制造冻干机的技术(冻干机设备技术要点和一般操作过程详细分析)

冻干机设备的冻干技术要点:

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”（annealing）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（DifferentialScanningCalorimetry,DSC）是一种最有效的、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，一个是冷却最终温度的确定；另一个是选择合适的降温程序。冷却固化过程的最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。为确定降温的最终温度，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，就是希望活性药物、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。

冻干机操作的一般过程：

1、先将冻干机正确连接；

2、将物料放入物料盘（液体直接注入物料盘，固态或瓶装物料均匀摆放在物料盘上）；

3、将物料盘放在冻干机隔板上，保证物料盘和隔板完全重合。将温度探头放入物料盘与物料充分接触，以减少样品温度与实际温度的误差；

4、关上门板，将门板手柄锁紧；

5、通电开机，输入开机密码，进入监控界面；

6、在监控界面，点击总目录，进入总目录；

7、再总目录界面，点击用户参数，进入用户参数界面；

8、在用户参数界面，可设定段数、每段温度和时间，完成用户冻干程序设置；

9、返回控制界面，通过触摸屏打开控温、制冷开关，开启制冷系统和控温系统，保证物料温度遵照冻干程序设定值变化。冻干程序中，阶段1为预冻阶段。此阶段是用来将物料温度降低到共晶点以下，确保物料完全冻结，为真空冷冻干燥做好准备；

10、预冻阶段结束后，进入开始干燥阶段（冻干程序阶段2以及后续各阶段），通过触摸屏打开真空泵开关，开启真空泵，在冻干机腔体内部制造真空环境，对物料进行干燥处理。在打开真空泵前，需确认排水阀和充气阀完全关闭。

11、当所有冻干程序阶段均已完成，表明真空冷冻干燥结束*。先将充气阀打开，再关闭真空泵开关，然后依次关闭控温、制冷开关，关闭整机电源，并拔下主机电源。待冻干机腔体内外气压平衡后，尽快取出物料、密封包装或进行下一道工序处理。

12、打开排水阀，通过自然通风或者电吹风给冷阱除霜。待水排尽后，清洁冻干机，为下次冻干处理做好准备。

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