製品經完全凍結，並在一定的真空條件下使冰晶升華，從而達到低溫脫水的目的
，此過程即稱為冷凍幹燥（Freeze-drying），簡稱凍幹。

 

凍dong幹gan的de固gu體ti物wu質zhi由you於yu微wei小xiao的de冰bing晶jing體ti的de升sheng華hua而er呈cheng現xian多duo孔kong結jie構gou，並bing保bao持chi原yuan先xian凍dong結jie時shi的de體ti積ji，加jia水shui後hou極ji易yi溶rong解jie而er複fu原yuan
，製zhi品pin在zai升sheng華hua過guo程cheng中zhong溫wen度du保bao持chi在zai較jiao低di溫wen度du狀zhuang態tai下xia（一般低於-250℃），因而對於那些不耐熱的物質，諸如酶
、激素、核酸

、血液和免疫製品等的幹燥尤為適宜。幹燥的結果能排出95~99%以上的水份，有利於製品的長期保存。製品幹燥過程是在真空條件下進行的，故不易氧化。針對部分生化藥物的化學
、物理、生(sheng)物(wu)的(de)不(bu)穩(wen)定(ding)性(xing)，凍(dong)幹(gan)已(yi)被(bei)實(shi)踐(jian)證(zheng)明(ming)是(shi)一(yi)種(zhong)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)的(de)手(shou)段(duan)。隨(sui)著(zhe)生(sheng)化(hua)藥(yao)物(wu)與(yu)生(sheng)物(wu)製(zhi)劑(ji)的(de)迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan)
，凍(dong)幹(gan)技(ji)術(shu)將(jiang)越(yue)來(lai)越(yue)顯(xian)示(shi)其(qi)重(zhong)要(yao)性(xing)與(yu)優(you)越(yue)性(xing)。

 

二
、醫用冷凍幹燥機的結構與功能簡介

 

醫用冷凍幹燥機係由製冷係統、真空係統、加熱係統
、電器儀表控製係統所組成。主要部件為幹燥箱、凝結器
、冷凍機組、真空泵加熱/冷卻裝置等。

 

製(zhi)品(pin)的(de)凍(dong)幹(gan)是(shi)在(zai)幹(gan)燥(zao)箱(xiang)中(zhong)進(jin)行(xing)，幹(gan)燥(zao)箱(xiang)內(nei)擱(ge)板(ban)采(cai)用(yong)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)板(ban)製(zhi)成(cheng)
，內(nei)有(you)媒(mei)體(ti)導(dao)管(guan)分(fen)布(bu)其(qi)中(zhong)，可(ke)對(dui)製(zhi)品(pin)進(jin)行(xing)冷(leng)卻(que)或(huo)熱(re)
，幹(gan)燥(zao)箱(xiang)的(de)後(hou)麵(mian)裝(zhuang)有(you)真(zhen)空(kong)傳(chuan)感(gan)器(qi)，它(ta)將(jiang)真(zhen)空(kong)度(du)轉(zhuan)變(bian)成(cheng)電(dian)訊(xun)號(hao)，箱(xiang)門(men)四(si)周(zhou)鑲(xiang)嵌(qian)有(you)密(mi)封(feng)橡(xiang)膠(jiao)圈(quan)

，臨(lin)用(yong)前(qian)可(ke)塗(tu)以(yi)真(zhen)空(kong)矽(gui)脂(zhi)保(bao)證(zheng)箱(xiang)體(ti)的(de)密(mi)封(feng)。

 

凝結器最好為纏繞柱麵式，不鏽鋼柱麵外繞有多組冷氣盤管
，其工作溫度低於幹燥箱內製品的溫度，最低可達-550℃，從(cong)製(zhi)品(pin)中(zhong)升(sheng)華(hua)出(chu)來(lai)的(de)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)能(neng)充(chong)分(fen)地(di)凝(ning)結(jie)在(zai)與(yu)冷(leng)盤(pan)管(guan)相(xiang)接(jie)觸(chu)的(de)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)柱(zhu)麵(mian)的(de)內(nei)表(biao)麵(mian)上(shang)，從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)凍(dong)幹(gan)過(guo)程(cheng)的(de)順(shun)利(li)進(jin)行(xing)
，光(guang)滑(hua)的(de)柱(zhu)麵(mian)式(shi)結(jie)構(gou)最(zui)大(da)的(de)優(you)點(dian)是(shi)容(rong)易(yi)清(qing)潔(jie)，在(zai)凍(dong)幹(gan)結(jie)束(shu)後(hou)，可(ke)用(yong)電(dian)熱(re)將(jiang)霜(shuang)層(ceng)除(chu)去(qu)。

 

旋(xuan)片(pian)式(shi)真(zhen)空(kong)泵(beng)用(yong)以(yi)對(dui)係(xi)統(tong)抽(chou)真(zhen)空(kong)
，在(zai)機(ji)械(xie)泵(beng)的(de)進(jin)氣(qi)口(kou)安(an)裝(zhuang)了(le)一(yi)個(ge)帶(dai)自(zi)動(dong)放(fang)氣(qi)的(de)電(dian)磁(ci)真(zhen)空(kong)閥(fa)，它(ta)與(yu)旋(xuan)片(pian)泵(beng)為(wei)同(tong)一(yi)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)
，當(dang)停(ting)泵(beng)時(shi)
，電(dian)磁(ci)閥(fa)門(men)自(zi)動(dong)關(guan)閉(bi)，同(tong)時(shi)向(xiang)真(zhen)空(kong)泵(beng)內(nei)放(fang)氣(qi)，既(ji)保(bao)護(hu)了(le)真(zhen)空(kong)係(xi)統(tong)
，又(you)防(fang)止(zhi)了(le)真(zhen)空(kong)泵(beng)向(xiang)係(xi)統(tong)返(fan)油(you)。

 

在製冷係統中
，二台2.2Kw的半封閉冷凍機並聯使用，由風冷凝器出來的高壓製冷劑液體（無氟製冷劑V55℃），jingguoganzaoguolvqijidiancifadaodamaoxiguan，jingjieliuhoujinruzhengfaqi
，youyulengdongjidechouxizuoyong，shizhengfaqineideyalixiajiang，yetizhilengjixishouhuanjingdereliangerxunsufeitengzhengfa。diyazhilengjiqitibeilengdongchouhui，zaijingyasuochenggaoyaqiti，wanchengyicizhilengxunhuan，jiare/冷(leng)卻(que)裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)的(de)冷(leng)排(pai)管(guan)以(yi)凝(ning)結(jie)器(qi)中(zhong)的(de)冷(leng)排(pai)管(guan)以(yi)及(ji)凝(ning)結(jie)器(qi)中(zhong)的(de)冷(leng)氣(qi)盤(pan)管(guan)恪(ke)於(yu)製(zhi)冷(leng)係(xi)統(tong)中(zhong)蒸(zheng)發(fa)，它(ta)們(men)是(shi)通(tong)過(guo)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)的(de)電(dian)磁(ci)閥(fa)來(lai)供(gong)應(ying)製(zhi)冷(leng)劑(ji)的(de)。

 

加熱係統由電熱管，媒體（矽油）、媒體泵
、meitixiangdengzuchengyigexunhuanguanlu，guiyoujingdianreguanjiarehou，youmeitibengshusongzhiganxianggebanzhongdemeitidaoguan，duizhipinjinxingjiawen，tigongshenghuare，dangdongjieshi，zeyoulengquepaiguanduiguiyoujinxingjiangwen，youmeitibengshusongzhiganzaoxianggebanzhongxindemeitidaoguan
，duizhipinjinxinglengquejidongjie。

 

電器儀表控製係統為機電一體化設計，由一個專用工控電機控製，所有的擱板溫度
、媒體溫度、製品溫度均可在集中的顯示上顯示出來
，具體的調節控製請參考係統說明書。

 

三
、凍幹的基本原理與實踐

 

對凍幹製品的質量要求是：生物活性不變、外觀色澤均勻、形態飽滿、結構牢固、溶解速度快，殘餘水分低。要獲得高質量的製品，對凍幹的理論和工藝應有一個比較全麵的了解。凍幹工藝包括預凍、升華和再幹凍三個分階段。合理麵有效地縮短凍幹的周期在工業生產上具有明顯的經濟價值。

 

（一）製品的凍結

 

溶液速凍時（每分鍾降溫10～50℃）
，晶粒保持在顯微鏡下可見的大小；相反慢凍時（1℃/分），形xing成cheng的de結jie晶jing肉rou眼yan可ke見jian。粗cu晶jing在zai升sheng華hua留liu下xia較jiao大da的de空kong隙xi，可ke以yi提ti高gao凍dong幹gan的de效xiao率lv，細xi晶jing在zai升sheng華hua後hou留liu下xia的de間jian隙xi較jiao小xiao
，使shi下xia層ceng升sheng華hua受shou阻zu
，速su成cheng凍dong的de成cheng品pin粒li子zi細xi膩ni，外wai觀guan均jun勻yun，比bi表biao麵mian積ji大da，多duo孔kong結jie構gou好hao

，溶rong解jie速su度du快kuai，便bian成cheng品pin的de引yin濕shi性xing相xiang對dui也ye要yao強qiang些xie。

 

藥品在凍幹機中預凍在兩種方式：一種是製品與幹燥箱同時降溫，；另一種是待幹燥箱擱板降溫至-40℃左zuo右you，再zai將jiang製zhi品pin放fang入ru，前qian者zhe相xiang當dang於yu慢man凍dong，後hou者zhe則ze介jie於yu凍dong與yu慢man凍dong之zhi間jian

，因yin而er常chang被bei采cai用yong
，以yi兼jian顧gu凍dong幹gan效xiao率lv與yu產chan品pin質zhi量liang。此ci法fa的de缺que點dian是shi製zhi品pin入ru箱xiang時shi
，空kong氣qi中zhong的de水shui蒸zheng氣qi將jiang迅xun速su地di凝ning結jie在zai擱ge板ban上shang，而er在zai升sheng華hua初chu期qi，若ruo板ban升sheng溫wen較jiao快kuai，由you於yu大da麵mian積ji的de升sheng華hua將jiang有you可ke能neng超chao越yue凝ning結jie器qi的de正zheng常chang負fu荷he。此ci現xian象xiang在zai夏xia季ji尤you為wei顯xian著zhu。

 

製(zhi)品(pin)的(de)凍(dong)結(jie)處(chu)於(yu)靜(jing)止(zhi)狀(zhuang)態(tai)。經(jing)驗(yan)證(zheng)明(ming)，過(guo)冷(leng)現(xian)象(xiang)容(rong)易(yi)發(fa)生(sheng)至(zhi)使(shi)製(zhi)品(pin)溫(wen)度(du)雖(sui)已(yi)達(da)到(dao)共(gong)晶(jing)點(dian)。但(dan)溶(rong)質(zhi)仍(reng)不(bu)結(jie)晶(jing)，為(wei)了(le)克(ke)服(fu)過(guo)冷(leng)現(xian)象(xiang)，製(zhi)品(pin)凍(dong)結(jie)的(de)溫(wen)度(du)應(ying)低(di)於(yu)共(gong)晶(jing)點(dian)以(yi)下(xia)一(yi)個(ge)範(fan)圍(wei)，並(bing)需(xu)保(bao)持(chi)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)，以(yi)待(dai)製(zhi)品(pin)完(wan)全(quan)凍(dong)結(jie)。

 

（二）升華的條件與速度

 

冰在一定溫度下的飽和蒸汽壓大於環境的水蒸氣分壓時即可開始升華
；比製品溫更低的凝結器對水水蒸氣的抽吸與捕獲作用，則是維護升所必需的條件。

 

氣(qi)體(ti)分(fen)子(zi)在(zai)兩(liang)次(ci)連(lian)續(xu)碰(peng)撞(zhuang)之(zhi)間(jian)所(suo)走(zou)的(de)距(ju)離(li)稱(cheng)為(wei)平(ping)均(jun)自(zi)由(you)程(cheng)，它(ta)與(yu)壓(ya)力(li)成(cheng)反(fan)比(bi)。在(zai)常(chang)壓(ya)下(xia)，其(qi)值(zhi)很(hen)小(xiao)，升(sheng)華(hua)的(de)水(shui)分(fen)子(zi)很(hen)容(rong)易(yi)與(yu)氣(qi)體(ti)碰(peng)撞(zhuang)又(you)返(fan)回(hui)到(dao)蒸(zheng)汽(qi)源(yuan)表(biao)麵(mian)，因(yin)而(er)升(sheng)華(hua)速(su)度(du)很(hen)漫(man)。隨(sui)著(zhe)壓(ya)力(li)降(jiang)低(di)13.3Pa以下，平均自由程增大105倍，使升華速度顯著加快，飛離出來的水分子很少改變自己的方麵，從而形成了定向的蒸汽流。

 

真空泵在凍幹機中起著抽除永久氣體的作用，以維護升華所必需的低壓強。1g水蒸氣在常壓下為1.25L而在13.3Pa時卻膨脹為10000升，普通的真空泵在單位時間內抽除如此大量的體積是不可能的。凝結器實際上形成了專門捕集水蒸氣的真空泵。

 

製品與凝結的溫度通常為-25℃與-50℃。冰在該溫度下的飽和蒸汽壓分別為63.3Pa與1.1Pa,因而在升華麵與冷凝麵之間便產生了一個相當大的壓力差,如果此時係統內的不凝性氣體分壓可以忽略不計,它將促使製品升華出來的水蒸氣,以一定的流速定向地抵達凝結器表麵結成冰霜。

 

冰的升華熱約為2822J/ke，ruguoshenghuaguochengbugonggeireliang
，namozhipinzhiyoujiangdineinenglaibuchangshenghuare，zhizhiqiwenduyuningjieqiwendupinghenghou，shenghuayejiutingzhile。weilebaochishenghuayulengninglaidewenducha，bixuduizhipintigongzugoudereliang。

 

（三）升華過程

 

在升溫的第一階段（大量升華階段），製zhi品pin溫wen度du要yao低di於yu其qi共gong晶jing點dian一yi個ge範fan圍wei。因yin此ci擱ge板ban溫wen要yao加jia以yi控kong製zhi
，若ruo製zhi品pin已yi經jing部bu分fen幹gan燥zao，但dan溫wen度du卻que超chao過guo了le其qi共gong晶jing點dian，此ci時shi將jiang發fa生sheng製zhi品pin融rong化hua現xian象xiang，而er此ci時shi融rong化hua的de液ye體ti，對dui冰bing飽bao和he

，對dui溶rong質zhi卻que未wei飽bao和he，因yin而er幹gan燥zao的de溶rong質zhi將jiang迅xun速su溶rong解jie進jin去qu，最zui後hou濃nong縮suo成cheng一yi薄bo僵jiang塊kuai，外wai觀guan極ji為wei不bu良liang，溶rong解jie速su度du很hen差cha
，若ruo製zhi品pin的de融rong化hua發fa生sheng在zai大da量liang升sheng華hua後hou期qi，則ze由you於yu融rong化hua的de液ye體ti數shu量liang較jiao少shao，因yin而er被bei幹gan燥zao的de孔kong性xing固gu體ti所suo吸xi收shou，造zao成cheng凍dong幹gan後hou塊kuai狀zhuang物wu有you所suo缺que損sun

，加jia水shui溶rong解jie時shi仍reng能neng發fa現xian溶rong解jie速su度du較jiao慢man。

 

在大量升華過程
，雖然擱板和製品溫度有很大懸殊，但由於板溫
、ningjieqiwenduhezhenkongwendujibenbubian

，yinershenghuaxirebijiaowending，zhipinwenduxiangduihengding。suizhezhipinzishangerxiacengcengganzao，bingcengshenghuadezulizhujianzengda。zhipinwenduxiangyingyehuixiaofushangsheng。zhizhiyongrouyanyibudaobingjingdecunzai。cishi90%yishangdeshuifenyichuqu。daliangshenghuadeguochengzhiciyijibenjieshu
，weilequebaozhengxiangzhipindaliangshenghuawanbi

，banwenrengxubaochiyigejieduanhouzaijinxingdierjieduandeshengwen。

 

shengyubaifenzhijideshuifenchengcanyushuifen
，tayuziyouzhuangtaideshuizaiwulihuaxuexingzhishangyousuobutong，canyushuifenbaokuolehuaxuejiehezhishuiyuwulijiehezhishui
，zhuruhuahedejiejingshuijiejing
、蛋(dan)白(bai)質(zhi)通(tong)過(guo)氫(qing)鍵(jian)結(jie)合(he)的(de)水(shui)以(yi)及(ji)固(gu)體(ti)表(biao)麵(mian)或(huo)毛(mao)細(xi)管(guan)中(zhong)吸(xi)附(fu)水(shui)等(deng)。由(you)於(yu)殘(can)餘(yu)水(shui)分(fen)受(shou)到(dao)種(zhong)引(yin)力(li)的(de)束(shu)縛(fu)

，其(qi)飽(bao)和(he)蒸(zheng)汽(qi)壓(ya)則(ze)是(shi)不(bu)同(tong)程(cheng)度(du)的(de)降(jiang)低(di)
，因(yin)而(er)幹(gan)燥(zao)速(su)度(du)明(ming)顯(xian)下(xia)降(jiang)。雖(sui)然(ran)提(ti)高(gao)製(zhi)品(pin)溫(wen)度(du)促(cu)進(jin)殘(can)餘(yu)水(shui)分(fen)的(de)氣(qi)化(hua)


，但(dan)若(ruo)超(chao)過(guo)某(mou)極(ji)限(xian)溫(wen)度(du)，生(sheng)物(wu)活(huo)性(xing)也(ye)可(ke)能(neng)急(ji)劇(ju)下(xia)降(jiang)。保(bao)證(zheng)製(zhi)品(pin)安(an)全(quan)的(de)最(zui)高(gao)幹(gan)燥(zao)溫(wen)度(du)要(yao)由(you)實(shi)驗(yan)來(lai)確(que)定(ding)。通(tong)常(chang)我(wo)們(men)在(zai)第(di)二(er)階(jie)段(duan)將(jiang)板(ban)溫(wen)+30℃左zuo右you，並bing保bao持chi恒heng定ding。在zai這zhe一yi階jie段duan初chu期qi，由you於yu板ban溫wen升sheng高gao，殘can餘yu水shui分fen少shao又you不bu易yi氣qi化hua，因yin此ci製zhi品pin溫wen度du上shang升sheng較jiao快kuai。但dan隨sui著zhe製zhi品pin溫wen度du與yu板ban溫wen逐zhu漸jian靠kao攏long
，熱re傳chuan導dao變bian得de更geng為wei緩huan慢man

，需xu要yao耐nai心xin等deng待dai相xiang當dang長chang的de一yi段duan時shi間jian，實shi踐jian經jing驗yan表biao明ming，殘can餘yu水shui分fen幹gan燥zao的de時shi間jian與yu大da量liang升sheng華hua的de時shi間jian幾ji乎hu相xiang等deng有you時shi甚shen至zhi還hai會hui超chao過guo。

 

（四）凍幹曲線：將擱板溫度與製品溫度隨時間的變化記錄下來，即可得到凍幹曲線。

 

比較典型的凍幹曲線係將擱板升溫分為兩個階段
，在大量升華時擱板溫度保持較低，根據實際情況，一般可控製在-10至+10之(zhi)間(jian)。第(di)二(er)階(jie)段(duan)則(ze)根(gen)據(ju)製(zhi)品(pin)性(xing)質(zhi)將(jiang)擱(ge)板(ban)溫(wen)度(du)適(shi)當(dang)調(tiao)高(gao)
，此(ci)法(fa)適(shi)用(yong)於(yu)其(qi)熔(rong)點(dian)較(jiao)低(di)的(de)製(zhi)品(pin)。若(ruo)對(dui)製(zhi)品(pin)的(de)性(xing)能(neng)尚(shang)不(bu)清(qing)楚(chu)，機(ji)器(qi)性(xing)能(neng)較(jiao)差(cha)或(huo)其(qi)工(gong)作(zuo)不(bu)夠(gou)穩(wen)定(ding)時(shi)
，用(yong)此(ci)法(fa)也(ye)比(bi)較(jiao)穩(wen)妥(tuo)。

 

ruguozhipingongjingdianjiaogao，xitongdezhenkongduyenengbaochilianghao

，ningjieqidezhilengnenglichongyu，zeyekecaiyongyidingdeshengwensudu，jianggebanwendushenggaozhiyunxudezuigaowendu，zhizhidongganjieshu，danyexubaozhengzhipinzaidaliangshenghuashidewendubudechaoguogongjingdian。

 

若製品對熱不穩定
，則第二階段板溫不宜過高。為了提高第一階段的升華速度
，可將拉板溫度一次升高至製品允許的最高溫度以上；待(dai)大(da)量(liang)升(sheng)華(hua)階(jie)段(duan)基(ji)本(ben)結(jie)束(shu)時(shi)，再(zai)將(jiang)板(ban)溫(wen)降(jiang)至(zhi)允(yun)許(xu)的(de)最(zui)高(gao)溫(wen)度(du)
，這(zhe)後(hou)兩(liang)種(zhong)方(fang)式(shi)雖(sui)然(ran)使(shi)大(da)量(liang)的(de)升(sheng)華(hua)速(su)度(du)有(you)一(yi)些(xie)提(ti)高(gao)
，但(dan)其(qi)抗(kang)幹(gan)擾(rao)的(de)能(neng)力(li)相(xiang)應(ying)降(jiang)低(di)
，真(zhen)空(kong)度(du)和(he)製(zhi)冷(leng)能(neng)力(li)的(de)突(tu)然(ran)降(jiang)低(di)或(huo)停(ting)電(dian)都(dou)可(ke)能(neng)會(hui)使(shi)製(zhi)品(pin)融(rong)化(hua)。合(he)理(li)而(er)靈(ling)活(huo)地(di)掌(zhang)握(wo)第(di)一(yi)種(zhong)方(fang)式(shi)，仍(reng)是(shi)目(mu)前(qian)較(jiao)常(chang)用(yong)的(de)方(fang)式(shi)。