【案例实录】一款双抗药冻干工艺优化：从塌陷频发到周期缩短8小时

2026-05-22 11:05:56, 莱奥德创德祥科技有限公司

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LYO Innovation Biotech

蛋白药物冻干CRO项目全流程复盘

历时约6周 · 外观合格率显著提升

引言

为什么这个项目值得关注？

双特异性抗体（双抗）是当前生物药领域最活跃的赛道之一。然而，相比普通单克隆抗体，双抗分子结构更为复杂，对冻干工艺的要求也更高——保护剂配方、工艺窗口、甚至装量差异，都可能直接影响成品的外观和稳定性。

本次案例的主角，是一款正在推进IND申报的双抗注射用冻干制剂。客户找到莱奥德创时，冻干后的外观问题已经困扰了他们一段时间：大部分样品出现塌陷，程度不一，批次间一致性也不理想。与此同时，冻干周期长达约63小时，给后续放大生产带来了时间和成本压力。

经过6周的工艺优化，最终实现了：外观合格率大幅提升、单批次冻干周期缩短约8小时（从63小时降至53-55小时）的双重目标。

冻干样品外观对比图（左图优化前 vs 右图优化后）

项目概况

品种类型：双特异性抗体（Bispecific Antibody）注射用冻干制剂

项目目标：改善冻干外观缺陷（塌陷）+ 缩短冻干周期

初始痛点：部分冻干样品出现塌陷，外观不一致，批次间重复性差

初始工艺周期：>60小时（总干燥时长）

项目周期：约6周（含配方评估、工艺优化、验证评估）

问题分析：塌陷是怎么产生的？

凹陷或塌陷（ Depression or Collapse）是冻干制剂最常见的外观缺陷之一，在双抗类高价值生物制品中出现频率往往高于普通单抗，主要原因有以下几点：

双抗分子结构复杂性

双抗具有两个不同的抗原结合位点，分子间相互作用更为复杂。在冻结过程中，蛋白质富集在冰-非冻结相界面，更容易发生部分变性或表面变性，导致冻干应力下结构支撑不足；

保护剂配方针对性不足

部分初始配方侧重于溶液稳定性，但对冻干过程中蛋白质-糖界面的保护考虑不够充分。海藻糖与甘露醇的比例、缓冲液的种类及浓度、P188或吐温 80的用量，以及是否引入无定形填充剂，都需要针对双抗分子特性重新评估；

工艺温度窗口过窄

63小时的长周期本身说明工艺较为保守，但这并不意味着安全。如果搁板温度设置使产品温度接近Tc边界，一旦产品温度出现波动，就可能在局部区域突破Tc，引发微塌陷；

装量差异对干燥均匀性的影响

不同装量的样品，在相同搁板温度下，升华阻力不同，导致干燥完成度不一致——这也解释了为什么1/2倍量样品形态更好。

优化过程：三个阶段，步步推进

阶段一

配方重新评估与筛选

对原有配方进行DSC热分析和冻干显微镜分析，确认当前Tg''和Tc，并系统筛选保护剂组合：

• 调整海藻糖与甘露醇比例，增强玻璃化保护；
• 引入P188及吐温80，在非离子表面活性剂作用下减少蛋白质界面变性，通过筛选确定更优选择；
• 对不同装量（1倍、1/2倍）分别进行小试冻干，评估剂量-外观关联性。

✅ 阶段成果：初步确认1/2倍量样品外观更优；关键温度安全窗口得到量化。

阶段二

工艺参数精准优化

基于第一阶段结果，引入PAT工具链进行实时过程监控：

• 应用SMART™/MTM技术监控产品温度，确保全程低于Tc以下2~5℃；
• 精细化调整搁板升温曲线，找到周期-外观的最优平衡点；
• 对1倍量和1/2倍量样品进行对比实验，系统评估装量对塌陷率的影响。

✅ 阶段成果：工艺终点判断精准化，搁板温度曲线得到优化，塌陷问题明显改善。

阶段三

批次验证与稳定性评估

优化后的工艺进行小批量验证，确认结果可重复：

• 多批次冻干实验，统计塌陷样品比例；
• 检测残余水分（KF法）、外观、复溶时间等关键质量属性；
• 初步稳定性评估（加速稳定性，40℃/75%RH，4周）。

✅ 阶段成果：外观合格率大幅提升，冻干周期从63小时缩短至约55小时。

优化结果：三个关键数据

冻干周期缩短约8小时

优化后总干燥时长约55小时，相比原有约63小时工艺，单批次节省约8小时（约12.7%的周期压缩）。

对于商业化生产来说，这意味着：
• 单台冻干机年产能提升约12.7%；
• 设备占用时间缩短，生产调度更灵活；
• 能耗相应降低，批次成本下降。

冻干外观合格率显著提升

工艺优化后，大部分冻干样品外观正常，无塌陷缺陷。仅有少量样品出现轻微塌陷，这与热传导模式有关；

装量对形态的影响规律

实验中观察到，1/2倍量样品的整体外观形态优于1倍量样品。这一现象提示：在当前搁板温度和工艺条件下，较大的装量可能导致升华阻力偏高，从而更易出现微塌陷。

对于本品种，如未来以1倍量为商业化规格，建议：

① 进一步精细化搁板温度曲线，尤其关注层板不同区域的热平衡；
② 考虑在初始预冻阶段引入预冻成核技术（Controlyo™），通过控制冰晶成核温度，改善批内各瓶间的干燥一致性；
③ 开展系统的最差点（worst case）分析，明确样品在不同季节（环境温度）下的工艺稳健性。

本项目用到的关键技术工具

DSC差示扫描量热仪：实测配方Tg''，为预冻搁板温度设置提供依据；

FDM冻干显微镜：检测配方Tc，为一次干燥搁板温度设置提供依据；

SMART™/MTM技术：主动调节层板温度与真空度，全程监控产品温度，确保一次干燥阶段温度始终低于Tc；

Controlyo™晶核控制技术（可选）：控制冰晶成核均匀性，改善批内各瓶间一致性，适用于未来放大验证；

卡尔费休水分测定仪（KF）：残余水分精确放行检测，确保各批次含水量<1%（（符合常规冻干制剂要求）。

3条可复用的经验

以下经验来自本项目的踩坑与突破，对类似双抗/多抗冻干项目有直接参考价值：

经验1：外观问题 ≠ 单一原因

凹陷或塌陷往往是配方、工艺、装量三者共同作用的结果，仅靠调整搁板温度或仅更换保护剂，往往治标不治本。建议按"配方关键温度→工艺温度→装量影响"的系统顺序逐一排查。

经验2：PAT工具是工艺优化的眼睛

没有实时数据支撑的工艺优化，就像闭眼开车。MTM实时监测冻干产品过程参数，让你了解冻干过程中样品究竟发生了什么，这是周期缩短和外观改善的共同基础。

经验3：装量差异要尽早验证

在实验室阶段就把不同装量的样品一起跑，不要等到放大生产前才发现问题。1/2倍量样品表现更好，提示的不是"小装量更好"，而是"大装量需要更保守的工艺参数"——这条信息对后续放大至关重要。

您的冻干项目，有没有遇到类似问题？

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凹陷/塌陷、周期过长、批次不一致——这些问题的根因往往藏在细节里，而找到它们需要系统的工艺知识和合适的工具。

莱奥德创冻干CRO团队专注于药物冻干工艺开发，从配方评估、关键温度测试分析到PAT工艺优化，提供全流程技术服务。如果您正在为类似问题困扰，欢迎联系我们——可拨打热线400-006-9696或者扫描下方二维码填写咨询表单。

莱奥德创冻干工场——提供开放式的冻干平台，助力生物医药企业加速研发与产业化进程！

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技术优势

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核心优势

先进的冻干设备和软件(PATs)，领先的冻干理念与技术 (QbD，Line of Sight )

● SMART™ 自动化工艺摸索技术，为产品提供数据支持的初步工艺；

● ControLyo® 可控瞬时成核技术，对成核温度进行精确控制，确保产品均一性；

● LyoFlux® TDLAS技术，对蒸汽质量流量进行精确测量，精确判定冻干终点；

● Tempris® 无线温度传感器，提供产品温度实时监测与记录；

● Biopharma 冻干前后分析技术，对产品配方进行特征研究，避免冻干过程开发风险。

冻干工艺开发

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冻干前后产品性能分析

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关于莱奥德创冻干工场

上海莱奥德创生物科技有限公司专注于提供先进的冻干设备应用和制剂开发相关服务，依托于合作伙伴加拿大ATS集团SP品牌和英国Biopharma Group等的紧密合作，致力于促进中国生物医药技术创新升级，助力中国大健康行业的持续发展。莱奥德创在上海及广州设有实验室，拥有专业的技术团队及国内外专家支持体系。

莱奥德创面向生物制药、食品科学等各个领域行业客户，提供冻干研发、放大、委托生产及培训等服务。

前期研发

● 产品配方特征研究:共晶点温度(Te)、塌陷温度(Tc)、玻璃态转化温度(Tg''、Tg)测定等；

● 实验室工艺开发：冻干工艺开发:冻干制剂配方开发，工艺确定，申报材料撰写；

● 冻干工艺优化：利用中试冻干机上独家PAT工具优化及缩短工艺；

● 冻干产品质量指标测试：水分含量，冻干饼韧度分析；

● 咨询服务：如产品外观问题、产品质量问题、其他troubleshooting等；

工艺放大/技术转移

● 冻干工艺转移/放大: 远程技术指导+现场服务；

● 小批量冻干生产(NON-GMP)，临床一期生产（GMP）；

其他业务

● 企业小团队线上线下培训服务：冻干原理，工艺开发，设备使用维护等；

● 冻干设备租赁服务。

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www.lyoinnovation.com

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30多年来，德祥一直深耕于科学仪器行业，主营产品有实验室分析仪器、工业检测仪器及过程控制设备，致力于为新老客户提供更完善的解决方案。公司业务包含仪器代理，维修售后，实验室咨询与规划，CRO冻干工艺开发服务以及自主产品研发、生产、销售、售后。与高校、科研院所、政府机构、检验机构及知名企业保持密切合作，服务客户覆盖制药、医疗、商业实验室、工业、环保、石化、食品饮料和电子等各个行业及领域。

2009至2021年间，德祥先后荣获了“最具影响力经销商”、“年度最佳代理商“、”年度最高销售奖“等殊荣。我们始终秉承诚信经营的理念，致力于成为优秀的科学仪器供应商，为此我们从未停止前进的脚步。

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