提高冻干速率有效方法 | ![]() |
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发布时间 2025-06-30 |
为你提供几条提升冻干速率的方法供参考: 一、优化样品配方(最根本且有效的方法) 1. 提高共熔点/塌陷温度: * 添加冻干保护剂:这是最常用的方法。糖类(蔗糖、海藻糖、甘露醇、乳糖)、多元醇(山梨醇、甘油)、聚合物(PVP、葡聚糖、Ficoll)、氨基酸(甘氨酸)等可以: * 提高体系的共熔点和塌陷温度,允许在更高的温度下进行升华(主干燥),从而显著提高升华速率。 * 形成稳定的玻璃态或无定形结构,保护活性物质。 * 替代水分子,维持生物大分子的结构。 * 减少低共熔点的盐分:高浓度的盐(如NaCl)会显著降低共熔点,迫使主干燥在更低的温度下进行,减慢速度。在允许的情况下,优化盐的种类和浓度。
2. 优化固体含量: * 适当提高固体含量可以减少需要升华的冰的总量(单位体积样品中冰减少),但前提是不能显著增加干燥层的阻力。过高固体含量可能导致干燥层过于致密,阻碍水蒸气逸出。 * 找到最佳平衡点,既能减少总水量,又不使干燥层阻力过大。 3. 使用填充剂/结构剂: * 添加如甘露醇、甘氨酸等容易结晶的物质,可以在冻干过程中形成坚固的骨架结构,防止塌陷,并可能形成较大的冰晶通道,降低干燥层阻力,有利于水蒸气逸出。 4. 控制pH和缓冲体系: * 选择在冻结和冻干过程中pH变化小、不易结晶的缓冲盐(如磷酸盐、柠檬酸盐、组氨酸)。避免使用在冻结时易析出、导致pH剧烈变化的缓冲盐(如Tris)。pH不稳定会影响产品稳定性和冻干行为。 二、优化预冻过程 1. 控制冰晶大小 * 慢速冷冻:通常产生较大的冰晶。大冰晶升华后留下的通道较大,干燥层阻力较小,有利于主干燥阶段水蒸气的逸出,从而提高升华速率。适用于对冰晶大小不敏感的样品(如大多数化学药品、一些蛋白质)。 * 快速冷冻:产生细小的冰晶。升华后通道细小曲折,干燥层阻力较大,会减慢升华速率。但对于对冰晶损伤敏感的样品(如某些细胞、脂质体、易聚集的蛋白质),快速冷冻是必要的,以保护其结构和活性。 * 退火:在预冻阶段引入一个升温保温再降温的步骤。目的是: * 让小冰晶重结晶变大,从而减少干燥层阻力。 * 促进结晶性组分(如甘露醇、甘氨酸)完全结晶,避免在干燥阶段析晶导致产品破坏。 * 退火是提高冻干速率非常有效的手段,尤其适用于含有结晶性赋形剂的配方。 2. 确保完全冻结: * 预冻温度必须足够低(远低于样品的共熔点),并保持足够时间,确保样品完全冻结成固态冰,没有过冷的液态水残留。 三、优化主干燥阶段(升华干燥) 1. 提高搁板温度: 根据设备(冻干机)的实际情况,我建议你样品不多的情况下尽量将样品放置在上层隔板上。这样在升华阶段能提高一点压差。另外尽量将样品放在支架上再放入隔板,(竖立放置样品) * 这是提高升华速率最直接的方法,因为升华需要热量。关键在于将搁板温度提高到尽可能接近但不超过产品自身的共熔点/塌陷温度。 * 必须通过实验(如电阻法、热偶法、压力升测试)精确测定产品的共熔点/塌陷温度。 * 使用温度探头(如热电偶)实时监测产品温度是至关重要的,确保其始终低于临界温度。在保证安全的前提下,尽可能提高搁板温度。 2. 优化腔室真空度: * 真空度(腔室压力)对升华速率有显著影响: * 压力过低(真空度过高):虽然冰的升华点降低,但气体的热传导效率极差,从搁板到升华界面的传热受阻,反而可能降低升华速率。 * 压力过高(真空度低):升华温度升高,传热效率好,但可能超过产品的共熔点/塌陷温度导致产品破坏,同时水蒸气扩散阻力也会增加。 * 存在一个最佳压力范围(通常在 0.1 - 0.3 mbar / 10 - 30 Pa 左右,具体取决于产品和设备),能平衡传热效率和水蒸气扩散阻力,实现最大升华速率。需要通过实验确定最佳压力设定值。 3. 减小干燥层阻力: * 配方优化(如前所述:保护剂、填充剂、冰晶大小控制)是根本。 * 减小装液高度/样品厚度:干燥层的厚度是阻力的主要来源。在可能的情况下,使用更大表面积/更浅深度的容器(如皮氏培养皿代替小瓶子)或减少每瓶/每盘的装液量(高度),可以显著缩短干燥时间。阻力与厚度的平方成正比。 四、优化次干燥阶段(解吸干燥) 1. 提高搁板温度: * 次干燥阶段主要是去除结合水,需要更高的温度来提供解吸能。在保证产品稳定性的前提下(避免高温降解、焦糖化等),尽可能提高搁板温度(通常比主干燥高很多,如+25°C 到 +40°C甚至更高)。 * 需要根据产品稳定性研究确定最高安全温度。 2. 维持适当真空: * 较低的真空度有助于水蒸气的扩散。次干燥通常维持在主干燥相似的真空度或稍低一些。 ATS.B冻干机干细胞冻干提升冻干速率方法供参考: 型号:ATS.B5-01C(原位冻干机) 一.程序冻干 1、预冻段设定温度为-40度,时间为90分钟, 2、真空升华段设定温度为样品冰点温度+5度。或预冻温度-40度,时间120分钟, 3、解析干燥段设定温度为人共熔点温度-3度,时间45分钟, 4、二次升华设定温度25度,时间60分钟。冻干结束 二、原位冻干 1、选择直接冻干(原位冻干程序) 2、设定预冻时间120分钟,预冻温度-45度。 3、升华干燥 |
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