强文推荐 | 如何使用热分析优化冻干工艺

2022-11-25 02:55:32, Waters-TA部门 TA仪器

——引言

冻干（也称为冷冻干燥）是从样品中去除水分的过程，通常用于样品的保存。冻干通常通过快速冷冻过程让样品中的水升华，进而降低样品的水含量。快速冷冻材料有助于避免因大冰晶的形成而对样品的细胞壁产生破坏。

冻干的常见应用包括材料的保存，特别是用于药物运输。如果以液体形式运输，非肠道药物可能会丧失稳定性或效力。因此在用于患者之前，需要使用冻干技术来制造更易于运输和复溶的药物产品。

此外，许多新型治疗药物的溶解度差，应用常规药物交付方法时通常会损失药物的生物利用度。应用冻干技术可以制造可通过固态形式运输的无定形固体分散体。

虽然冻干是制药行业中常规使用的技术，但该技术具有高度的特异性，并且需要高度可控的生产方案。不适当的程序可导致冷冻不足、过载以及设备或样品损坏。生物样品尤其易于遭受由冷冻引起的损害，进而降低了药品的功效和效力。因此，详细的表征对于优化样品制备、冻干和产品交付至关重要。

如何量化冻干

研究人员需要在整个冻干过程中测量关键参数和材料性能，以优化其工艺和产品。应用热分析测量温度变化如何影响样品的材料性能。

玻璃化转变和DSC

玻璃化转变温度（Tg）是冻干样品从冷冻、易碎状态转变为更粘稠状态并出现流动性增加时的温度。3研究人员需要确定玻璃化转变温度，以优化冻干后样品复溶的过程。

差示扫描量热法（DSC）测量与材料的热转变（包括玻璃转变）相关的温度和热流。对于样品的结晶温度接近于玻璃化转变温度的复杂情况，温度调制式差示扫描量热法可帮助确定这些材料的性能。使用线性温度斜坡调节样品温度可以测量样品的热容量以及测试期间的总热流。

TA仪器提供唯一的可用于热分析的调制动态扫描量热仪，包括可同时运行3个样品并可在更短的时间内提供更多数据的多样本 X3 DSC（Multi-Sample X3 DSC）。X3 DSC应用 TA仪器专利的Fusion Cell设计，可提供具有最高水平性能的最准确、最可靠的热分析测量。

NANO DSC也可用于复溶后样品的分析，以查看产品的稳定性或功效是否发生了变化。NANO DSC可有效表征分子的稳定性、确定高亲和力配体结合以及反卷积多结构域结构。

干燥和TGA

冻干样品后，如何确认样品已完全干燥？热重分析仪(TGA)甚至可以可靠地检测出最少量的残留水分。该分析可用于评估冻干工艺的质量，预测产品可能保持的稳定性，并确定冻干的最佳参数。

卡尔费休滴定法（Karl Fischer titration）是最广泛使用的检测残留水分的方法，并可在 TGA 仪器上运行；此外，TGA 还可用于测试与卡尔费休滴定法不兼容的化学品。TGA 还提供有关冻干样品在不同温度和压力下的表现数据。

TA仪器提供一系列的热重分析仪，可满足每个实验室的需求。TGA 55是一款坚固、可靠且具有成本效益的选项，配有专有的Tru-Mass天平，是竞争性型号中可进行最准确测量的仪器。TGA 550通过附加功能和可选扩展功能提供了更高的性能和灵活性。TGA 5500提供了最强的性能，与任何竞争性TGA相比，该仪器的漂移更小并可提供最快的加热和冷却速率。对于任何实验室和冻干工艺，总有一款TGA可以满足您的需求并推进您的研究。

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