凍干機在疫苗凍干生產中的影響因素

一、常見凍干疫苗

由于凍干機生產的凍干疫苗有著明顯的優點，因此越來越多的疫苗采用凍干劑型。2020 年7 月2 日，正式頒布2020 年版《中華人民共和國藥典》。在新版《中國藥典（三部）》中，共記錄有21 種凍干疫苗（含口服型和注射型），現將這些疫苗篩選出來并列于圖表，以供讀者參考。

圖片：凍干機凍干疫苗清單（篩選）

 

二、影響凍干疫苗質量的因素

一般來說，影響疫苗質量的因素，主要是保護劑的選擇和凍干機凍干參數的設計。

2.1 保護劑的選擇

疫苗制品在整個凍干機凍干過程中存在的各種應力，包括凍結應力、低溫應力、干燥應力等，這些應力在一定程度上會導致疫苗發生變性。為了減少疫苗在凍干過程中的損傷，需要在凍干前加入合適的保護劑，以盡可能地保護疫苗的穩定性和免疫原性。在疫苗中常見的保護劑，主要有糖、醇、氨基酸、聚合物、無機鹽、蛋白質、表面活性劑等。這些保護劑在冷凍階段發揮保護作用的為冷凍保護劑，而在干燥階段發揮保護作用的為凍干保護劑。常見的各種保護劑如圖所示。

圖表：凍干機凍干疫苗常用保護劑

事實上，單獨一種保護劑對疫苗的保護作用有限，為了使上述各類保護劑發揮其各自的作用，通常是采用兩種以上的保護劑按照比例配制后使用。

對于不同的疫苗，其理化性質不同，因此所使用的保護劑配方也不同。篩選配方是疫苗研發中的重要一環，這通常需要進行大量的試驗，從而獲得復溶速率快，性能良好，質量穩定，成本較低的凍干疫苗配方。另外，配方里的固體含量會影響預凍以及干燥階段。若固體含量小于2%，凍干結構的機械性能則會不穩定，由于缺少骨架支撐，產品外觀可能會塌陷；并造成干燥過程中不能被粘在基質上的制品微粒，被逸出的水蒸氣帶到容器的塞子上，甚至會被帶入凍干機真空室中造成污染。如果固體含量太多，不僅會影響配制時的溶解性及凍干后的復溶性，還會增加生產成本。因此，為獲得均一穩定的凍干疫苗，需要將配方中的固體物質含量控制在合適范圍內。

 

2.2 凍干機凍干參數的設計

2.2.1 預凍階段的影響因素

預凍階段十分重要，在凍結中形成的冰晶形態和大小不僅會影響后續的干燥速率，還會影響凍干疫苗的質量和復溶時間。影響預凍過程的因素主要有凍結方式、凍結速率、凍結溫度、凍結時間以及是否退火等。對上述參數進行試驗，可得到產品最佳的凍結速度、升華速度以及溶解速度。

2.2.1.1 凍結方式的影響

凍結方式可分為全域過冷結晶與定向結晶兩類。不同的凍結方式會產生不同的冰晶形態和大小，亦會影響到制劑的干燥速率和凍干質量，所以運用好凍結方式顯得尤為重要。全域過冷結晶是指全部溶液處于相近或相同的過冷溫度下進行凍結的方式，按凍結速率的快慢可分為慢速凍結（每分鐘降溫1℃）和快速凍結（每分鐘降溫10~15℃）兩種。在全域過冷結晶中，冰晶成核溫度和凍結速率是重要的參數。定向結晶是指一小部分溶液在過冷狀態下進行凍結的方式。通常，采取定向結晶方式凍結的藥液其干燥速率比全域過冷結晶的快。但無論采取哪種凍結方式，藥液必須確保部分或全部實現玻璃化凍結，以保證其藥性。

2.2.1.2 凍結速率的影響

凍結速率的快慢對凍結出的晶粒大小和升華速率等均有直接的影響。慢速凍結的冰晶較大，產品外觀粗糙，存在凍結濃縮現象；其內部蒸氣逸出通道尺寸較大，故升華速率快，但解析速率慢?？焖賰鼋Y的冰晶較小，且沒有凍結濃縮現象，加水復原時溶解快；但是升華阻力較大，存在不完全凍結現象，故升華速率慢。

2.2.1.3 凍結溫度的影響

凍結溫度根據預凍方法及樣品性質的不同而有所差異。一般來說，凍結溫度與藥液的共晶點有關，安全的凍結溫度應低于其共晶點10℃左右。若凍結溫度太低，則會浪費能源。

2.2.1.4 凍結時間的影響

設置一個恰當的凍結時間可以保證藥液在干燥之前被凍牢，以免因為凍干機抽真空而發生噴瓶。凍結時間根據板層面積、樣品數量、傳熱介質的性質而定，一般在1~3h 內完全凍結。

2.2.1.5 退火的影響

退火是把凍結疫苗升溫接近其共熔點并保溫一段時間，然后再降溫到凍結溫度的處理過程。在升華前增加退火工藝的原因主要是：①由于退火溫度高于凍結樣品的玻璃化轉變溫度Tg'，這會促進溶液中的結晶成分與濃縮液中未凍結的水結晶完全，從而強化結晶；②提高非晶相的zui大凍結濃縮液的玻璃化轉變溫度Tg'，從而提高穩定性；③退火過程中的相行為與重結晶，可以降低因成核溫度差異所導致的冰晶尺寸差異，調整冰晶形態以及大小分布，提高干燥效率。為了實現退火工藝的目的，在操作中須注意加熱速率，退火溫度和退火時間等工藝參數。由于目前對凍干機凍干中的退火機理的認識尚處于起步階段，因此退火工藝參數的選取缺乏有效的依據。

2.2.2 升華干燥階段的影響因素

升華干燥是整個凍干過程中耗時zui長的步驟，同時也是zui復雜的步驟。其凍干機工藝受到溫度、壓力以及產品本身性質等參數的影響。升華干燥的理想狀態是在保證疫苗質量的前提下，盡可能地提高升華速率，縮短升華時間，降低能耗。

2.2.2.1 升華溫度的影響

升華溫度既不能超過已干層的崩解溫度，也不能超過凍結層的共熔點溫度。升華溫度如果遠低于共熔點溫度，則升華速率會明顯降低，升華時間會顯著延長；如果高于共熔點溫度，則物料會發生熔化，干燥后的物料可能發生溶解困難，顏色加深等現象。因此升華階段物料的溫度要盡量接近但又不超過共熔點溫度；越接近共熔點，升華速率越快。在升華干燥階段，凍干機凍干箱的擱板是物料熱量的來源，主要靠下擱板的熱傳導和上擱板的熱輻射兩種方式提供熱量。因此擱板溫度應控制在合理的范圍內，一般根據升華溫度、凍干箱內的壓強以及冷阱溫度三個因素來確定。

2.2.2.2 箱內壓強的影響

箱內壓強過高時，藥品吸收的熱量會增加，藥品自身溫度會上升，當溫度高于共熔點溫度時，藥品會熔化導致凍干失??；箱內壓強過低時，不利于傳熱，藥品升華速率反而會降低，亦會增加生產成本。一般來說，箱內壓強控制在10~30 Pa時，不僅有利于熱量的傳遞，還有助于升華的進行。

2.2.2.3 冷阱溫度的影響

冷凍干燥中制品和凍干機冷阱間的溫差是水升華的驅動力，升華出的水分通過冷阱來捕集。由于藥品溫度受共熔點溫度等因素的限制，因此應盡可能降低冷阱溫度。一般來說，升華干燥過程中冷阱溫度至少應低于物料溫度20℃。

2.2.2.4 升華速率的設計

升華速率直接影響凍干工藝的時間，其大小取決于提供給升華界面熱量以及從升華界面通過干燥層逸出水蒸氣的快慢。升華干燥過程中，若真空度不夠或供熱不足可能導致成品水分升華不完全，含水量偏高。過快的升華速度可能破壞已凍干層的結構；嚴重的會造成噴瓶，導致凍干失敗。冷凍干燥的zui終目的是獲得均一合格的產品，因此升華速度的控制必須以此為標準。升華干燥的理想狀態是在保證藥品質量的前提下，盡可能地提高升華速率。提高升華速率的措施有：改變干燥室的壓力；盡可能提高升華溫度；減小已干層的厚度；提高已干層的導熱性；降低冷阱溫度等。一般來說，性能良好的凍干機的升華時間較短。

2.2.3 解析干燥階段的影響因素

解析干燥階段常見的控制參數是物料溫度、箱內壓強、冷阱溫度以及干燥時間。該階段要除去產品內結合水，因此擱板需要提供足夠的熱量以克服水的結合力，將產品升溫到其zui高許可溫度并維持幾小時直到凍干結束。物料的zui高許可溫度視物料的品種而定，一般控制在20~40℃。若物料溫度超過其極限值，疫苗中的有效成分會變質，疫苗的免疫效果會降低。為了使結合水順利除去，凍干機凍干箱內應維持高真空，以使物料內外形成較大的蒸汽壓從而提高傳質效率。此外，在解析干燥過程中應盡可能的降低冷阱溫度。升華干燥所需的時間由制品的水分殘留量決定，對于含有熱敏性成分的疫苗，為防止其中的成分變性或失去活性，高溫時間不宜過長。

 

綜上可知，凍干機凍干操作中每個階段的參數設計都直接關系著凍干疫苗的質量，且不同的疫苗產品也有不同的凍結和干燥特性，因此應在上述設計原理的基礎上，進一步開展個體研究，優化凍干機凍干曲線，提高干燥速率，降低能耗。

以上資料來自技術論文，僅供學習參考。

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