图1 热电偶检查法中热电偶的安装和位置

冻干技术是处理蛋白质、微生物和其他药物有效成分的理想方法。本文将向您介绍如何制成冻干最终产品以及冻干循环过程的优化。完美的冻干产品不但要有成功的冷冻，还要有最佳的干燥。

有许许多多种技术方法可以测定初级干燥后的产品。其中，最常用的是热电偶检测法。在干燥过程中，产品的温度低于放置产品的搁板温度；因为在升华过程中搁板要传递热能，避免产品受热。直到到没有冰晶时，产品的温度开始上升，搁板的温度也越来越高，直到满足初级干燥的最终产品温度为止。

这里的难点在于：热电偶通常进行的是一种侵入式的温度检测，然后根据该检测结果确定整个批次的温度数据。这就必须考虑到：温度传感器进入培养瓶中时，会带来冻结状况的变化，可能致使快速形成晶核。此时，热电偶把热量带入到培养瓶中，使得培养瓶中的产品快速干燥。在粉剂干燥时，可使得瓶中产品的质地不均匀。因此建议：干燥时间为30min~2h（具体取决于被干燥产品），以保证在整个批次所有的产品中都没有冰晶。

由于干燥是从上向下开始的，因此热电偶应放置到中间位置，其尖端触及瓶底。当培养瓶干燥后，把热电偶插入搁板中央的培养瓶中进行温度检测是最好的：它可以把辐射效应减小到最低程度。

相对压力检测

其他检测初级干燥产品的方法，例如：相对压力检测，就是大型冻干设备常用的检测方法。在相对压力检测中，冷冻室中的压力由两套检测系统进行检测：一套是电容式的检测仪器，另一套是Pirani传感器。电容式检测仪的检测不受气体成分的影响，得出的是冷冻室真实的压力。Pirani传感器的检测结果与气体成分有关，因此它得到的是相对数据。

Pirani传感器是按照特定的气体（大多数情况下为N2）进行标定的，因此它得到的检测结果比电容式检测仪的结果含有更高的水分子数值。当冷冻过程中水分子的数量下降时，Pirani传感器检测到的水分子数量也下降，逐步地趋近电容式检测仪检测到的压力值。当冷冻产品达到了最终产品的冻干状况后，两种检测方法得到的检测数据几乎是相同的。

图2 产品输出设备（Sample Thief）

最终产品检测

测定冻干最终产品可以在冻干机中利用外部的电容器来检测。通过在产品冷冻室和电容室之间的控制阀，可以短时间地把两个室分离开来。在去耦合之后，产品室中的压力会因水分子的升华而提高。根据压力提高的程度，可以估计出产品最终干燥的状况。随着水分子的减少，压力升高曲线的走势越来越平缓。当压力不再升高时，即获得干燥的最终产品。按照这种压力温度检测方法，在MTM（压力-温度检测）公式的帮助下（在Smart公司的Lystar冻干机中可用），可以计算其他许多有用的参数，例如：冰的升华压力、产品的电阻、产品升华的温度等等。

二次干燥过程

在初级干燥过程中，通过升华除去产品中的冰晶后，产品中还会存在一些吸附的“非结晶水”。二次干燥的目的就是通过扩散和解吸附把这些水分去除掉。为了实现该目的，搁板温度要明显得提高一些，温度提高范围为30~50?℃。这并不会引起产品的熔化或者塌陷，因为大部分水分在初级干燥时都被清除掉。

温度越高，水分扩散得越快，也就越容易解吸附。降低室压并不会提高干燥速度，因为扩散速度与温度有关，而与压力无关。

在非结晶系统中，其二次干燥的时间明显要长于结晶系统。因为“非结晶水”首先要从深层次的非结晶体内扩散到表面；而结晶类材料吸附的水分就在表面。因此要小心翼翼地提高温度，避免塌陷。当产品残留水分达到规定的要求时（一般情况下为0.5%～3%），二次干燥结束。对于大多数产品来讲，含水量越少，稳定性越好。但该规律不适用于一些生物制品：某些生物制品中有较高的含水量，将影响到产品的稳定性。

优化冻干循环

研发成功切实可行的冻干循环过程是第一步。随后就是对该循环过程的优化，特别是对循环过程时间的缩短。通过对下列参数进行优化，将可以明显地缩短冻干工艺过程：

冻干速度的优化以及引入冻干退火：冰晶颗粒的增大能够带来大量的微孔，从而实现快速的干燥；

填充量、取样密度：水分子要通过自己的途径到达表面，就要克服干燥产品结构的阻力。产品滤饼越薄，就越容易干燥。在培养瓶中干燥时，在冷冻池中对整个瓶的瓶壁进行冷冻是非常有益的。

临界温度：产品温度每提高1℃，可在初级干燥时缩短干燥时间的13%。为了能够以尽可能高的温度进行冻干，掌握临界温度（玻璃过渡的临界温度以及塌陷的临界温度）的相关知识是必不可少的。

按比例放大的冻干过程

试验样机往往是产品生产设备按比例放大的基础。要想成功地把实验室设备放大到实际生产设备，前提是：有可比性的温度传递和恒定的搁板温度。通常，产品生产的超净室工作环境与冻干工艺研发时的实验室工作环境之间的差异，是一个非常重要的差别。超净室中颗粒物的减少对冷冻状况和冰晶颗粒的大小有着重要的影响。产品生产设备通常都带有CIP和SIP装置，以满足GMP的规范要求，同时还必须满足21 CFR Part 11的要求。