真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥方面的實(shí)踐應(yīng)用

摘 要：在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)科技發(fā)展形式下，國家提出新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，鼓勵人工智能、生物制藥等多領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。生物制藥技術(shù)近年來快速發(fā)展，對微生物的代謝過程加以控制，使其能夠被人類有效利用，為醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。目前真空冷凍干燥技術(shù)也逐漸的在生物制藥領(lǐng)域發(fā)揮作用，很大程度上促進(jìn)了生物制藥技術(shù)的發(fā)展。本文對真空冷凍干燥技術(shù)做出概述并對其在生物制藥方面的實(shí)踐應(yīng)用做出了分析。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)；升華；凍干機(jī)；解析干燥；水蒸氣

中圖分類號：R91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）12-0348-01

引 言

當(dāng)前形勢下生物制藥行業(yè)依托于各項(xiàng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，真空冷凍干燥技術(shù)也在生物制藥領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。該技術(shù)能夠使材料內(nèi)部水分快速冷凍，根據(jù)物理學(xué)中的升華原理使材料在低溫環(huán)境下排出水分，達(dá)到符合實(shí)際需求的干燥程度。傳統(tǒng)的干燥技術(shù)在進(jìn)行材料烘干的過程中容易破壞材料本質(zhì)，難以長期儲存，真空冷凍干燥技術(shù)充分彌補(bǔ)了傳統(tǒng)烘干技術(shù)的不足，最大限度的保留材料各項(xiàng)成分，延長保質(zhì)期，全面提升藥品質(zhì)量。

1 真空冷凍干燥技術(shù)概述

1.1 真空冷凍干燥技術(shù)的基本原理

在進(jìn)行生物制藥或是其他領(lǐng)域?qū)Ω黝惒牧线M(jìn)行加工時，部分生產(chǎn)過程需要對材料進(jìn)行脫水處理。水以固液態(tài)三種狀態(tài)存在，以物理學(xué)角度來講水承受的壓力越低，沸點(diǎn)會越接近冰點(diǎn)，當(dāng)水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)達(dá)到同一標(biāo)準(zhǔn)后，冰晶能夠由固體直接升華為氣體，真空冷凍干燥技術(shù)就是運(yùn)用這種方法對材料進(jìn)行升華脫水。真空冷凍干燥技術(shù)是先將材料進(jìn)行冷凍處理，使其加熱過程處于真空狀態(tài)下，材料中的水分會直接汽化為氣體脫離材料。在進(jìn)行干燥處理的過程中要保持持續(xù)加熱狀態(tài)，使水蒸氣持續(xù)蒸發(fā)。為材料提供熱量是傳熱操作，材料內(nèi)部水分蒸發(fā)是傳質(zhì)過程，對材料進(jìn)行冷凍干燥處理的過程就是傳熱、傳質(zhì)同時進(jìn)行的步驟。

1.2 真空冷凍干燥的技術(shù)特點(diǎn)

真空冷凍干燥技術(shù)能夠?qū)Σ牧蟽?nèi)水分進(jìn)行冷凍升華，使水分不經(jīng)過液態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，簡單來說將該技術(shù)可直觀比作干冰蒸發(fā)過程。傳統(tǒng)的干燥技術(shù)會導(dǎo)致材料收縮，內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，真空冷凍干燥技術(shù)下，水分凝結(jié)成冰支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，冰在升華時會留下相應(yīng)的空隙在材料內(nèi)部，最大程度上保留材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，保障材料加工質(zhì)量?，F(xiàn)階段真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥中必不可少，能夠?qū)ξ⑸锊牧线M(jìn)行長期的保存，并保持生物活性和結(jié)構(gòu)。真空冷凍干燥技術(shù)能夠充分保留材料的顏色、成分和化學(xué)性質(zhì)，極大程度上保證其他成分的最低揮發(fā)；在干燥過程中能夠有效排除材料內(nèi)部95～99%的水分，有效抑制微生物的生長和酶的化學(xué)反應(yīng)，真空狀態(tài)下使材料不會發(fā)生氧化反應(yīng)便于長期保存；材料冷凍升華后結(jié)構(gòu)不會破壞，遇水后能夠快速恢復(fù)初始狀態(tài)；材料內(nèi)部其他物質(zhì)會隨冰的升華而析出，有效的防止材料表面硬化。

2 真空冷凍干燥技術(shù)在生物制藥方面的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 凍干機(jī)性能的選擇

為材料提供冷凍環(huán)境的設(shè)備叫做凍干機(jī)，主要用來制造低溫環(huán)境對生物制藥所需的材料和藥物成品進(jìn)行儲存?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)促進(jìn)了生物技術(shù)的快速發(fā)展，很多企業(yè)都看重了生物制藥未來發(fā)展的前景，開始進(jìn)行凍干機(jī)的生產(chǎn)，雖然生物制藥企業(yè)擁有更多的選擇性，但一定程度上擾亂了市場環(huán)境。相關(guān)的生物制藥企業(yè)和藥廠在進(jìn)行凍干機(jī)采購的過程中，應(yīng)當(dāng)對設(shè)備的各項(xiàng)性能進(jìn)行全面檢查測試，例如凍干機(jī)的絕對真空程度、溫度變化范圍等，確保滿足實(shí)際需求和過硬的設(shè)備質(zhì)量。全面保障藥物研發(fā)和生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行。

2.2 凍干機(jī)附屬裝置

液壓壓塞裝置用于凍干后在箱內(nèi)整箱壓塞，能夠有效的減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)和材料被各類微生物或雜質(zhì)污染的幾率。凍干機(jī)板層能夠進(jìn)行移動或拆卸，便于進(jìn)行相關(guān)清潔操作，能夠?qū)ο鋬?nèi)各個部位進(jìn)行清洗，減少細(xì)菌滋生。在實(shí)際使用過程中要對箱內(nèi)真空程度做出不同的調(diào)節(jié)，限量漏泄裝置能夠有效的進(jìn)行調(diào)節(jié)，或是對箱內(nèi)注入氮?dú)夂图儍艨諝?，在對材料進(jìn)行二次干燥的過程中加強(qiáng)對溫度控制，極大的降低材料凍干周期。凍干機(jī)的控制系統(tǒng)能夠?qū)Ω舭鍦囟冗M(jìn)行控制，技術(shù)人員能夠通過記錄儀對各個部件的溫度和箱內(nèi)的真空程度做出監(jiān)測，在警報設(shè)備中設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，一旦出現(xiàn)問題能夠及時知曉并采取相應(yīng)措施，防止凍干機(jī)在操作過程中或其他因素下影響材料的干燥處理。

3 真空冷凍干燥技術(shù)的運(yùn)用流程

3.1 預(yù)凍階段

在使用真空冷凍干燥技術(shù)的過程中，首先應(yīng)當(dāng)對材料進(jìn)行相應(yīng)的冷凍處理，降低材料溫度，使內(nèi)部水分達(dá)到冰點(diǎn)，保證后續(xù)工作的進(jìn)度。各類材料所需凝結(jié)溫度有所差別，實(shí)際加工過程中應(yīng)當(dāng)對材料的凝結(jié)時間和速度進(jìn)行相應(yīng)的控制，使材料在同一狀態(tài)下凝結(jié)成冰，防止部分材料未完全凝結(jié)。凝結(jié)速度會影響材料內(nèi)部冰晶的體積，會對升華速度造成影響，在凍結(jié)過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格把控，一般來說，材料凍結(jié)時間應(yīng)當(dāng)控制在1～3h，使材料能夠充分凝結(jié)。

3.2 升華階段

升華是材料水分蒸發(fā)變?yōu)楦稍锏闹匾h(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)的操作能夠使材料內(nèi)部的冰晶升華，使材料內(nèi)部冰晶直接蒸發(fā)為水蒸氣排出。如果在此環(huán)節(jié)材料內(nèi)部冰晶溶化，冷凍干燥工作將會失敗，對材料造成未知損害。材料內(nèi)部冰晶升華過程中要保證不能發(fā)生溶化，冰晶周圍的水蒸氣必須要比凍結(jié)點(diǎn)的飽和蒸氣壓低，升華環(huán)節(jié)能夠有效的蒸發(fā)水分，提升材料干燥速度。在材料干燥時，應(yīng)當(dāng)保持增溫的持續(xù)性，連續(xù)不斷的為升華提供熱量，加強(qiáng)供熱的溫控和氣壓的控制，使干燥工作順利完成。不同材料的冰晶升華時間具有差別，根據(jù)實(shí)際工藝需要對升華時間進(jìn)行控制。

3.3 解析干燥

上述操作會使材料內(nèi)部的冰晶升華剩余極少的水分，材料內(nèi)部在冰晶升華后會存在較多空隙，一般情況下，材料內(nèi)部仍有10%的剩余水分，這種情況會較大程度的影響干燥結(jié)果。解析干燥環(huán)節(jié)能夠充分排出材料內(nèi)部剩余水分，極大的降低水分含量，將材料內(nèi)部剩余水分控制在2%以內(nèi)，確保材料的干燥程度，保障生物制藥的臨床研究結(jié)果和生產(chǎn)藥品的質(zhì)量。

4 結(jié) 語

未來的生物制藥技術(shù)的全面發(fā)展較大程度上要依靠真空冷凍干燥技術(shù)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展能夠有效解決現(xiàn)階段存在的一些問題，真空冷凍技術(shù)極大的促進(jìn)了生物制藥技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)專家和相關(guān)學(xué)者應(yīng)當(dāng)不斷加強(qiáng)對于兩種技術(shù)的深入探究，使其能夠發(fā)揮更大的作用，為醫(yī)藥事業(yè)創(chuàng)造更多的價值。

參考文獻(xiàn)

[1]李雪冬，唐志杰.膜分離技術(shù)及其在中藥和生物制藥中的應(yīng)用進(jìn)展[J].特別健康，2017（20）.

[2]劉萬忠，張 超，張 杰.過氧化氫納米霧脈動滅菌技術(shù)在真空冷凍干燥機(jī)中的滅菌效果研究[J].現(xiàn)代制造，2017（2）：23～27.

收稿日期：2018-3-24