燥外壳，下面升华的水蒸气从已干燥表层的分子之间的间隙逸出。这时如果溶液浓度太高，分子之间的间隙小、通气性差，水蒸气穿过阻力较大，大量水分子来不及逸出，在干燥层停滞时间长，使部分已干燥药物逐渐潮解，会使制品体积收缩，外形不饱满或塌陷。如果药液重量浓度低于4%，在抽真空时，药物会随水蒸气一起飞散；或在干燥后变成绒毛状的松散结构，在解除真空后，这种结构的物质会消散，使制品成空洞状。还有一种情况是药液浓度太低，使制品疏松易引湿，同时由于比表面积过大，使制品容易萎缩，干燥的成品机械强度过低，一经振动即分散成粉末而粘附于瓶壁。
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在冻干工艺方面，如果药液厚度大于20mm，干燥时间延长，也会造成产品外观不合格。另外，在开始冻结时降温速度快，使制品形成细结晶，密度大，升华受到阻力较大，水分不易蒸发掉，制品会逐渐潮解致使体积收缩而造成外形不饱满或形成团状。如果冻结速度过慢，冰晶成长时间较长，则易发生浓缩，致使药物与溶剂分离、成品结构不均匀。
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措施：合理设计冻干溶液的配方。一般重量浓度在4%~25%之间为宜，最佳浓度在10%~15%。若浓度低于4%，可适当添加赋形剂(如甘露醇、右旋糖酐、乳糖等)。若浓度较高时，则必须控制冻干制品厚度，或降低浓度，改用大的容器灌装药液。冻干过程中降温速度应控制在每小时降低5℃~6℃。在一期升华干燥阶段，制品温度应低于共熔点，升温不宜快，控制在每小时5℃左右。如果加热过快，在制品有大量水分时，温度超过其共熔点，就会导致制品溶化，外观出现缺陷。在二期升华阶段，虽然此时制品中含水量已较低，升温速度可以适当提高，但要将温度控制在安全温度以下，否则会有结块。另外，制品包装的气密性不好，在有效期内也会出现外观不合格甚至内在质量不合格。
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现象四：制品冷爆脱底
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其主要原因是预冻阶段没有将制品冻结实。如果在制品尚没有完全冻结实的情况下，系统就开始对箱体抽真空，这样当压力达到某一数值时，尚没有冻结好的部分就开始蒸发沸腾，产生放热现象，而其本身温度急剧下降，到达共晶点温度时，产品冻结，随之开始出现爆瓶脱底现象。随着压力的继续下降，温度也相应下降。一般冻干机的真空泵能达到0.1毫巴以下，这就是说箱内的药品温度达到-40℃左右。由于西林瓶底与下部的板层没有以上的蒸发冷冻特性，故在短时间内西林瓶承受不了如此大的温度差而导致西林瓶冷爆脱底。
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措施：解决冷爆脱底问题需要生产人员严格执行预冻参数，确认将制品冻结实后再抽真空。
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真空冷冻干燥技术讲解
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第一节
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冷冻干燥技术原理
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干燥是保持物质不致腐败变质的方法之一。干燥的方法有许多，如晒干、煮干、烘干、喷雾干燥和真空干燥等。但这些干燥方法都是在0℃以上或更高的温度下进行。干燥所得的产品，一般是体积缩小、质地变硬，有些物质发生了氧化，一些易挥发的成分大部分会损失掉，有些热敏性的物质，如蛋白质、维生素会发生变性。微生物会失去生物活力，干燥后的物质不易在水中溶解等。因此干燥后的产品与干燥前相比在性状上有很大的差别。而冷冻干燥法不同于以上的干燥方法，产品的干燥基本上在0℃以下的温度进行，即在产品冻结的状态下进行，直到后期，为了进一步降低干燥产品的残余水分含量，才让产品升至0℃以上的温度，但一般不超过40℃。
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冷冻干燥就是把含有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空的条件下使水蒸汽直接升华出来。而物质本身剩留在冻结时的冰架子中，因此它干燥后体积不变，疏松多孔。在升华时冻结产品内的冰或其它溶剂要吸收热量。引起产品本身温度的下降而减慢升华速度，为了增加升华速度，缩短干燥时间，必须要对产品进行适当加热。整个干燥是在较低的温度下进行的。
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冷冻干燥有下列优点：
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⑴冷冻干燥在低温下进行，因此对于许多热敏性的物质特别适用。如蛋白质、微生物之类不会发生变性或失去生物活力。因此在医药上得到广泛地应用。
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⑵在低温下干燥时，物质中的一些挥发性成分损失很小，适合一些化学产品、药品和食品干燥。
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⑶在冷冻干燥过程中，微生物的生长和酶的作用无法进行，因此能保持原来的性状。
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⑷由于在冻结的状态下进行干燥，因此体积几乎不变，保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。
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⑸干燥后的物质疏松多孔，呈海绵状，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状。
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⑹由于干燥在真空下进行，氧气极少，因此一些易氧化的物质得到了保护。
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⑺干燥能排除95-99％以上的水分，使干燥后产品能长期保存而不致变质。
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因此，冷冻干燥目前在医药工业、食品工业、科研和其他部门得到广泛的应用。
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第二节 冻干机的组成和冻干程序
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产品的冷冻干燥需要在一定装置中进行，这个装置叫做真空冷冻干燥机或冷冻干燥装置，简称冻干机。
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冻干机按系统分，由制冷系统、真空系统、加热系统和控制系统四个主要部分组成。按结构分，由冻干箱或称干燥箱、冷凝器或称水汽凝结器、制冷机、真空泵和阀门、电气控制元件等组成。
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冻干箱是一个能够制冷到-55℃左右，能够加热到+80℃左右的高低温箱，也是一个能抽成真空的密闭容器。它是冻干机的主要部分，需要冻干的产品就放在箱内分层的金属板层上，对产品进行冷冻，并在真空下加温，使产品内的水分升华而干燥。
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冷凝器同样是一个真空密闭容器，在它的内部有一个较大表面积的金属吸附面，吸附面的温度能降到-40℃～-70℃以下，并且能维持这个低温范围。冷凝器的功用是把冻干箱内产品升华出来的水蒸气冻结吸附在其金属表面上。
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冻干箱、冷凝器、真空管道、阀门、真空泵等构成冻干机的真空系统。真空系统要求没有漏气现象，真空泵是真空系统建立真空的重要部件。真空系统对于产品的迅速升华干燥是必不可少的。
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制冷系统由制冷机与冻干箱、冷凝器内部的管道等组成。制冷机可以是互相独立的二套或以上，也可以合用一套。制冷机的功用是对冻干箱和冷凝器进行制冷，以产生和维持它们工作时所需要的低温，它有直接制冷和间接制冷二种方式。
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加热系统对于不同的冻干机有不同的加热方式。有的是利用直接电加热法；有的则利用中间介质来进行加热，由一台泵(或加一台备用泵)使中间介质不断循环。加热系统的作用是对冻干箱内的产品进行加热，以使产品内的水分不断升华，并达到规定的残余含水量要求。
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控制系统由各种控制开关，指示调节仪表及一些自动装置等组成，它可以较为简单，也可以很复杂。一般自动化程度较高的冻干机则控制系统较为复杂。控制系统的功用是对冻干机进行手动或自动控制，操纵机器正常运转，以使冻干机生产出合乎要求的产品来。
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冷冻干燥的程序：
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⑴在冻干之前，把需要冻干的产品分装在合适的容器内，一般是玻璃模子瓶、玻璃管子瓶，装量要均匀，蒸发表面尽量大而厚度尽量薄一些；
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⑵然后放入与冻干箱板层尺寸相适应的金属盘内。对瓶装一般采用脱底盘，有利于热量的有效传递。
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⑶装箱之前，先将冻干箱进行空箱降温，然后将产品放入冻干箱内进行预冻；或者将产品放入冻干箱内板层上同时进行预冻；
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⑷抽真空之前要根据冷凝器制冷机的降温速度提前使冷凝器工作，抽真空时冷凝器至少应达到-40℃的温度；
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⑸待真空度达到一定数值后（通常应达到13Pa～26Pa内的真空度），或者有的冻干工艺要求达到所要求的真空度后继续抽真空1～2h以上；即可对箱内产品进行加热。一般加热分两步进行，第一步加温不使产品的温度超过共熔点或称共晶点的温度；待产品内水分基本干完后进行第二步加温，这时可迅速地使产品上升的规定的最高许可温度。在最高许可温度保持2h以上后，即可结束冻干。
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整个升华干燥的时间约12～24h左右有的甚至更长，与产品在每瓶内的装量，总装量，玻璃容器的形状、规格，产品的种类，冻干曲线及机器的性能等等有关。
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冻干结束后，要充入干燥无菌的空气进入干燥箱，然后尽快地进行加塞封口，以防重新吸收空气中的水分。
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在冻干过程中，把产品和板层的温度、冷凝器温度和真空度对照时间划成曲线，叫做冻干曲线。一般以温度为纵坐标，时间为横坐标。冻干不同的产品采用不同的冻干曲线。同一产品使用不同的冻干曲线时，产品的质量也不相同，冻干曲线还与冻干机的性能有关。因此不同的产品，不同的冻干机应用不同的冻干曲线。
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第三节 共溶点及其测量方法
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需要冻干的产品，一般是预先配制成水的溶液或悬浊液，因此它的冰点与水就不相同了，水在0℃时结冰，而海水却要在低于0℃的温度才能结冰，因为海水也是多种物质的水溶液。实验指出，溶液的冰点将低于溶媒的冰点。
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另外，溶液的结冰过程与纯液体也不一样，纯液体如水在0℃时结冰，水的温度并不下降，直到全部水结冰之后温度才下降，这说明纯液体有一个固定的结冰点。而溶液却不一样，它不是在某一固定温度完全凝结成固体，而是在某一温度时，晶体开始析出，随着温度的下降，晶体的数量不断增加，直到最后，溶液才全部凝结。这样，溶液并不是在某一固定温度时凝结。而是在某一温度范围内凝结。当冷却时开始析出晶体的温度称为溶液的冰点。而溶液全部凝结的温度叫做溶液的凝固点。凝固点就是融化的开始点（即熔点），对于溶液来说也就是溶质和溶媒共同熔化的点。所以又叫做共熔点或共晶点。可见溶液的冰点与共熔点是不相同的。共熔点才是溶液真正全部凝成固体的温度。
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显然共熔点的概念对于冷冻干燥是重要的。因为冻干产品可能有盐类、糖类、明胶、蛋白质、血球、组织、病毒、细菌等等的物质。因此它是一个复杂的液体，它的冻结过程肯定也是一个复杂的过程，与溶液相似，也有一个真正全部凝结成固体的温度，即共熔点。由于冷冻干燥是在真空状态下进行的。只有产品全部冻结后才能在真空下进行升华干燥，否则有部分液体存在时，在真空下不仅会迅速蒸发，造成液体的浓缩使冻干产品的体积缩小；而且溶解在水中的气体在真空下会迅速冒出来，造成象液体沸腾的样子，使冻干产品鼓泡、甚至冒出瓶外。这是我们所不希望的。为此冻干产品在升华开始时必须要制冷到共熔点以下的温度，使冻干产品真正全部冻结。
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在冻结过程中，从外表的观察来确定产品是否完全冻结成固体是不可能的；靠测量温度也无法确定产品内部的结构状态。而随着产品结构发生变化时电性能的变化是极为有用的，特别是在冻结时电阻率的测量能使我们知道冻结是在进行还是已经完成了，全部冻结后电阻率将非常大，因此溶液是离子导电。冻结时离子将固定不能运动，因此电阻率明显增大。而有少量液体存在时电阻率将显著下降。因此测量产品的电阻率将能确定产品的共熔点。
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正规的共熔点测量法是将一对白金电极浸入液体产品之中，并在产品中插一支温度计，把它们冷却到-40℃以下的低温，然后将冻结产品慢慢升温。用惠斯顿电桥来测量其电阻，当发生电阻突然降低时，这时的温度即为产品的共熔点。电桥要用交流电供电，因为直流电会发生电解作用，整个过程由仪表记录。
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也可用简单的方法来测量，用二根适当粗细而又互相绝缘的铜丝插入盛放产品的容器中，作为电极。在铜电极附近插入一支温度计，插入深度与电极差不多，把它们一起放入冻干箱内的观察窗孔附近，并用适当方法把它们固定好，然后与其他产品一起预冻，这时我们用万用表不断地测量在降温过程中的电阻数值，根据电阻数值的变化来确定共熔点。
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第四节 冻干产品的崩解温度
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对于冻干产品的共熔点大家已经熟悉了，它就是产品的真正固化点。也就是产品在抽真空前必须冷却到的那个温度点，不然产品在抽空时将会起泡，在升华加热的时候也不能使产品超过这个温度，不然产品将熔化。因此，共熔点是在预冻阶段和升华阶段需要进行控制的温度值。
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现在引入一个崩解温度的概念，它是不同于共熔点的另外一个温度。一个正常升华的产品，当升华进行到一定的时候，就会出现上层的干燥层和下层的冻结层，这二层之间的交界面就是升华面，升华面是随着升华的进行而不断下降的。
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已经干燥的产品应该是疏松多孔，并保持在这一稳定的状态，以便下层冻结产品升华出来的水蒸汽能顺利地通过，使全部产品都得到良好的干燥。
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但某些已经干燥的产品当温度升高到某一数值时，会失去刚性，变得有粘性，发生类似塌方的崩解现象，使干燥产品失去疏松多孔的状态，封闭了下层冻结产品水蒸汽的逸出通路，妨碍了升华的继续进行。
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于是，升华速率变慢，从冻结产品吸收升华热也随之减少，由板层供给的热量将有多余，这样便引起冻结产品的温度上升，当温度升高到共熔点以上的温度时，产品就会发生熔化或发泡现象，致使冻干失败。
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发生崩解时的温度叫做该产品的崩解温度。对于这样的产品要获得良好的干燥，只有保持升华中的干燥产品的温度在崩解点以下，直到冻结产品全部升华完毕为止，才能使产品温度继续上升。这时由于产品中已不存在冻结冰，干燥产品即使发生崩解也不会影响产品的干燥，因为产品已从升华阶段转入解吸干燥阶段。
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没有发生崩解的干燥产品与发生崩解的干燥产品在外观上用肉眼看不出有什么差别，只有在显微镜下才能看到结构上的变化。当在显微镜下观察产品的冷冻干燥过程时，如果看到发生崩解现象，那么这时的温度就是该产品的崩解温度。
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有些产品的崩解温度高于共熔点温度，那么升华时仅需控制产品温度低于共熔点就行了；但有些产品的崩解温度低于共熔点温度，那么按照一般的方法控制升华时就可能发生崩解现象，这样的产品只有在较低的温度下进行升华，因此必须延长冻干时间。
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产品的共熔点可以通过电阻法、差示热分析法和低温显微镜直接观察法得知，但产品的崩解温度只有在冷冻干燥显微镜下直接观察才能得知。
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产品的崩解温度取决于产品本身的品种和保护剂的种类；混合物质的崩解温度取决于各组分的崩解温度。因此在选择产品的冻干保护剂时，应选择具有较高崩解温度的材料，使升华干燥能在不很低的温度下进行，以节省冻干的能耗和时间，提高生产率。
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甘氨酸、甘露醇、葡聚糖、木糖醇、聚维酮和蛋白质混合物等保护剂能提高产品的崩解温度。一些物质的崩解温度℃见表二十三
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表二十三 一些物质的崩解温度℃
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| 物质名称 | 浓度% | 温度℃ | 物质名称 | 浓度% | 温度℃ |
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| ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ----------------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ------------------------------------- | ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
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| 葡聚糖（右旋糖苷） 蔗糖 聚蔗糖 果糖 右旋果糖 葡萄糖 右旋葡萄糖 明胶 肌醇 司库乐 葡萄糖 乳糖 马尼妥 山梨糖醇 橘西乐 多缩葡萄糖低m.wt. PEG600 古力辛 丙氨酸 β－A 精氨酸 EACA AMCHA 巴比妥 | 10 5～50 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 5 10 | －9 －32 －19.5 －48 －44 －40 －41.5 －8 －27 －25 －40 －19 －4 －42 －44 －3 －10 －3 －3 －13 －35 －15 －4 －4 | 乳糖 麦芽糖 甲基纤维素 味精 卵清蛋白 聚乙二醇 聚维酮(PVP) 糖醇 柿子醇 氯化钠 GABA NaCl KCl 乙酸 枸椽酸 硫胺素硝酸盐 吡哆醇 抗坏血酸 抗坏血酸 纳阿斯考派脱 烟酰胺 潘妥颠钙 乙酸胺 | 10 10 10 10 10 10 10 5 10 10 10 10 10 | －32 －32 －9 －50 －10 －13 －23 －45 －26 －11 －20 －22 －11 －27 约＜50 －5 －4 －37 －37 －33 －4 －19 －25 |
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第五节 冻干保护剂
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在冷冻干燥的液体制品中，除了那些有活性、有生命或有治疗效果的组分之外，统称为冻干保护剂。它不同于佐剂，佐剂具有治疗效果，而保护剂则无治疗效果。
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有些液体制品能单独地进行冷冻干燥，但也有些液体制品进行冷冻干燥往往不易成功。为了使某些制品能成功地进行冷冻干燥，改善冻干产品的溶解性和稳定性，或使冻干产品有美观的外形，需要在制品中加入一些附加物质，它们就是保护剂，有时也称保护剂为悬浮介质、填充剂、赋形剂、缓冲剂、基础物等。保护剂对于冻干制品必须是化学隋性的。
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保护剂的作用：
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⒈细菌和病毒需要在特定的培养介质下生长繁殖，但有些培养介质与细菌和病毒往往难以分离，它们一般能成功地冷冻干燥在这些培养介质中。例如肉汤、脱脂、蛋白质等。
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⒉有些活性物质浓度极小，干物质含量极少。在冷冻干燥时已经干燥的物质会被升华的气流带走。为了改善浓度，增加干物质含量，使冻干后的产品能形成较理想的团块。因此需要加入填充物质，使固体物质的浓度在4～25％之间。这些填充物或赋形剂是：蔗糖、乳糖脱脂、蛋白质及水解物、聚维酮、葡聚糖、山梨醇等。
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⒊有些活性物质特别脆弱，在冷冻干燥时由于物理或化学原因会受到危害，因此加入一些保护剂或防冻剂，以减少冷冻干燥中的损害。例如，加入二甲亚砜、甘油、右旋糖苷（葡聚糖）、糖类、聚维酮等。
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⒋加入某些物质可以提高产品的崩解温度，以得到良好的产品并容易冻干。它们是甘露醇、甘氨酸、右旋糖苷、木糖醇、聚维酮等。
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⒌为了改变冻干液体制剂的酸碱度，从而改变共熔点以利于冻干，它们是碳酸氢钠、氢氧化钠等。
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⒍为了改变产品贮藏的稳定性、提高贮藏温度，增加贮藏时间，它们是：抗氧化剂类如维生素C、维生素E、氨基酸、硫代硫酸钠、硫脲等。
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保护剂的范围相当宽广，品种繁多，但找不到十分理想的保护剂。对于不同的冻干制品也没有一个保护剂的通用配方。每种产品的适宜保护剂需通过反复的试验才能确定。
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保护剂的种类按化学成份可分为以下几类：
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| 1.复合物 | 2.糖类 | 3.盐类 | 4.醇类 | 5.酸类 | 6碱类 | 7.聚合物 |
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| --------------------------------------------------------------------- | ---------------------------------------- | ------------------------------------------------------------- | ----------------------------------- | ---------------------------------------------- | ----------------- | ---------------------- |
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| 脱脂乳 明胶 蛋白质及水解物 多肽 酵母 肉汤 糊精 甲基纤维素 血清 蛋白胨 | 蔗糖 乳糖 麦芽糖 葡萄糖 棉子糖 果糖 乙糖 | 硫酸钠 乳酸钙 谷氨酸钠 氯化钠 氯化钾 硫代硫酸钠 醋酸铵 氯化铵 | 山梨醇 乙醇 甘油 甘露醇 肌醇 木糖醇 | 柠檬酸 磷酸 酒石酸 氨基酸 乙二氨四乙酸（EDTA） | 氢氧化钠 碳酸氢钠 | 葡聚糖 聚乙二醇 聚维酮 |
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第六节 影响干燥过程的因素
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冷冻干燥过程实际上是水的物态变化及其转移过程。含有大量水分的生物制品首先冻结成固体，然后在真空状态下由固态冰直接升华成水蒸汽，水蒸汽又在冷凝器内凝华成冰霜，干燥结束后冰霜熔化排出。在冻干箱内得到了需要的冷冻干燥产品。
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冻干过程有二个放热过程和二个吸收过程：液体生物制品放出热量凝固成固体生物制品为放热过程；固体生物制品在真空下吸收热量升华成水蒸汽为吸热过程；水蒸汽在冷凝器中放出热量凝华成冰霜为放热过程；冻干结束后冰霜在冷凝器中吸收热量熔化成水为吸热过程。
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整个冻干过程中进行着热量和质量的传递现象。热量的传递贯穿冷冻干燥的全过程中。预冻阶段、干燥的第一阶段和第二阶段以及化霜阶段均进行着热量的传递；质量的传递仅在干燥阶段进行，冻干箱制品中产生的水蒸汽到冷凝器内凝华成冰霜的过程，实际上也是质量传递的过程，只有发生了质量的传递,产品才能获得干燥。在干燥阶段，热的传递是为了促进质的传递，改善热的传递也能改善质的传递。
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如果在产品的升华过程中不提供热量，那么产品由于升华吸收自身的热量使其自身的温度下降，升华速率也逐渐下降，直到产品温度相等于冷凝器的表面温度，干燥便停止进行。这时从冻结产品到冷凝器表面的水蒸汽分子数与从冷凝器表面返回到冻结产品的水蒸汽分子数相等，冻干箱与冷凝器之间的水蒸汽压力等于零，达到动态平衡状态。
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如果一个外界热量加到冻结产品上，这个动态平衡状态就被破坏，冻结产品的温度就高于冷凝器表面的温度，冻干箱和冷凝器之间便产生了水蒸汽压力差，形成了从冻干箱流向冷凝器的水蒸汽流。由于冷凝器制冷的表面凝华水蒸汽为冰霜，使冷凝器内来自冻干箱内的水蒸汽不断地被吸附掉，冷凝器内便保持较低的蒸汽压力；而冻干箱内流走的水蒸汽又不断被产品中升华的水蒸汽得到补充，维持冻干箱内较高的水蒸汽压力。这一过程的不断进行，使产品逐步得到了干燥。
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升华首先从产品的表面开始，在干燥进行了一段时间之后，在冻结产品上面形成了一层已干燥的产品，产生了干燥产品与冻结产品之间的交界面(也称升华界面)。交界面随着干燥的进行不断下降，直到升华完毕交界面消失。当产生了交界面之后，水分子要穿越这层已干燥的产品才能进入空间；水分子跑出交界面之后，进入已经干燥产品的某一间隙内。以后可能还要穿过许多这样的间隙后，才能从产品的缝隙进入空间。也可以经过一些转折又回到冻结产品之中，干燥产品内的间隙有时象迷宫一样。
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当水分子跑出产品表面以后，它的运动路径还很曲折。可能与玻璃瓶壁碰撞、可能与玻璃瓶上橡胶塞碰撞、可能与冻干箱的金属板壁碰撞、也经常发生水分子之间的相互碰撞，然后进入冷凝器内。当水分子与冷凝器的制冷表面发生碰撞时，由于该表面的温度很低，低温表面吸收了水分子的能量，这样水分子便失去了动能，使其没有能量再离开冷凝器的制冷表面，于是水分子被“捕获”了。大量水分子捕获后在冷凝器表面形成一层冰霜，这样冷凝器表面温度就略有上升，但随来自于冻干箱内的水蒸汽负荷的逐渐减少，冷凝器冰霜表面温度就慢慢下降，从而也慢慢降低了系统内的水蒸汽压力，使冻干箱内的水蒸汽不断地流向冷凝器。随着时间的延长，冻干箱内不断对产品进行加热以及冷凝器的持久工作，产品逐渐得到了干燥。
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干燥的速率与冻干箱和冷凝器之间的水蒸汽压力差成正比，与水蒸汽流动的阻力成反比。水蒸汽的压力差越大，流动的阻力越小，则干燥的速率越快。水蒸汽的压力差取决与冷凝器的有效温度和产品温度的温度差。因此要尽可能地降低冷凝器的有效温度和最大限度地提高产品的温度。
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水蒸汽的流动阻力来自以下几个方面：
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⑴产品内部的阻力：水分子通过已经干燥的产品层的阻力。这个阻力的大小与干燥物质层的结构与产品的种类、成份、浓度、保护剂等有关。
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⑵容器的阻力：容器的阻力主来自瓶口之处。因为瓶口的截面较小，瓶口处可能还有某些物品。例如：带槽的橡皮塞、纱布等，瓶口截面大，则阻力小。
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③机器本身的阻力：主要是冻干箱与冷凝器之间的管道阻力，管道粗、短、直则阻力小。另外阻力还与冻干箱的结构和几何形状有关。
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加快冻干产品的升华速率办法如下：
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①提高冻干箱内产品的温度：能增加冻干箱内的水蒸汽压力，加速水蒸汽流向冷凝器，加快质的传递，增加干燥速率。但是提高产品的温度是有一定限度的，不能使产品温度超过共熔点的温度。
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②降低冷凝器的温度：也就降低了冷凝器内水蒸汽的压力，也能加速水蒸汽从冻干箱流向冷凝器的速率。同样能加快质的传递，提高干燥速率。但是更多的降低冷凝器的温度需增加投资和运行费用。
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减少水蒸汽的流动阻力也能加快质的传递，提高干燥速率。降低水蒸汽流动阻力办法有：
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①减小产品的分装厚度和增加冻结产品的升华面积；
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②合理的设计瓶、塞、减少瓶口阻力；
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③合理的设计冻干机，减少机器的管道阻力；
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④选择合适的浓度和保护剂，使干燥产品的结构疏松多孔，减少干燥层的阻力；
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⑤试验最优的预冻方法，造成有利于升华的冰晶结构等。这些方法均能促进质的传递，提高干燥速率
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冻干制剂经验谈
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对于冻干制剂，我在学习过程中累积了一些心得。然而篇幅有限，在此仅择其要义，概而述之。
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一、冻干制剂并不难
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冻干机体积硕大，动辄充栋盈屋。庞然如斯，总不免让人产生难以驾驭的错觉。其实，从冻干机理来看，冻干机无非就是一种两台大冰箱加一个真空泵的结构。其中一个冰箱首先负责把药品冻成冰块，然后开动真空泵营造一种低真空的环境。在此减压环境下，物体的沸点、熔点等热常数都相应降低，因而，箱内的药品轻微受热后即能在低温条件下从固体升华为气体。这些气体随即流向另外一个大冰箱，被捕捉下来重新凝结成冰块。当药品的水分完全抽干以后，便完成了一个冻干过程。
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冻干操作中最为关键的环节当数对制品共熔点（或共晶点）温度的把握。如果能够在制品温度上升到共熔点之前把大部分的水分抽去，那么成功也就为期不远了。所谓共熔点，就是溶液全部凝结的温度。
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常用的共晶点测量仪器主要是基于相变过程中电阻率突变的原理来制作的。但不少品种对共熔点（或共晶点）温度的要求并不需要过于精确，一般来说，我们可以在预冻阶段通过视窗来观察制品性状的变化来获得。当制品开始结冰的时候，浸入制品中的电热偶所探测到的温度会突然回升，这是因为结冰过程的放热现象所造成的。这时候，我们录得的温度就大致接近于共熔点（或共晶点）温度。
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在共熔点（或共晶点）之前抽去90%以上的水分的过程在专业术语上称为一次干燥期。判断一次干燥结束的时间也是比较重要的。过早或过晚判断，都会造成冻干品质的降低或能量和时间的消耗。最直观的方法，是根据制品的形状来判断。一次干燥后期，大部分水分被抽去。就好象随着洪水退去，墙面的水线不断下降一样，我们可以观测到制品上面也有一条水线不断下降，直至消失。水线消失，也就意味着一次干燥即将结束了。第二种方法，可以根据箱内压力的变化趋势来加以判断，当大部分被抽去以后，箱内的压力将不断下降，直至呈现线形。第三种方法，可以根据制品温度的变化来判断。当大部分被抽去以后，我们会发现，制品的温度与搁板的温度会越来越接近。
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为了缩短干燥时间，除了可在预冻阶段的晶形做文章以外，还可以在升华阶段适当地掺入气体，使真空值在一定范围内波动（一般不宜超过30Pa）。这种办法使热传递方式不再是靠热传导来主打，还增强了热对流的方式，加快了水分解析的速度，每每奏效。
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二、预冻速率
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我相信这样一种说法，即预冻过程在很大程度上决定了干燥过程的快慢和冻干产品的质量。通常介绍冻干理论的书籍都会提到，降温速率越大，溶液的过冷度和过饱和度愈大，临界结晶的粒度则愈小，成核速度越快，容易形成颗粒较多尺寸较小的细晶。因而冰晶升华后，物料内形成的孔隙尺寸较小，干燥速率低，但干后复水性好；相反，慢速冻结容易形成大颗粒的冰晶，冰晶升华后形成的水气逸出通道尺寸较大，有利于提高干燥速率，但干后复水性差。这样说当然没有错，可是不要忘记，这种理论是在受热均匀的前提下得出来的，然而我们厂里的冻干机所提供的冻干条件却没有这么理想，所谓快冻慢冻，可不是导热油降温快慢一句话可以了得的。相对而言，我还是比较赞成医药网络论坛战友tinybayonet 的提法。他把快冻慢冻分为以下几类：1、板温降得较快，且板温比品温低很多，则制品底部先冻结产生结晶，但上部液体仍较热，所以不至于瞬间全部结晶，结晶会缓慢生长，就得到了慢冻的效果。2、板温降得较慢，板温与品温相差不大，则制品整体均匀降温，并形成过冷，当能量积累足够时，瞬间全部结晶，得到了快冻的效果。3、板温降得很慢，并在低于共熔点的适宜温度保持（或缓慢降温），则制品形成较小的过冷度，液体中先出现少量结晶，继续降温结晶生长，得到大结晶，这即是真正的慢冻。4、制品浸入超低温环境（如液氮），整体瞬间结晶，形成极细小的晶体（或处于无定形态），这即是真正的快冻。对于 tinybayonet提到的这几种现象，我都在试验过程中发现过，因此，我还是比较赞成这种划分方法的。更何况，企业大多数情况下还是采用瓶冻的冻干方法的，瓶冻的受热不均匀现象就更明显了。根据对瓶装制品搁板预冻过程的研究，样品初温越高，料液上下部分的温度梯度越大，冰晶生长速度越慢。溶液若慢速降温，则形成冰晶比较粗大，冰界面由下向上推进的速度慢，溶液中溶质迁移时间充足，溶液表面冻结层溶质积聚也就多。因而导致上表层的溶质往往较多，密度较高，而下底层密度较小，结构疏松。同时，在不同的预冻温度下冻结的样品，干燥后支架孔径处有明显差异。预冻温度愈低，支架孔隙直径愈小。这种分层现象，在骨架差的制品上体现得最为明显，或者底部萎缩，或者中间断层，或者顶部突起，或者顶部脱落一层硬壳，不一而足。
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为了解决瓶冻分层的现象，在实践中，有人提倡使用三步法，即将样品从室温先冷却至样品的初始冻结温度（冰点）；停止降温过程，使样品内温度自动平衡，消除其内的温度梯度；然后再迅速降温，由于此时样品整体温度离结晶温度较近，且样品在冻结过程中，样品温度下降较慢，故样品在冻结过程中温度梯度会相对较小，冰晶生长速度必相对较快。如此，便提高了预冻速率，解决了溶质聚集在上层的问题。不过，并不是所有的品种使用了三步法后都能取得明显效果的。
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三、溶媒结晶品和冻干品的优劣
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商务部有位同事曾经问我，溶媒结晶品和冻干品，孰优孰劣？我当时都不知道如何回答。在我看来，很难一言以蔽之。理论上，冻干品中的活性成分以结晶态或无定形态（非晶态）的形式存在。一般对于抗生素来讲，以晶态存在时，具有更高的稳定性。在储存过程中，无定形态总有向晶态转变的趋势。因此，我只能说在许多情况下溶媒结晶的抗生素类稳定性可能要好一些。不过，这种差别有时候不是特别大，而且溶媒结晶品的价格可能数倍冻干品，两相权衡，有些人还是会选择冻干品的。只是，我有一点困惑。理论上，晶态结构的溶解性要比无定形态差，可是有人研究发现，对于某些抗生素药物，溶媒结晶品的溶解性优于冻干品。关于这种现象，我一时间找不到理论支持，甚为困惑。至于生物类制品就不一定欢迎结晶态了，因为冻结过程中冰晶的生长会对组织和结构造成损坏。顺便提一下，非晶态材料主要有金属、无机物和有机物三类。玻璃态原来专指硅酸盐类的无定形态，可是后来泛而用之，所有的无定形态（非晶态）也称为玻璃态了。
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四、关于澄清度和可见异物
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有位第四军医大的网友包老师，很喜欢跟人切磋冻干问题。他认为，浑浊、乳光或可见异物的出现与不溶性微粒的大小有关。小于10nm的微粒才是清澈透明的；当微粒大于100nm时，微粒出现在溶液中,可以引起浑浊；在10-100nm范围内，产生光散射，就可以观察到乳光、浑浊；微粒再大一些，就有沉淀和结晶析出了，这就是微米级的了。我不知道他这种说法出处在哪，可是根据我自己的体会，我是赞成的。至于形成微粒的原因，林林总总。
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1、配料工艺。
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如配料的水温、加料的顺序、活性炭的吸附时间和温度、料液放置时间等。
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2、物料稳定性
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有的原料存在多晶型，不同晶型的稳定性是不一样的；有的原料对温度敏感；有的原料对pH敏感；有的原料对氧化敏感等。不稳定性物质的分解物很可能就是异物的来源。
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3、料液性质
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料液的浓度是个很重要的因素，这个恐怕不需要强调了。此外，对于料液的 pH稳定性也要给予足够的重视。比如，使用缓冲对时，分析课本上的三大原则要谨记：pka尽量接近于pH，尽量使缓冲比接近于1，浓度适当地大。
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4、辅料性质（如挥发性等）
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最明显的就是盐酸、碳酸氢钠等例子。
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5、预冻
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关于快冻、慢冻等老生常谈的话题不提也罢，倒是反复预冻有点意思。反复预冻可以减小由于成核温度差异造成的冰晶尺寸差异及干燥速率的不均匀性，提高干燥效率和制品均匀性，强化结晶，使结晶成分和未冻结水的结晶率提高。大家可以在实践中揣摩一下它的妙处。
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6、升华
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升华速度和温度对澄清度会有影响，我了解到的情况主要有以下两点。
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第一，主要是一次升华期。如果率先干燥的上层物料温度上升得过快，达到崩解温度时，多孔性骨架刚度降低，干燥层内的颗粒出现脱落，会封闭已干燥部分的微孔通道，阻止升华的进行，使升华速率减慢，甚至使下层部分略微萎缩，影响制品残留水分的含量，导致复水性、稳定性和澄清度同时变差。
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第二，主要是二次升华期。小晶体由于具有很高的表面能，在热力学上是不稳定的，尤其是快速冷却过程中形成的小冰晶，在加热时有可能会发生再结晶，小冰晶之间相互结合形成大
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冰晶，使其表面积与体积之比达到最小，而大冰晶使冻干品外观不好，复水性差。因此，过高温度或过长时间地升华或保温，有时候会对某些品种不利，最明显的例子就是澄清度不合格。
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7、制品成型性、残留水
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有的品种，不怕空气，就是怕温度或水分。一旦获得了水和温度，变化就很迅速了。
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8、真空、充氮
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有没有抽真空，有没有充氮，能否将制品与氧气彻底隔离起来，避免缓慢氧化，有时候显得格外重要的。
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9、内包材。
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最常见的例子就是胶塞。胶塞不仅可能吸附主药，还可能含有许多助剂，比如硫化剂。丁基橡胶药用瓶塞的生产过程中少不了硫化。在其硫化过程中，不同的硫化体系，其生成的交联键型和可迁移物质不同，这样胶塞在储存、高温消毒、药品封装中，低聚物的迁移性分子键联的稳定性均不同，从而影响药物的相容性。此外，在瓶塞的生产、加工，包装、储运等过程中，均不可避免地会发生瓶塞与设备之间，瓶塞与瓶塞之间摩擦，这些摩擦不可避免地产生了微粒。因此，作为制剂企业，如何避免胶塞清洗过程中的过多摩擦，也是车间技术人员需要注意的地方。还有瓶塞的透气性，透水性易造成对水份敏感的制剂吸潮变质。作为制剂厂，我们至少要保证清洗以后的胶塞能得到良好的烘干。
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10、结晶原理
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无论是小水针还是冻干品，都经常听见谁在求助某某品种出现澄清度或可见异物不合格。我猜想，有一部分原因可能与结晶有关。一般来说，浓度较高的料液中的可溶性粒子都具有成为结晶理论中的核前缔结物的可能，当具备一定的形成结晶的条件时，这些核前缔结物就会不断合并，形成晶核。晶核一旦产生，晶体就生长起来了。结晶原理告诉我们，无论是晶体生长线速率，或是晶体生长的质量速率，都取决于溶液的过饱和度或熔体的过冷度，取决于温度、压力、液相的搅拌强度及特性、杂质的存在等。
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（1）搅拌能促进扩散加速晶体生长，但同时也能加速晶核的形成。
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（2）温度升高有利于扩散，也有利于表面化学反应速度提高，因而使结晶速度增快。
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（3）过饱和度增高一般会使结晶速度增大，但同时引起黏度增加，结晶速度受阻。
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（4）至于杂质，其作用机理则是比较复杂的。下面重点阐述：
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无机的和有机的可溶性杂质，可以对过饱和度、新相晶核形成以及晶体生长产生很大的影响。这些作用的机理也许是不同的，它既取决于杂质和结晶物质的性质，也取决于结晶的条件。当杂质存在时，物质的溶解度可能发生变化，因而最终导致溶液的过饱和度发生变化。溶解度变化的原因可能不同，既可能是出现盐析效应，溶液的离子力作用，也可能出现化学相互作用。杂质也可能与所生成的新相晶粒直接作用。可能是杂质粒子直接参与核前缔合物的长大过程，也可能吸附于结晶中心的表面上。同时，成核的速度可能因此而减慢，也可能加快。杂质还可能导致结晶物质的晶形的变化，具体地说，导致晶面大小比例的变化。举例来说，从不含杂质的氯化铵溶液中结晶得到的是数枝状晶体，但是在含有杂质的氯化铵溶液中，树枝状的晶体分解为单独的箭形和十字形的连生体，甚至渐变为荷叶形、玫瑰花瓣形晶体，至于最终变成哪种形状的晶体，取决于杂质的浓度。晶面形状开始发生变化时的杂质浓度，称为限界浓度。（注意：晶形不同于晶体型，晶形的变化是指晶面大小比例的变化，晶面大小比例的变化无论如何也不会影响晶格结构，也就是晶型，无论晶面形状发生什么变化，晶格结构都是一样的。）
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医药网络论坛战友“我的每一分钟都在思考”曾举了个肌苷口服液和肌苷注射液的例子，在此例中，尽管使用的肌苷原料都是药典标准，在配置过程中，加碳前仍旧能观察到溶液呈明显的乳光，但是，加碳吸附、过滤后溶液就变的澄清了。这是个最明显的例子，尚且可以通过滤膜除去，换成其他品种就没那么容易察觉了，常常令人感到难以理解，这就要靠技术人员根据不同品种、不同生产条件去积极探索了。
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冻干制剂经验总结
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1、文献资料查阅。
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包括：其它剂型的质量标准；相关专利；欧洲药典及美国药典；期刊杂志中关于化学稳定性、水溶性等基础研究报道等等。
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2、参照该主药的其它剂型，确定冻干制剂的pH值。
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1） 如pH值在3~10之间，且允许波动2个以上的pH值，例如pH值为3~5，并且，原料的pH值能稳定地在限定的pH值范围内，可以不调节pH值；例如曲克芦丁。
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2） 但如果允许波动的范围小于2个pH值，则要考虑通过缓冲溶液来控制，常用的缓冲对参照有关工具书；例如：盐酸纳洛酮。
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3） 如果缺乏相关资料，得做不同pH值溶液的稳定性试验及pH值对主药在水中的溶解度影响试验，根据试验结果确定pH值。例如黄芩苷葡甲胺。
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3、考察主药在水中的溶解度。主要考察主药冻干剂规格量能否在1~2ml水中很好的溶解；可以考虑通过对pH值的调节，在保证稳定性前提下，提高其在水中的溶解度。例如：泮托拉唑（pH值为12）。
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4、初步稳定性试验，影响因素包括：pH值、温度、抗氧剂、EDTA-2Na、通氮气或二氧化碳等。最好通过正交试验完成。根据试验结果确定冻干剂的各因素值。
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5、测定共晶点。包括不加辅料、加不同辅料及不同用量辅料等。
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6、辅料的选择。包括不同的辅料及不同用量的辅料。选择指标：成型性及复水性。
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7、除菌除热原条件筛选。因素包括：活性碳用量、温度、时间等。
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8、考察辅料对含量测定的影响。支撑剂、缓冲剂、抗氧剂等辅料是否影响主药的含量测定及相关物质的限度检查。
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9、中试设计。中试条件与小试不完全一样，充分考虑各步骤的可操作性，确定中试工艺。
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中试注意事项：
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1）投料。为确保含量符合要求，常规是按105%投料；
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2）配液完成，在灌装前，最好取样检测中间体溶液，重点是pH值、含量、澄明度；如果结果不符合要求，pH值可以直接调节，澄明度可以考虑多过滤一次，至于含量，如果低于90%或者高于110%，按操作失败处理，必须仔细查找原因；
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3）灌装时，考虑到流动性的差异，实际装样量必须测定，不能以标示为准。例如，调节移液枪标示为2.0ml，移取400mg/ml的曲克芦丁溶液，实际转移量只有约1.8ml。
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10、个案分析
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一）、盐酸纳洛酮
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问题一：盐酸纳洛酮损失约70%
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可能原因：1）水溶液中的热稳定性很差，在配液的过程中大量损失；
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2）活性炭高度吸附。
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探索：针对两条可能原因，分别做了热稳定性实验及活性炭吸附试验，结果：盐酸纳洛酮的热稳定性较好，排除第一条原因；0.06%量的活性炭能吸附约70%的盐酸纳洛酮。
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解决方案：重新设计工艺，在配液及除热原时，先用活性炭处理其它辅料，过滤后再加入主药（盐酸纳洛酮）
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问题二：在整个生产操作过程中，盐酸纳洛酮的冻干品，保持较好的形状，但最后，半真空压塞时，整个冻干品皱缩。
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可能原因：1）冻干品含水量较高，引起皱缩；
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2）pH缓冲剂影响成型
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3）主药对成型的影响（这一条应该是首先考虑的因素，在实验室小试时，得出结论：在不加入任何辅料的情况下，支持剂甘露醇的用量在20mg/支以上，能保证具有较好的成型性，甘露醇的用量低于20mg/支，不能较好成型或不能成型）
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探索：检测冻干品的水份含量为1.68%，符合冻干剂对水份含量的要求（不大于5%），初步认为，完全因为水份而引起皱缩的可能性较小；
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配得缓冲液一份（0.2M磷酸氢二钠：0.2M柠檬酸6：14），分别将其用去离子水稀释10、15、50、100倍，测其pH值，分别为3.50、3.46、3.47、3.50、3.62；初步认为，该缓冲液稀释50倍时，能保持较好的缓冲能力。
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配得不同浓度的缓冲液，配液冻干，考察外观，各缓冲液的浓度如下：
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1号不能成型，2至5号都能较好成型，继续留样考察，解决方案：调整缓冲剂的浓度，从稀释10倍到稀释50倍；
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二）曲克芦丁
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问题1：装量不准。
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注射用曲克芦丁确定的规格为（标示量）400mg/2ml，用移液枪移取配制的曲克芦丁溶液，2.10ml（105%）灌装，连续冻干几批，发现装量每次大约是标示量的90%，要想保证送检合格，是肯定不行的，问题出在哪？
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分析解决：用移液枪移取400mg/ml曲克芦丁溶液2.10ml，注入西林瓶中，然后用1ml注射器（或进样器）小心地将西林瓶中的溶液回吸，发现溶液量低于2.0ml！这可能是溶液浓度高，粘度大造成移取不准。调节移液枪，使移取量用1ml注射器回吸测量为2ml时为宜。大生产中采用同样的方法，连续生产了几批，平均装量为101%左右，非常理想。
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问题2：热原检查不合格。
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连续几批小试（洁净工作台操作）及中试（GMP车间生产），产品检验，标示量、澄明度、无菌等均合格，唯独热原不合格。
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分析解决：由于以前在洁净工作台操作都能保证热原合格，这次出现问题，开始怀疑工作台的过滤装置是否需要清洁（已经有1年多未换新了），后来转至车间生产，没想到又是热原不合格！
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经冷静思考，决定从源头查找，打电话询问原料供货厂家，答复是由于最近生产的货均发出去了，所以给发了一件较早批号的货，（原料检验没有无菌、热原项目，也就是说这批原料也是合格品）。重新购买了一批原料，最近批号，并特别强调在无菌车间分装，一切OK。
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楼主的纳洛酮以甘露醇为支架剂，由于本品的规格很小，作为支架剂的浓度应该至少在3%左右才好，低于2%冻不成形很正常。规格小，而且主药自身的溶解度很不错，从一开始就应该考虑浓配法进行活性炭吸附。本品原料自身的pH在6-7之间，以甘露醇为支架剂的确无法将pH控制在3-4之间，但楼主好像没有考虑使用其它支架剂而是直接以缓冲盐来控制，冻干品中加入缓冲盐通常都会造成共熔点下降而使冻干难度增大，很多厂家的预冻温度都难以达到-40度，共熔点的下降有时会对生产带来较大的麻烦。只要支架剂选择合适，冻干时以稀盐酸作为pH调节剂还是可以起到良好效果的，冻干之后也不会发生pH升高现象。
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另外，楼主筛选处方时好像把所有的注意力都集中在工艺方面了，对于处方没有做过太多的考察，本人多次试验证明，盐酸纳洛酮和甘露醇一起冻干后，其产品在高温下不稳定，有关物质会显著增加，而与其他支架剂一起冻干后就不会出现同样的情况，因此我认为甘露醇作为支架剂是不合适的。
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阿奇霉素冻干粉针剂试制的实用工艺
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本品系采用阿奇霉素无菌冻干粉针剂，按干品计算每mg效价必须>600阿奇霉素。其操作过程为：单位原料—称量—配剂—除菌过滤—灌装—半加塞—冷冻干燥—轧盖—灯检—贴签—入半成品库—待检合格—外包装—成品—入库。
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本产品从西林瓶的清洗、灭菌到灌装，都在联动生产线上进行，只是配剂在局部百级的洁净室中进行，胶塞和铝塑盖的消毒在双扉灭菌柜中进行，使用时在万级洁净区
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的局部百级环境中进行操作。灌装后进行半加塞，装满一托盘后立即加套圈送入干燥箱冻干，待冻干结束后压塞、出柜送入轧盖、灯检、贴签。我们将试制的三批产
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品按药典进行全面检测，完全符合药典要求并作为GMP产品认证产品上报。还作为国家认证小组对冻干生产线通过GMP认证的验收依据。试制工艺过程如下：
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1．在配制好的阿奇霉素粉针剂溶液要除菌过滤时，取消了常规的粗滤、精滤几道复杂工艺，而几种不同的孔径的滤膜重叠在一起，全过程一次完成，达到了除菌效果，比分几次过滤造成损失要少得多，且药液澄清透明无毛点，符合GMP要求。
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其具体的方法是：使用一只容量2000ml的筒式除菌过滤器，在滤器底部支撑板上先放一层绸布后，将ф0.2µm滤膜放在绸布上，再放一张绸布和ф0.45µm滤膜，把微孔滤膜孔径最大的放在最上面，在其上再放一层绸布，以免加药液时冲破滤膜，全部装好再蒸汽灭菌（>121℃，30分钟），使用前加灭过菌的纯水冲洗滤膜和连接收液管内壁，然后再作发泡试验，确定滤膜无破裂后，就可正式过滤药液，过滤速度可调节进气压力，由于容器装量有限，若药液量大，第一次滤完可继续加药液，继续除菌过滤，（2000ml筒式过滤器可一次除菌15000ml至20000ml药液或其它溶液），若扁型滤器也可采用同样方法只是附加一个贮液桶，通过实验确定最大过滤量后，可一次完成除菌。若要加活性炭进行吸附少量变性变质和色素的产品，最好以纸浆布氏漏斗粗滤去碳后，再以上述方法除菌。
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2．使用不锈钢限位器。产品冻干后，在干燥箱内进行真空压塞封口时，为了不受产品的数量限制，各层搁板上可放置不锈钢限位器，使不同规格的产品都可同样进行压塞封口，保证产品小瓶不被压坏。
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具体方法：先用游标尺测量好瓶子高度，再加上胶塞在瓶口上的1/2厚度就是不锈钢限位器的高度，如瓶子高度42mm胶塞在瓶口上高2mm，不锈钢限位器高度为43mm，冻干前就将以消毒的限位器放在搁板四个角，中央再放一个，这样就能保证压力的均匀，不受制品瓶子数量的限制。若同一产品使用几种不同规格的容器时，只要求每层搁板四个角上放置与容器相适应的限位器就能做到一次压塞封口，确保每种规格产品质量，需要考虑两个问题：①全箱产品浓度一致；②药液在容器内的高度做到一致，就能确保产品残余水分符合规定的指标。
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3．在容器小，冻干产品装量多的情况下，再无法用双倍水样法和真空压力回升法来确定冻干何时结束时，可采用注射用水与产品一起冻干，根据注射用水升华完毕就可确定产品冻干的结束时间。
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具体方法是：若冻干一种从未接触过的产品用7ml的西林瓶冻干5ml的药液时，就可先取3只空瓶，先加注射水2ml进行冻结后再往每瓶中加4ml的药液放置在观察窗口边，若瓶底的冰升华完毕，就可结束冻干压塞，封口，其残余水分低于3%以下。原理是产品升华比注射水升华过程所受的阻力大，但此时冰升华的水气分子还必须通过药品的干燥层，当增加的2ml冰升华完，比单纯5ml药液升华后的含水量要更低一些。
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4．在冻干过程中利用冻干机自身系统调节真空度，并控制在8-13Pa，而大部分时间真空泵不运转，全程时间可缩短6-8小时。在冻干最初阶段，真空泵一般停止30分钟起动一次，每次运转5-7分钟，但冻干后期真空泵每隔2-3小时才运转一次，时间约5分钟，节约了能源（水电）和机器的磨损，提高了产品的质量，降低了成本。
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5．当某些产品溶液冻结后，由于蒸发面积大，瓶口小，无法使用半加塞冻干时，只好直接敞开瓶口冻干，待冻干结束后取出产品瓶，用手工无菌操作将丁基胶塞盖在瓶口上，任其自然摆放，再送入能自动压塞的冻干机干箱内抽真空2小时，真空度控制在40Pa左右时，再进行自动压塞封口，出箱后经高频火花真空检测仪，逐瓶检测，其真空率高达99.5％左右。例如：给＊＊＊公司加工冻干产品，用直径42mm高73mm瓶口内径12mm瓶子规格50ml，实际装量20ml，血浆在容器内的高度21mm。显然再用12mm直径的半加塞会延长升华时间，只好敞开瓶口冻干1300瓶血浆，待冻干结束后，将全部产品取出，用摄子夹上已消毒干燥好完整的丁基胶塞；逐瓶盖上重新整盘放入干箱搁板上，关上箱门，抽真空2小时，控制真空度在20-40Pa进行箱内自动压塞，取出用高频火花真空检测仪逐瓶检测，结果只有3瓶无真空，只占0.023％。另外加工＊＊＊产品，用7ml规格西林瓶，每瓶灌装5ml敞口冻干，共冻干1525瓶。冻干结束后取出；采用上述同样方法，出箱后经检测有8瓶无真空，占总量的0.525％。
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6．
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在冻干箱对产品预冻时，由于产品共熔点温度低，冻干箱冷却温度达不到要求温度时，可利用产品在真空升华时的吸热，降低产品自身温度，使其冻结更坚实，不致因冻结不彻底，使产品加热升华时起泡，溢出瓶口造成冻干无法继续进行并且造成重大损失。例如：我们在冻干＊＊＊产品时，该产品共熔点温度-45℃——-50℃，但设备搁板只能降温至-38℃— -39℃，加热就冒泡，我们就只好抽空2小时，产品温度降至-45℃，从而解决了该产品的冻干难题。最近我们给＊＊＊加工一种冻干产品，要求产品温度低于-40℃，但由于当时室温高达40℃，冷冻机冷凝器水温28—30℃，当两台制冷机使冷阱降温到-43℃时，开始抽真空，突然冷阱泄漏使大量空气进入冷阱，其温度回升到-20℃，制品温度也回升至-33℃。这种情况下两台制冷机只有集中向冷阱制冷使冷阱温度又降至-43℃，重新开始抽真空2小时后，产品温度靠自身升华吸热从-33℃降至-40℃，在不影响产品质量的前提下最终完成了该产品冻干任务。详见下表：
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产品自身吸热降温统计表
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| 时间 | 制品温度（℃） | | | | 冻干箱/冷阱温度（℃） | | 真空度pa | |
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| ----- | -------------- | ----- | ----- | ----- | --------------------- | ------ | -------- | ----- |
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| | 1 | 2 | 3 | 4 | 搁板℃ | 冷阱℃ | 冻干箱 | 冷阱 |
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| 17:00 | -37.2 | -38.2 | -36.8 | -35.2 | -40.7 | -40.2 | 23.6 | 23.2 |
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| 18:00 | -34.1 | -36.3 | -33.7 | -32.5 | -29.3 | -28.2 | 232 | 232 |
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| 18:41 | -34.1 | -36.3 | -33.7 | -32.5 | -28.3 | -28.2 | 232.6 | 232.6 |
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| 19:44 | -40.2 | -41.1 | -40.7 | -39.6 | -45 | -64.9 | 7.4 | 0 |
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东富龙冷冻干燥技术介绍
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![COO 410 ]()
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冻结真空干燥（以下简称冻干）是一个稳定化的物质干燥过程。是将含水的物质，先冻结成固态，而后使其中的水分从固态直接升华变成气态排除，以除去水分而保存物质的方法。溶液状态的产品经冷冻处理后，先后经过升华和解吸作用，使产品中的溶剂减少到一定程度，从而阻止微生物的生成或溶质与溶剂间的化学反应，使产品得以长时间保存并保持原有的性质。
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真空冷冻干燥法是液态→固态→气态的过程。在冻干过程中，溶质颗粒之间的“液态桥”已被冻成“固态桥”，两颗粒间的相对位置已经被固定下来，并且两颗粒之间不存在气液界面的表面张力。随着溶剂的不断升华，“固桥”不断减少，但两颗粒之间的相对位置已不再发生变化，直至“固态桥”完全消失。
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水和溶液的性质
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水有三态，固态、液态、气态。三种状态可以相互转化。对应 0 ℃、 610Pa 以下所有过程，只要符合一定的条件都可成为升华过程
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。物质有固、液、汽三态。物质的状态与其温度和压力有关。如图所示，水 (H2O ）的状态平衡图。图中 OA 、 OB 、 OC 三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸汽、冰和水蒸汽两相共存时其压力和温度之间的关系。分别称为溶化线、沸腾线、升华线。此三条曲线将图面分成 I 、 II 、 III 三个区域，分别称为固相区、液相区和气相区。箭头 1 、 2 、 3 分别表示冰溶化成水，水汽化成水蒸汽和冰升华成水蒸汽的过程。曲线 OB 的顶端有一点 K ，其温度为 374 ℃，称为临界点。若水蒸汽的温度高于其临界温度 374 ℃时，无论怎样加大压力，水蒸汽也不能变成水。三曲线的交点 O，为固、液、 汽三相共存的状态，称为三相点，其温度为 0.01 ℃，压力为 610Pa 。在三相点以下，不存在液相。若将冰面的压力保持低于 610Pa ，且给冰加热，冰就会不经液相直接变成气相，这一过程称为升华。
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溶液的冷冻干燥过程
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冻干溶液一般都是配置成含固体物质4%-25%的稀溶液。溶液里水的组成：
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1、大部分水是以水分子的形式存在于溶液中的自由水。
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2、少部分是吸附于固体物质晶格间隙中或以氢键方式结合在一些极性基因团上的结合水。
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3、固定于生物体和细胞中的水，大部分也是可以冻结和升华的自由水。也含有一些不能冻结、很难去除的结合水。
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冻干的目的就是在低温、真空环境中除去物质中的自由水和一部分吸附于固体晶格间隙中的吸附水。冻干过程分为以下几个步骤：
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预冻结：预冻是将溶液中的自由水固化，赋予干后产品与干燥前有相同的形态，防止抽空干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化发生。
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溶液在冻结过程中，需过冷到冰点以下，其内产生晶核以后，自由水才开始以纯冰的形式结晶，同时放出结晶热，使其温度上升到冰点，随着晶体的生长，溶液浓度增加，当浓度到达共晶浓度，温度下降到共晶点以下时，溶液就全部冻结。
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冷却速度愈快，过冷温度越低，所形成的晶核数量越多，晶体来不及生长就被冻结，形成的晶粒数量越多，晶粒也细。冷却速度慢，形成的晶粒数量越少，晶粒也粗大。冻干制品升华前，必须冻结到一定的温度，这个温度应设在制品的共熔点以下10至20℃左右，如不经过预冻直接抽真空，当压力降到一定程度时，液体就会被抽去。这种情况也叫蒸发，这种蒸汽叫做不饱和蒸汽，如果制品冻结不实而抽真空，液体中的气体迅速逸出而引起“沸腾”的现象。制品如在“沸腾”中冻结，有部分可能逸出瓶外，引起药物损失或使制品表面凹凸不平。由此可见，共熔点的温度是保证产品正常干燥的最安全的温度，只能比它低，不能高于共溶点温度。
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升华干燥（一次干燥）
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将冻结后的产品置于一闭的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸气逸出而使产品脱水干燥。干燥是从外表面开始逐步向内推移的，冰晶升华后残留的空隙变成尔后升华水蒸气的逸出通道。升华所需的热量由以下几种途径得到：固体的传导，辐射，气体的对流。
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产品升华时受以下几个温度限制：
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产品冻结部分的温度应低于产品共溶点的温度。产品干燥部分的温度要低于其崩解温度或容许的最高温度（不烧焦或性变）。最高搁板温度。
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解析干燥（二次干燥）
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第一阶段干燥是将水以冰晶的形式除去，因此其温度和压力都必须控制在产品共溶点以下，才不使冰晶溶化。对于吸附水，由于其吸附能量高，如果不提供足够的能
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量，水就不可能从吸附中解析出来。为了使解析出来的水蒸气有足够的推动力逸出产品，必须使产品内外形成较大的蒸汽压差，所以箱体内要保持高真空。第二阶段干燥后，产品残余水分的含量一般可以控制在0.4%-4% 之间。
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冻干过程的几个关键概念
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共晶温度
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几种物质组成的混合溶液，在冻结过程中，开始时某些组分结晶析出，使剩下的溶液浓度发生变化。当达到某一温度或温度区域时，其液态和所形成的固态中的组分完全相同，这时的溶液称为共晶溶液，这时的温度或温度区间称为该溶液的共晶点或共晶区，也称为完全固化温度，它是产品在冷却过程中从液态结束转向固态的最高温度。共晶温度为冻干过程中预冻应达到的最高温度，一般预冻过程应低于其共晶温度10-20℃。
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共溶温度
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固态混合溶液在升温融化过程中，当达到某一温度时，固体中开始出现液态此温度称为溶液的共溶点，或称开始溶化温度。它是产品升温过程中从固态开始出现液态的最低温度。在一次干燥中物料冻结层温度一定要低于共溶点。
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共晶点的测定有电阻测定法、热差分析测定、低温显微镜直接观察、数字公式计算测定。
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溶液冻结过程中，由于离子的漂移率随温度的下降而逐步降低，电阻增大，只要有液体存在，电流就可流动，一旦全部冻结，带电离子不能移动，电阻会忽然增大，根据这个原理，测出溶液的共晶点。
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塌陷温度（崩解温度）：
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冻干时物料中的冰晶消失，原先为冰晶所占据的空间成为空穴，因此冻干层呈多孔蜂窝状海绵体结构。此结构与温度有关。当蜂窝状结构体的固体基质温度较高时，其刚性降低。当温度达到某一临界值时，固体基质的刚性不足以维持蜂窝状结构，空穴的固形物基质壁将发生塌陷，原先蒸汽扩散的通道被封闭，此临界温度称为冻干
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物料的崩溃温度或塌陷温度。
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玻璃化转变温度：
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当温度降低时，液态转变为固态，有两种不同状态：晶态和非晶态。在非晶态固体材料中，原子、离子或分子的排列是无规则的。因为人们已习惯将融化物质在冷却过程中不发生结晶的无机物质称为玻璃，所以后来逐渐地将其他非晶态均称为玻璃态。由于在药品冻干中要求更加严格，希望药品在冻干过程中处于玻璃化温度以下。但这里玻璃化转变温度不是指完全的玻璃化，因为完全的玻璃化是指整个样品都形成了玻璃态，实现完全玻璃化要求极高的降温速率，几乎是不可能的。冻干过程的玻璃化温度指最大冻结浓缩液的玻璃化转变温度。因为在冻结过程中随着冰晶的析出，剩余溶液的浓度逐渐增加，当达到一定浓度时，剩余的水分不再结晶，此时的溶液达到最大冻结浓缩状态，对应的温度称为最大冻结浓缩液的玻璃化转变温度。
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冻干的三个关键要素
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一、处方
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确定处方是最关键的步骤。
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溶液的组成关系到冷冻、升华等步骤的实施。
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处方包括：
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活性成分；赋形剂；工艺用水。
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二、重要的热力学性能:(冻干工艺曲线)
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过冷的程度；结晶的程度；崩解温度或共晶温度；亚稳状态间隙物质的相变化；溶液的结晶热；间隙物质的熔化温度。
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三、好的冻干机
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满足GMP要求；性能卓越；能量随意调节；重演性强。
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冻干曲线的制定
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冻干曲线是表示冻干过程中产品的温度、压力随时间而变化的曲线。冻干曲线的形状与产品的性能、装量的多少、分装容器的种类、设备条件等许多因素有关。制定冻干曲线，主要确定以下参数：
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a、预冻速率
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预冻速率的快慢，对产品中晶粒的大小、活菌的存活率和升华速率有直接影响。慢冻晶粒大，产品外观粗糙，不易损伤活菌，但升华速率快。速冻晶粒小，产品外观细腻，升华速率慢。
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b、预冻温度
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制品温度应低于其共溶点5-10℃。
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c、预冻时间
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预冻所需时间要根据不同的具体条件而定，总的原则是应使产品各部分完全冻牢。在制品温度降到预定的最低温度后，还需在此温度下保持1-2h，才能进行升华。
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d、冷凝器降温时间和温度
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冷凝器温度的高低，应根据制品升华的温度而定。升华温度低，相应要求冷凝器的温度也低。升华的最佳速率是在产品升华温度的饱和蒸汽压力的二分之一左右。过低的压力不仅不能加快升华，相反还会向产品的供热性能差，降低升华速率。
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e、升华速率和干燥时间
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升华速率主要由给搁板的供热能力和冷凝器的捕水能力而定。只要干燥箱内的压力维持在允许的最高压力下，升温速率就可提高。一次干燥时，可粗略的以每小时干燥制品厚度1mm计。可以根据下列现象来判断：
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1、干燥层和冻结层的交界面达到瓶底并消失。
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2、产品温度上升到接近导热油的温度。
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3、干燥箱内压力下降到冷凝器的压力，两者接近且压力维持不变。
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4、关闭中隔阀，箱内压力上升速率与干箱的泄漏率接近。
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上述现象发生后，再延长0.5-1h，一次干燥结束。
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二次干燥时，产品的温度可提高到允许的最高温度以下，使结合水和吸附于干燥层中的水获得足够的能量，从分子吸附中解析出来。二次干燥的时间为一次干燥时间的0.35-0.5倍。
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要不断去优化冻干工艺曲线：一个好的冻干工艺应是个性化的，具有产品质量稳定、时间短、能耗低的特征。在冻干工艺研究中，应用化学、分子学的观点去观察问题，用机械、电子、计算机的方法去控制问题。
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![00
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* 40
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冷 度
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冷 器 度
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板 冷 蝍
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冷 度
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二 吸 FN ]()
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几种冻结升华方法
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制品冻结方法（低温快冻/低温慢冻）：
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低温快冻（10-15℃／分）对于保证质量有利，形成的微结晶，得到的制品外观好，溶解速度也快，但形成微结晶则不利于加快冻干速度。
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低温慢冻（1℃／分）形成粗结晶，对提高冻干效率有利，但是慢冻一般制品质量，特别是含活性的酶类或活菌活病毒等的存活率极为不利。
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对于合成药物，快冻和慢冻的要求不是严格的，此两种方法均可。
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一次升华法：一般适用制品的共溶点要在-10～-20℃左右，以及结构单一，粘度、浓度均不高，装置在10mm厚度或15mm厚度。只要将制品的温度降低到其共融点以下-10℃～-21℃即可加热升华，在加热升华过程中需控制好升温的速度，可保证制品干燥成功。
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反复预冻升华法：某些共溶点较低的制品，即使很低的温度下也不能达到完全冻结。外观看好象已经冻结完全，但在升华过程中，往往冻块软化，产生气泡，并在制品表面形成粘稠状网状结构，影响升华干燥的进行，如蜂蜜、王浆等其物质结构比较复杂，又粘稠的制品往往不易冻结，在升华中出现上述情况。可采用反复预冻方法来解决。应用此种方法，可提高冻干效率，也改善了制品的质量，缩短冻干周期。
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分格冻结升华法：在冻干中如用大盘子装制品，而且厚度较厚或浓度过高等，在升华时，底面的水蒸汽无法利用逸出，使全部冻块变形而脱开盘底，可将装制品的盘子进行分格，同时提高热传导效率。
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冻干制品不合格现象：
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1. 产品抽空时有喷发现象：这是由于产品还没有冻实时就抽真空的缘故，预冻温度还没有低于共晶点温度，或者已低于共晶点温度，但时间还不够，产品的冻结还未完成。解决方法是降低预冻温度和延长预冻时间。
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2．产品有干缩和鼓泡现象：这是由于在升华干燥过程中出现了局部熔化，由液体蒸发为汽体，造成体积缩小，或者干燥产品溶入液体之中，造成体积缩小，严重的熔化会产生鼓泡现象，原因是加热太高或局部真空不良使产品温度超过了共晶点或崩解点温度。解决方法是降低加热温度和提高冻干箱的真空度，应控制产品温度，使它低于共晶点或崩解点温度5℃。
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3.无固定形状：这是由于产品中的干物质太少，产品浓度太低，没有形成骨架，甚至已干燥的产品被升华汽流带到容器的外边。解决方法是增加产品浓度或添加赋形剂。
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4．产品未干完：产品中还有冻结冰存在时就结束冻干，出箱后冻结部分熔化成液体，少量的液体被干燥产品吸走，形成一个“空缺”，液体量大时，干燥产品全部溶解到液体之中，成为浓缩的液体。这种产品出箱时若触摸容器的底部，有冰凉的感觉，即使看起来产品良好，但残水含量也不会合格。解决方法是增加热量供应，提高板层温度或采用真空调节，也可能是干燥时间不够，需要延长升华干燥或解吸干燥的时间。
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5．产品颜色不均匀：产品有结晶花纹，这是由于冷冻速率缓慢引起的，解决方法是提高冷冻速率，不在0℃左右的温度停留，使产品冻结成较小的晶体。有时产品中能看到一圈颜色较深的分层线，这往往是升华中短时间真空不良造成的，短暂停电会产生这种现象。
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6．产品上层好，下层不好：升华阶段尚未结束，提前进入解吸阶段，这等于提前升高板层温度，结果下层产品受热过多而熔化，解决方法是延长升华阶段的时间；
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有些产品由于装载厚度太大，或干燥产品的阻力太大，当产品干燥到下层时，升华阻力增加，局部真空变坏也会引起下层产品的熔化。解决方法是降低板层温度和提高冻干箱的真空度。
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7．产品上层不好，下层好：冷冻时产品表面形成不透气的玻璃样结构，但未做回热处理，升华开始不久产品升温，部分产品发生熔化收缩，产品的收缩使表层破裂，因此下层的升华能正常进行。解决方法是预冻时做回热处理
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8．产品水分不合格：解吸阶段的时间不够，或者解吸干燥时没有采用真空调节，或用了真空调节，但产品到达最高许可温度后未恢复高真空。解决方法是延长解吸干燥的时间，使用真空调节并在产品到达最高许可温度后恢复高真空。
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9. 产品溶解性差：产品干燥过程中有蒸发现象发生，产品发生局部浓缩，例如产品内部有夹心的硬块，它是在升华中发生熔化，产生蒸发干燥，产品浓缩造成的。解决方法是适当降低板层温度，提高冻干箱的真空度，或延长升华干燥的时间。
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10．产品失真空：真空压塞时，瓶内真空良好，但贮存后不久即失真空，可能是瓶塞不配套或铝帽压得太松，漏气而失真空，解决方法是更换瓶塞或调整压铝帽的松紧度；也可能是产品含水量太高，由水蒸汽压力引起的失真空，解决方法是延长解吸阶段的时间。另外还有一个与冻干曲线无关而影响产品的质量问题，由于冻干箱内渗漏硅油或液压油。
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大型冻干机的先进设计理念，设计按照中国、欧盟、美国的GMP标准及相关法规。
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目前大型冻干机的状况
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目前单罐搁板面积≥50m2原料药用冻干机很少。国内一些制造商以制造双罐(搁板面积≥2×25m2 )+1个冷凝器结构组合为主。即2+1结构组合。
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这种组合结构特点：
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从CGMP角度，二个干燥箱制造质量上存在差异(即冻干成品同一批质量上如残余含水量等存在差异产量不足时，只有一个干燥箱参与工作，冷凝器容量富裕一半，如用一台压缩机工作的话浪费能耗，冻结产品升华的水蒸汽运行至冷凝器的通道弯曲阻力较大，冷凝器为直膨式供液，应对水汽负荷能力差，两室的饱和压差减小，引起水蒸汽运行时推动力减小，制品升华速率降低，导致冻干周期延长。
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系统结构特点
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冻干箱与冷凝器
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冻干箱和冷凝器按GB150-1998《钢制压力容器》标准设计
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ANSI240-316L材料，符合制药级400grit及CGMP标准
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硅油冷却夹套壳体设计
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无菌室的2个小门并列布置，可同时、或间隔使用，大门设置在机房内作为冻干箱内维修时打开
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从CGMP角度出发有几个特点：
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预冷时搁板全部叠加在箱底部，减少暴露大气后搁板表面的霜层
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防止大门全开时搁板与无菌室空间进行热交换，增加压缩机负荷
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小门开启时大大减少了无菌室层流洁净度被破坏的可能
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性能可靠的搁板组件
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搁板接触托盘一镜面抛光400#；另一表面经特殊绸面工艺处理，以防止小瓶胶塞冻干结束时压塞后发生与搁板下平面粘连现象
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搁板平整度≤±1.0，保证了小瓶或托盘与搁板之间的热传导性能
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搁板由2组液压缸驱动，可以满足小瓶或散装托盘冻干工艺要求
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通过液压缸上设置专业的传感器可实现托盘定高位置进、出箱体，箱体内设置（14+1块）×2组搁板，由产量决定1组、或2组搁板工作
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冻干过程中可进行不停机交替除霜的冷凝器结构
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2×DN700蝶阀与干燥箱隔离，通道口面积直接与冷凝管组对应，水蒸汽运行几乎是直线运动，供液方式为液泵强制输送制冷剂，具有负荷变动小、结霜均匀、表面温度基本一致。除霜方式为间隔时间30min或60min真空下交替进行，冻结制品升华速率几乎不变，大大减少了冻干周期。
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冷凝面积比标准要小一半，则真空系统容积减小，真空泵能耗也降低
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当冻干系统处于设备能承受的最高负荷时，2台冷凝器同时参与工作
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二次干燥未期，由于处于零负荷的冷凝器、且冷凝管表几乎无冰霜，两室的压力差达到最大值，以利于干燥制品的残余含水量得到保证
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无人化管理的新型制冷系统
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基于活塞型压缩机的缺陷，选用神钢单机双级螺杆压缩机（R404A）特点：
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2台并联，且是共用的。二次干燥期间，可切换为1台压缩机工作、或由能量调节方式自动半卸载，以降低制冷压缩机的能耗。
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应用高压高温蒸汽旁路喷射控制技术，防止制冷机在低温极限工况（高压缩比）下长时间连续运行。
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间接换热系统
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板层的工作温度范围为―60～+80℃，又由于冻干系统内要进行蒸汽消毒持续121℃/30min。所以选用低粘度(5cst)，高沸点(200℃)，低冰点(－70℃)，无毒无腐蚀性和化学稳定好的二甲基硅油作为该系统传输冷热的中间媒体。
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系统布置：2套换热器、加热器、循环泵，分别对应2组的搁板组件。
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循环泵：磁力密闭型管道泵。运转时噪声小、无泄漏、耐低温－70℃。
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真空控制理念：符合药品无菌性、安全性的生产要求
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可比例调节蒸汽流量的蝶阀
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安装在冻干箱与冷凝器之间。一次干燥期间，根据从冻干箱采集真空测量信号、并输入仪表控制器，对设定值进行对比，再输出一个信号对调节器的阀板进行无级调节。其特点：
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通过设置一个较小的真空度范围如同控制温度水平一样，使冻干箱内的真空度控制精度2Pa内，使冻结制品非常容易获取升华热量（包括由热传导和对流换热），保持制品基本恒定的升华速率
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在遇到短时间的停电时。只要冷凝器温度所对应的饱和蒸汽压为冻干箱内冻结制品的升华温度所对应的饱和蒸汽压的1/2以下。那么，整个升华过程就不会停止，至少在恢复冻干前能维持10～15min
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整机全部三维立体化设计图
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更直观的视觉设计界面，对制造过程提供更标准的工程制图
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冻干机大门上面配备有进出料小门，液压缸上装有位移传感器可以实现搁板等高进料，配进料小车。
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位移传感器输出信号：4~20mA,对应PLC输出值为0~8000,与油缸行程1780成线性比例关系，其中１代表行程为：0.2225mm。
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制冷采用双级螺杆式压缩机。
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| | 螺杆式制冷机 | | 活塞式制冷机 | | |
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| ---------- | ------------------------------------------- | ---------------------------------------------------------------------- | -------------------------------------------- | ----------------------------------------------------------------------------------------------------- | - |
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| | ![]() 螺杆式（神户制钢）SH22F（20KW）R22 50HZ | | ![]() 活塞式（比泽尔）S6F-30.2（22KW）R22 50HZ | | |
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| 压缩方式 | | 回转式 | | 往复运动式 | |
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| 容积效率 | | 即使压缩比大、效率降低小 | | 压缩比增大时、余隙容积再膨胀、效率降低 | |
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| 绝热效率 | | 当内部压缩比与运行压缩比一致时效率最高、其前后为渐进状态 | | 效率曲线平旦、但在高压缩比与低压缩比时、处于渐进状态 | |
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| 排气温度 | | 压缩热可通过注入油来冷却、所以能任意控制排气温度、一般在70～100 ℃运转 | | 压缩比增大时、压缩热和排气温度增高、有时可达130～150 ℃、引起油劣化和制冷剂分解、是发生故障的主要原因 | |
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| 制冷剂回液 | | 只要不是吸入相当量的液滴、不会成为问题。可容许活塞式承受的5～10倍 | | 即使吸入少量液滴也容易发生阀门的损伤等影响。 | |
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| 振动 | | 由于回转部分完全取得平衡、振动非常小 | | 将回转运动转化为往复运动、振动大、动荷重为静荷重的2～3倍 | |
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| 噪音 | | 在相同能力的压缩机中噪音最低 | | 本身噪音大、但是频率较低、大多数情况不会成为大的问题 | |
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| 保养 | | 运行无需监视检修周期为20000小时以上、周期长 | | 多数情况下、运行中要予以监视、而且检修周期短 | |
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| 耐久性 | | 无接触部分、初期性能可长期维持 | | 由于有活塞环、气缸套衬、阀门等磨耗部件、性能随时间不断降低 | |
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| 制冷量 | | 低温时(- 60 ℃以下)制冷量比活塞式大得多 | | 低温时制冷量小 | |
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螺杆式制冷机制冷量与活塞式比较
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| 温度 | SH 22 F | S 6F -30.2 |
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| -------- | ----------------- | ------------ |
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| - 3 0 ℃ | 35,800(21.3) | 33,800(17.6) |
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| -40 ℃ | 24,400(19.2) | 16,510(14.1) |
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| -50 ℃ | 15,800(17.5) | 8,630(9.8) |
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| -60 ℃ | 11 , 50 0(1 6.0 ) | ( - ) |
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真空系统采用干式真空泵。
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具有备份的真空泵机组， 2 套无油真空泵 + 罗茨泵组合成二级抽气泵组，泵组的极限真空为0.1Pa，可以彻底防止真空泵油对制品的污染， 故泵组型式符合系统的洁净真空度要求。
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无菌技术
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带SIP、CIP功能，配备清洗用的CIP循环储罐。
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蒸汽消毒前的预处理，目的是除去冻干箱内壁和搁板表面等其它因素带来的可溶性粉尘、脏物。“Steam-CIP”，既保证了系统的清洗效果，又大大节约了注射用水量。
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蒸汽消毒是物理消毒的最佳方法。达到医学上规定的灭菌定义。
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采用三次预抽真空蒸汽导入法，高温蒸汽快速渗透到内部各个角落
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蒸汽压力达到0.11MPa、温度121℃时，持续30min（F0值）。
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冻干箱和冷凝器采用夹套硅油冷却，防止水冷却后排水不彻底，再次预冻时，可能造成夹套冻裂。
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由于SIP系统采用PID调节方式，而不是目前国内其他厂家的OFF/NO方式。因此所有测温点121℃（包括最冷点）几乎是较平滑的直线，而不是锯齿形直线。这对GMP所要求的相吻合。
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复压系统过滤器可以在线灭菌和完整性检测。
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采用串接式双过滤器，满足了对空气过滤的要求，延长了过滤器内滤芯的使用寿命
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过滤器也可进行SIP过程。
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双过滤器预留接口，可方便用户进行“WIT”完整性气泡试验
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控制系统功能：提供多级操作权限，提供完整的自动或手动控制，提供SIP、CIP、除霜等自动控制，提供完善的自动周期编辑及调用，提供多种的实时及历史
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数据查询，提供批次记录及查询，提供多用户操作记录及查询，提供多种报警及事件记录，满足FDA 21 CFR
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PART 11的要求。
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21 CFR PART 11?
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CFR(Code of Federal Regulations)是美国联邦政府对于各种事务所定的规范，其中Title 21 Food and Drugs, PART 11 Electronic records; electronic
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signatures 是规范电子记录的完整性及追溯性,其主要內容可归纳为密码保护、电子记录可追溯性、电子记录完整性、电子记录的格式不可更改。
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西林瓶规格、体积、高度对照表
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| 类别 | 规格 (ml) | 高度 | 标准外径 | 外径实测 | 壁厚 (mm) | 内径 (mm) | 瓶内面积(cm²) | 底壁厚 | 底高 (mm) | 装液体积 | 计算高度 溶液净高 | 实测高度 溶液净高 |
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| ------ | --------- | --------- | ---------- | ------------ | --------- | --------- | -------------- | ------- | ------------ | -------- | ----------------- | ----------------- |
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| 管制瓶 | 2 | 35.6 | 16 | 16±0.05 | 1.1 | 13.8 | 0.1495 | 0.5 | 0.7 | 0.5 | 3.34 | 3.3 |
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| | | | | | | | | | | 1 | 6.69 | 6.7 |
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| | 5 | 39.7 | 18.4 | | | | | | | | | |
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| | 7 | 39.7 | 22±0.25 | 22±0.1 | 1.1 | 19.8 | 0.3078 | 1.1 | 1.5±0.1 | 1 | 3.25 | 3.2 |
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| | | | | | | | | | | 2 | 6.50 | 6.5 |
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| | | | | | | | | | | 3 | 9.75 | 9.7 |
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| | | | | | | | | | | 4 | 13.00 | 13.0 |
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| | | | | | | | | | | 5 | 16.25 | 16.1 |
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| | 10 | 49.7 45.0 | 22±0.25 | 22±0.1 24.5 | 1.1 1.2 | 19.8 20.1 | 0.3078 0.03834 | 1.1 1.0 | 1.5±0.1 2.0 | 1 | 3.25 | 3.2 |
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| | | | | | | | | | | 2 | 6.50 | 6.5 |
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| | | | | | | | | | | 3 | 9.75 | 9.7 |
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| | | | | | | | | | | 4 | 13.00 | 13.0 |
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| | | | | | | | | | | 3.74 | 9.75 | 9.7 |
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| | 15 | 65.0 | | | | | | | | | | |
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| | 20 | | | | | | | | | | | |
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| | 25 | | 28±0.30 | | | | | | | | | |
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| | 30 | 66.2 | | 32.4 | 1.3 | 29.8 | 0.6971 | 0.8 | 2.7 | 6.8 | 9.75 | 9.7 |
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| | 50 | | | | | | | | | | | |
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| 模制瓶 | 5A | 41.3 | 20.8±0.40 | | | | | | | | | |
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| | 5B | 38.7 | 22.0±0.40 | | | | | | | | | |
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| | 7A | 40.8 | 22.1±0.40 | | | | | | | | | |
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| | 7B | 38.7 | 24.5±0.40 | | | | | | | | | |
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| | 8A | 46.8 | 23.0±0.40 | | | | | | | | | |
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| | 10A | 53.5 | 25.4±0.40 | | | | | | | | | |
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| | 12A | 56.8 | 27.0±0.40 | | | | | | | | | |
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| | 15A | 58.8 | 26.5±0.45 | | | | | | | | | |
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| | 20A | 58 | 32.0±0.45 | | | | | | | | | |
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| | 25A | 58 | 36.0±0.50 | | | | | | | | | |
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| | 30A | 62.8 | 36.0±0.50 | | | | | | | | | |
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| | 50A | 73.0 | 42.5±0.80 | 42.3 | 2.2 | 37.9 | 1.1276 | 3.5 | 5.0 | 11.0 | 9.76 | 9.7 |
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| | 100A | 94.5 | 51.6±0.80 | | | | | | | | | |
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管制瓶规格表
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A型标准（国际标准）
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| 规格ml | 满口容量ml | 质量g | 瓶身外径mmd1 | 瓶全高mmh1 | 口外径mmd2 | 口内径mmd4 |
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| ------ | ---------- | ------- | ------------ | ---------- | ---------- | ---------- |
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| 5mlA | 7.00 | ≈14.00 | 20.80 | 41.30 | 20.00 | 12.60 |
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| 7mlA | 9.00 | ≈13.00 | 22.10 | 40.80 | 20.00 | 12.60 |
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| 8mlA | 10.00 | ≈16.00 | 23.00 | 46.80 | 20.00 | 12.60 |
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| 10mlA | 15.00 | ≈21.00 | 25.40 | 53.50 | 20.00 | 12.60 |
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| 15mlA | 17.00 | ≈24.00 | 26.50 | 58.80 | 20.00 | 12.60 |
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| 20mlA | 26.00 | ≈29.00 | 32.00 | 58.00 | 20.00 | 12.60 |
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| 25mlA | 32.00 | ≈30.00 | 36.00 | 58.00 | 20.00 | 12.60 |
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| 30mlA | 38.00 | ≈35.00 | 36.00 | 62.80 | 20.00 | 12.60 |
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| 50mlA | 60.00 | ≈50.00 | 42.50 | 73.00 | 20.00 | 12.60 |
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| 100mlA | 119.00 | ≈89.00 | 51.60 | 94.50 | 20.00 | 12.60 |
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B型标准（中国用瓶型）
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| 规格ml | 满口容量ml | 质量g | 瓶身外径mmd1 | 瓶全高mmh1 | 口外径mmd2 | 口内径mmd4 |
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| ------ | ---------- | ------- | ------------ | ---------- | ---------- | ---------- |
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| 5mlB | 7.30 | ≈15.50 | 22.00 | 38.70 | 19.70 | 12.60 |
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| 7mlB | 9.00 | ≈16.50 | 24.50 | 38.70 | 19.70 | 12.60 |
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| 12mlB | 16.00 | ≈27.50 | 27.00 | 56.80 | 19.70 | 12.60 |
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C型瓶（用户提供瓶型）
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| 规格ml | 满口容量ml | 质量g | 瓶身外径mmd1 | 瓶全高mmh1 | 口外径mmd2 | 口内径mmd4 |
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| ------ | ---------- | ------- | ------------ | ---------- | ---------- | ---------- |
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| 7ml | ≈9.00 | ≈15.50 | 24.30 | 38.70 | 19.70 | 12.50 |
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| 10ml | | | 24.50 | 53.70 | 19.70 | 12.50 |
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| 25ml | ≈25.00 | 35.00 | 30.00 | 59.00 | 19.70 | 12.50 |
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| 32ml | ≈34.20 | 31.50 | 33.00 | 66.00 | 19.70 | 12.50 |
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| 50ml | ≈60.00 | | 38.50 | 117.00 | 18.00 | 10.50 |
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| 100ml | | | | | | |
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Y型瓶
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| 规格ml | 满口容量ml | 质量g | 瓶身外径mmd1 | 瓶全高mmh1 | 口外径mmd2 | 口内径mmd4 |
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| ------ | ---------- | ------- | ------------ | ---------- | ---------- | ---------- |
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| 18ml | | ≥27.00 | 30.00 | 57.00 | 20.00 | 12.60 |
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管制抗生素瓶和管制口服液瓶，是发展非常快的一个产品，同模制西林瓶不同，它是采用硼硅酸盐玻璃生产出玻璃管，再加工成各种规格的玻璃瓶。因而外观更加光洁透明，也具有更轻的重量。由于含硼，其表面化学稳定性及热膨胀性能非常优良，更加适用于抗生素粉剂、注射及口服液体制剂、冻干制剂及生物制剂的要求。产品有无色和茶色两种，植物USPI型玻璃，茶色管制瓶可以为您需要避光的药品提供保护。
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| 规格（ml） | 瓶身外径（mm） | 瓶全高（mm） | 口外径（mm） | 口内径（mm） |
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| ---------- | -------------- | ------------ | ------------ | ------------ |
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| 3mlTG | 16.00 | 35.00 | 13.00 | 7.00 |
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| 3mlG | 17.00 | 37.00 | 12.90 | 7.00 |
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| 4mlV | 16.00 | 37.50 | 13.00 | 7.50 |
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| 5ml | 18.40 | 39.70 | 13.00 | 7.70 |
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| 5mlD | 18.00 | 39.50 | 13.00 | 7.30 |
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| 6mlTG | 23.00 | 47.00 | 19.50 | 12.50 |
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| 7ml | 22.00 | 34.30 | 19.50 | 12.50 |
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| 7mlH | 22.00 | 39.70 | 19.60 | 12.50 |
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| 8mlTG | 22.00 | 43.00 | 19.60 | 12.50 |
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| 10ml | 22.00 | 19.70 | 19.60 | 12.50 |
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| 10mlH-1 | 22.00 | 45.00 | 19.60 | 12.50 |
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| 10mlJ-2 | 23.00 | 46.00 | 19.60 | 12.60 |
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| 10mlR | 27.00 | 49.00 | 19.60 | 12.60 |
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| 12mlD | 24.50 | 44.50 | 19.50 | 12.50 |
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| 15mlL | 22.00 | 54.50 | 19.60 | 12.50 |
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| 15<>mlD | 25.30 | 55.00 | 19.60 | 12.50 |
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| 15mlTA | 26.50 | 52.00 | 20.00 | 12.50 |
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| 15mlHT | 26.50 | 52.00 | 19.60 | 12.50 |
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| 20mlTG | 27.60 | 58.00 | 19.60 | 12.50 |
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| 25ml | 28.00 | 65.00 | 19.60 | 12.50 |
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安瓶也是采用USPI型硼硅酸盐玻璃生产的，有无色和茶色两种产品，其耐水性能达到中性一级，可适用于各种水针制剂的包装。产品规格有1ml、2ml、5ml、10ml4种。详细请查产品规格表。该产品为曲颈易折安瓿，通过对初切割面及折断力的严格控制，使用者可以不借助其它器具很容易地开户，防止玻璃悄掉入药液中。茶色安瓶可以减少紫外线对瓶内药品的影响。可以根据用户的要求，使用各种文字在产品上印字。
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| 规格 | 身外径 mmD | 颈外径 mm d3 | 泡外径 mm d2 | 丝外径 mm d1 | 全高 mm ll | 底至测量点高 mm | 底至 颈高 mm | 底至 肩高 mm | 丝臂厚 mm | 底厚 mm | 容量 mm |
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| 1ml | 10.00 | 6.30 | 7.80 | 5.00 | 65.00 | 62.00 | 25.00 | 21.00 | 0.20～0.50 | ≥0.20 | ≈1.50 |
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| 2ml | 11.50 | 7.00 | 8.50 | 5.50 | 70.00 | 67.00 | 36.50 | 32.00 | | | ≈2.30 |
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| 5ml | 16.00 | 8.20 | 10.00 | 6.00 | 87.00 | 84.00 | 43.00 | 38.50 | | ≥0.30 | ≈5.50 |
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| 10ml | 18.40 | 8.80 | 11.00 | 6.30 | 102.00 | 99.00 | 58.50 | 53.50 | | | ≈11.50 |
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茶色模制瓶其规格从20ml至250ml，可以根据用户提供的图样设计生产。详细请查产品规格表。
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| 规格 | 满口容量(ml) | 质量(g) | 瓶全高(mm)h1 | 瓶身外径(mm)d1 | 口外径(mm)d2 | 口内径(mm)d4 |
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| 20ml | 26.40 | ≈45.00 | 81.00 | 29.00 | 21.40 | 19.70 |
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| 25mlZK | 25.00 | ≈45.00 | 86.00 | 30.00 | 19.71 | 14.30 |
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| 30ml | 37.00 | ≈49.80 | 88.30 | 30.00 | 22.20 | 16.90 |
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| 50ml | 60.00 | ≈50.00 | 73.00 | 42.50 | 20.00 | 12.60 |
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| 60ml | 68.00 | ≈69.00 | 71.00 | 44.50 | 35.00 | 29.60 |
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| 100ml | 113.00 | ≈110.00 | 122.00 | 44.50 | 22.60 | 16.00 |
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| 120ml | 132.00 | ≈118.00 | 97.00 | 49.50 | 37.80 | 35.00 |
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| 150ml | 180.00 | ≈156.00 | 132.00 | 54.00 | 28.30 | 16.50 |
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# 验证
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## 板层温度均一性
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