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物料冻干机的技术原理

发布时间：2022-07-13

1、物料系统的配方

在药品和细胞冷冻干燥之前，必须加入一些保护剂和添加剂，以保证其冻干效果、保持药品的活性和细胞的存活。物料和保护剂、添加剂一起，组成了多组分的系统，我们称之为“物料系统”。保护剂和添加剂与物料之间是有相互作用的，因此对于不同的物料，应当采用不同种类和不同浓度的保护剂和添加剂。近年来在生物药品方面取得的每一重要进展，几乎都是和采用新的“鸡尾酒”式的物料系统的配方有关的。保护剂和添加剂的问题值得讨论。

2、物料系统的物性的研究

物料系统的物性，如凝固温度、相变热、玻璃化转变温度、玻璃化转变前后的热容量等，都会对冻结和干燥过程产生很大的影响。在干燥过程中，希望物料的升华速率高，就要求物料的空隙多、而又不致塌陷。这些也都是和物料系统的物性有关的。近年来又发现当物料系统经历过不同的“温度历史” (热历史)，如在不同温度下“退火”不同时间，会给物性带来明显的变化。对于物料系统物性的测量，差示扫描量热技术是一种有效的、被广泛认可的技术。

3、冷却固化过程的选择及实现的技术

对于物料系统的冷却固化过程，要解决两个问题，一个是冷却终温度的确定;另一个是选择合适的降温程序。冷却固化过程的终温度应当是完全固化温度，它应低于物料系统的共晶点温度，或玻璃化转化温度。冷却固化后的物料系统，实际上是既具有晶态，又具有玻璃态的的混合系统。为确定降温的终温度，就要先测量物料系统的共晶点温度和玻璃化转化温度。

对于合适降温程序的选择，就是希望活性 **、或细胞在冷却固化过程中不受损伤或少受损伤，这是细胞低温保存的基本问题。分析物料系统的冻结过程诸多现象、对细胞损伤及防治办法;讨论程序降温的理论和实施技术。

4、升华干燥参数的确定

升华干燥是在低温下对物料系统进行加热，使物料中被冻结成冰的“自由水”直接升华成水蒸气。在升华干燥过程中，可以控制的参数有：物料的温度、干燥室的真空度、升华干燥的持续时间等。

关于物料的温度，一般认为必须低于物料系统的玻璃化转变温度，或共晶温度。升华干燥的温度的确定是十分重要的。如温度过高，会出现软化、塌陷等现象，造成冻干的失败;如温度过低，不仅给制冷系统提出了过高的要求，而且大为降低了升华过程的速率，费时又耗能。

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的。关于是否应当这样，有两种不同的观点。一种观点认为，在升华干燥阶段，随着水分的升华，物料系统的浓度会提高，物料系统的玻璃化转变温度也会提高，这意味着升华干燥阶段的加热过程的温度应当逐渐提高，而不要恒定在一个温度上。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。

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，以期提高传热传质的效果，来加速干燥的过程。

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