开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
- 冷冻干燥技术的概念及基本原理
冷冻干燥又称升华干燥,将物料冷冻至水的冰点以下,并置于高真空(10~40Pa)的容器中,通过供热使物料中的水分直接从固态冰升华为水汽的一种干燥方法。
冷冻干燥技术的开始发展源于上世纪初真空泵和制冷剂的出现,而后有人试图将两者结合在一起,并把他们医学上的生物脱水的技术中,从此,冷冻干燥技术的概念形成了并渐渐地发展了起来。在1919年有人试验将冷冻干燥技术应用到保存细菌、病毒、血清中,这个试验的成功使冷冻干燥技术的实际应用越来越广泛。之后是在第二次世界大战期间,由于战争对人的伤害很大,患者的救助需要大量的血浆和抗生素,由于需要的量多,所以开始有了大型的冷冻干燥设备,冷冻干燥设备的出现解决药品的长距离运输和长时间保存的问题。从此以后,冷冻干燥技术迅速崛起并广泛地运用于医学事业中。
目前,冷冻干燥技术是药品生产及研发中的一项重要工艺和技术。随着我国医药工业的发展,冷冻干燥技术在我国也得到了越来越广泛的应用,并在开发新药和生产高质量的药品中发挥了重要的作用。
其基本原理为:由物理学可知,水有三相,O点为三相共点,OA为冰的融解点。根据压力减小、沸点下降的原理,只要压力在三相点压力之下,物料中的水分则可从水不经过液相而直接升华为水汽。根据这个原理,就可以先将原料冻结至冰点之下,使原料中的水分变为固态冰,然后在适当的真空环境下,将冰直接转化为蒸汽而除去,再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸汽冷凝,从而使物料得到干燥。这种利用真空冷冻获得干燥的方法,是水的物态变化和移动的过程,这个过程发生在低温低压下,因此,冷冻干燥的基本原理是在低温低压下传热传质的机理。
- 冷冻干燥技术的优点
干燥的方法有很多,但与其他干燥方法相比,冷冻干燥法的突出优点和特点在于:(1)药液可以在冻结前进行分装,不影响剂量的准确性;(2)在低温下干燥,不会破坏被干燥药品中的热敏物质;(3)在低压下干燥,由于缺氧,被干燥药品不易被氧化,某些细菌的生长也会受到限制;(4)冻结时被干燥药品可形成一定的外观形态,干燥后能基本保持原形;(5)复水性好,冻干药品可迅速吸水还原成冻干前的状态;(6)脱水彻底,适合长途运输和长期保存。
- 冷冻干燥技术的基本过程
该过程主要包括预冻、一次干燥(升华)、二次干燥(解吸附)三个彼此独立而又相互依赖的步骤。
- 配液与灌装:将药品与赋形剂溶解于适当溶剂(通常为注射用水)中,将药液通过0.22micro;m的除菌过滤器过滤,灌装于已灭菌的容器中,并在无菌条件下进行半压塞。
- 预冻:在无菌条件下,将半压塞后的容器转移至冻干箱内进行预冻。预冻过程的作用是保护物质的主要性质不变,并获得有利于水分升华的固体骨架结构。通常预冻温度应低于产品共晶点5~10℃,以保证药液完全冻结。
- 一次干燥:一次干燥阶段主要是除去自由水,可采用一次升华法或反复预冻升华法。
- 二次干燥:二次干燥阶段主要是除去部分吸附水和结合水。待制品内自由水基本除去后进行第二步加温,这时可迅速使制品上升至规定的最高温度,进行解吸干燥(即二次干燥)。此时,冻干箱内必须保持较高的真空度,在产品内外形成较大的蒸汽压差,促使产品内水分的逸出。
- 压塞:根据要求进行真空压塞或充氮压塞。
- 冷冻干燥过程中常出现的异常现象及处理方法
(1)含水量偏高:造成产品中含水量过高的原因包括干燥温度太低,干燥层和瓶塞的流动阻力太大,药液的装量过厚;解析干燥阶段的时间太短,以及产品出箱后,密封前搁置时间太长,或环境湿度太大,导致吸潮等。
(2)喷瓶:造成喷瓶的原因有两个,一是预冻温度过高或预冻时间短,产品未完全冻实;二是升华是升温过快,导致部分制品熔化成液体,在真空条件下,从已干燥的固体下面喷出,造成喷瓶。解决方法是:控制预冻温度在共晶点以下10~15℃并保持2~3小时,以保证制品冻实。在升华干燥阶段严格严格控制升温速率,尤其在共晶点附近,升温速率应均匀,且不宜过快。
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