在300多種食品批準的生物制藥產品清單中，約50％被冷凍干燥，表明冷凍干燥是穩定在水溶液中不穩定的生物制藥產品的方式，盡管成本高且處理時間長與這種制造技術有關。冷凍干燥機是一種低溫干燥設備，基于傳熱和傳質原理，用于將不穩定材料的水溶液轉化為固體，具有足夠的穩定性以便分配和儲存。許多生物藥物具有在水溶液中有限的穩定性，并有可能許多由水介導的降解途徑，這可能會導致較低的效力，甚至存在藥物分子的毒性，藥物冷凍干燥過程包括三個連續步驟。
在冷凍期間，大部分水結晶成冰，從而將溶質濃縮在冰晶之間。一些溶質在冷凍過程中結晶，而那些不溶解的溶質轉變成剛性玻璃，通過升華在真空下除去冰晶。向冷凍產品供應熱量以升華，但產品溫度保持在塌陷溫度以下，以避免結構產品塌陷，因此確保冷凍干燥后的固體和剛性。二次干燥步驟，其中大部分未冷凍的水通過擴散和解吸除去。使用離線分析技術在隨機選擇的樣品上冷凍干燥后評估重要的關鍵質量屬性是API狀態和穩定性，殘余水分含量，冷凍干燥的產品外觀以及重建時間。
80多年來，盡管在冷凍干燥之前和之后的處理設備本質上是連續操作的，但是已經使用未改變的分批方法進行藥物冷凍干燥，典型的藥物冷凍干燥機由真空干燥室組成，其中藥物單位劑量放置在溫控架上。通過這種傳統的分批方法進行冷凍干燥有幾個缺點。
冷凍步驟是不受控制的，這對連續的干燥步驟具有顯著影響，冷凍最初涉及冷凍干燥機中所有水溶液的冷卻，直到發生冰成核，其通常低于0攝氏度，冰成核是隨機事件，因此基于過冷度引起的變化，較高程度的過冷產生大量小冰晶，而較低程度的過冷卻，較低數量的大冰晶形成了。因此冰晶的大小不同于小瓶，這會影響初級干燥過程中單個小瓶的升華速率。
冷凍干燥室中的不均勻的熱傳遞，導致在冷凍干燥機架上的不同位置，處向小瓶的不同能量傳遞。例如與架子中間的小瓶相比，位于架子邊緣的小瓶暴露于來自較溫暖的環境的更多輻射熱。傳熱中的這種小瓶到小瓶的可變性導致產品溫度和干燥速率的顯著差異。
文章來源：上海靳瀾儀器制造有限公司
