如何使用熱分析優化冷凍真空乾燥法

Neil Demarse | Nicie Murphy | Morgan Ulrich
July 22, 2022

冷凍真空乾燥法 (Lyophilization),又稱「凍乾」,為移除樣品水分的方法,常作為保存用途。冷凍真空乾燥法中通常透過快速冷凍的過程將樣品中的水分昇華。快速冷凍可避免大冰晶的形成而將樣品的細胞壁受到破壞。
冷凍真空乾燥法常見的應用包括材料的保存,特別是藥品的運輸。如果以液體形式運送,注射藥劑可能會變得不穩定或失去其功效。利用冷凍真空乾燥法可製造更容易運輸的藥品,在為病患注射前予以復溶。
此外,許多新治療藥劑的溶解度差,很難在採行傳統藥物運送方法時仍不會喪失其生體可用率。冷凍真空乾燥法可生成固態的非晶型分散形式便於固體狀態下運送。1
即便在製藥業冷凍真空乾燥法也屬日常生產,該製程仍具高度特異性且需在嚴密的協議下。不適當的程序會造成冷凍不足、超載,或造成設備或樣品的損壞。生物樣品特別容易受到冷凍誘發的傷害,這會降低藥劑的效力與效價。因此,在優化樣品製備、凍乾和產品運輸時,能夠精細做出表徵是至關重要的。

量化冷凍真空乾燥

在整個冷凍真空乾燥過程中,研究人員必須測量關鍵的參數和材料特性以得到最佳的方法和產品。熱分析用於測量溫度變化如何影響樣品的物質特性。

玻璃轉化和差示掃描量熱法 (DSC)

玻璃轉溫度 (Tg) 是凍晶樣品從凍易碎狀態轉成較黏滯狀態,流動性增加的點。3 研究人員必須確認玻璃轉溫度以優化樣品凍乾後的復溶過程。

差示掃描量熱法 (DSC) 測量材料熱轉移當下發生的溫度和熱流,包括玻璃轉。在樣品的結晶溫度與玻璃轉溫度相的複雜情況下,以溫度調的差示掃描量熱法可以協助辨識這些物質特性。線性下同時調樣品溫度,可以同時獲得樣品熱容量與總熱流的數值變化。

TA Instruments 熱分析技術中調制動態掃描量熱法的唯一儀器提供者,包括多樣品 X3 DSC可同測量 3 個樣品在內,時間更短數據更多。X3 DSC 利用 TA Instruments 專利的 Fusion Cell 設計,為最準確和穩定的熱分析量測提供最高水平性能表現。

Nano Differential Scanning Calorimetry也用於查看樣品復溶後的產品穩定性或效力是否改變。Nano DSC 可以有效表徵分子的穩定性,確認高親和性配體結合,並解開多構域結構。

乾燥和 熱重分析儀 (TGA)

如何確認經冷凍真空乾燥後的樣品已完全乾燥?熱重分析儀(TGA)可以精確地檢測到最微量的殘餘濕氣。該分析可以用於評估冷凍真空乾燥程序的品質,預測產品可能維持的穩定性,並確定冷凍真空乾燥法的最佳參數。2

最廣為使用於檢測殘餘濕氣的卡耳費雪滴定方法同樣可在 TGA 儀器上實行;而 TGA 可以用於測試不適用卡耳費雪滴定的化學物質。2 TGA 也提供樣品在不同溫度與壓力下的凍乾狀態數據

TA Instruments 提供不同種類的熱重分析儀以符合每個實驗室的需求。TGA 55為一個堅固耐用、可靠且划算的選擇,配有專利的 Tru-Mass™天平,在眾多競爭模型中提供最準確的量測。TGA 550提供附加及選擇性擴展功能,提供更優異的效能表現和性。TGA 5500提供最極致的效能表現,相對其他競爭 TGA 較小的飄浮,並且擁有最快速的加熱和冷卻速率。在各種實驗室和冷凍真空乾燥法之中,有一款 TGA 可以滿足您的需求並推進您的研究發展。

選擇您的儀器

由於冷凍真空乾燥法需要受到嚴格控制,頂尖實驗室需要高度準確的熱分析儀,有效改善程序而不浪費寶貴時間。熱重分析和差示掃描量熱法為優化冷凍真空乾燥法的標準方法,如上所述,有許多不同儀器可供選擇。

TA Instruments 作為設計與製造熱分析儀器(包括 TGA 和 DSC)的世界領導者,TA 著重於提供解決方案,並且比其他供應商協助更多顧客成功地將 TGA 與 DSC 融入他們的實驗室。

頂尖的實驗室倚賴我們的 DSC 與 TGA 來增強冷凍真空乾燥法的生產率及適用性。我們擁有種類繁多的儀器,從市場中最划算到最高階性能,一定有適合您實驗室的儀器。

馬上聯繫 TA Instruments與我們的專家進行討論,瞭解我們的熱分析儀如何改善您的冷凍真空乾燥法。

參考資料:

  1. Kasper, J. C., Winter, G., & Friess, W. (2013). European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics Recent advances and further challenges in lyophilization. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 85(2), 162–169. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2013.05.019
  2. Matejtschuk, P., Duru, C., Malik, K., Ezeajughi, E., Gray, E., Raut, S., & Mawas, F. (2016). Use of Thermogravimetric Analysis for Moisture Determination in Difficult Lyophilized Biological Samples. American Journal of Analytical Chemistry, 7, 260–265. https://org/10.4236/ajac.2016.73023
  3. Horn, J., & Friess, W. (2018). Detection of Collapse and Crystallization of Saccharide , Protein , and Mannitol Formulations by Optical Fibers in Lyophilization. Frontiers in Chemistry, 6, 1–9. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00004