年來中國生物醫(yī)藥行業(yè)市場規(guī)模保持較快增長。2016-2022年，我國生物醫(yī)藥行業(yè)的市場規(guī)模呈波動增長趨勢，2020年由于疫情影響，生物醫(yī)藥行業(yè)規(guī)模有所下降。2022年，我國生物醫(yī)藥行業(yè)的市場規(guī)模約為18680億元，較2021年同比增長8.30%。凍干是制造穩(wěn)定的生物制藥產(chǎn)品的方法，目前50%的生物藥采用凍干制劑從而保證其使用穩(wěn)定性。由于生物藥的復雜性和敏感性，通常加入藥物特異性輔料來優(yōu)化凍干過程，以使其生物活性成分穩(wěn)定。例如，皮下注射治療性蛋白藥物由于粘度高導致可注射性降低和復溶時間增長，需要加入降粘劑，以降低溶液粘度。

生物制劑處方穩(wěn)定性

溶液中的蛋白質(zhì)通常不穩(wěn)定，凍干是實現(xiàn)穩(wěn)定生物制藥配方的主要方法，但受凍干條件影響，蛋白質(zhì)分子可能會不穩(wěn)定。化學不穩(wěn)定性會導致肽共價鍵的形成或破壞，從而產(chǎn)生新的化學體。常見的過程包括氧化、脫酰胺和異構(gòu)化。脫酰胺容易發(fā)生在中性和堿性pH值下，堿性條件下的脫酰胺比例是酸性條件下的三倍。

異構(gòu)化通常發(fā)生在中性或酸性條件下，可能導致蛋白分子的親和力降低。物理不穩(wěn)定會導致蛋白質(zhì)變性和聚集，影響物理穩(wěn)定性的因素包括 pH 值、溫度、離子強度、凍融、蛋白質(zhì)濃度和機械應力。糖、聚合物、表面活性劑、多元醇和氨基酸等輔料對于在凍干和儲存期間穩(wěn)定生物蛋白制劑至關(guān)重要，但由于腸外制劑的監(jiān)管要求，其選擇十分有限。

生物制藥藥物凍干過程

凍干是在冷凍后通過升華從生物制藥藥物中去除水分的過程，這種技術(shù)的時間和經(jīng)濟成本通常較高。凍干過程包括冷凍、初級和次級干燥步驟。

冷凍步驟旨在將大部分水變成冰，形成凍結(jié)濃縮溶液。冷凍期間的溫度必須設(shè)置在最大凍結(jié)濃度溶液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶材料的共晶溫度以下。退火是冷凍后執(zhí)行的一步，可形成更大、更均勻的冰晶并使填充劑結(jié)晶，從而提高初級干燥的效率。冷凍過程中蛋白質(zhì)分子所在的體系特性會發(fā)生變化，影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。冷卻速度會影響冰晶的大小和形態(tài)，進而影響凍干的干燥階段。蛋白質(zhì)濃度、類型和退火步驟的加入也會影響產(chǎn)品復溶時間。

初級干燥通過升華去除冷凍的游離水，適當選擇板層溫度和壓力值可以縮短該過程。初級干燥是凍干過程中最耗時和能量的階段，通常最佳壓力為0.1-0.2 mbar，板層溫度選擇基于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg'和塌陷溫度Tc。通常將產(chǎn)品溫度保持在Tg'以下2-3°C以保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，但是適當?shù)奶幏絻?yōu)化甚至允許產(chǎn)品在Tg'或Tc以上進行干燥。當產(chǎn)品溫度Tp等于板層溫度時，初級干燥即完成。通常Tg'和Tc可以分別通過差示掃描量熱法和凍干顯微鏡來確定。

二次干燥通過解吸去除未冷凍的結(jié)合水，以避免儲存期間出現(xiàn)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性問題。為了避免樣品崩潰，應逐漸提高板層溫度，一般不超過50°C，時間通常不超過6h。干燥結(jié)束后，產(chǎn)品中的殘留水分為應符合要求。根據(jù)QbD原則，過程分析技術(shù)的主要目的是提高過程效率并保證產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量屬性。壓力溫度測量是一種壓力上升測試，當干燥室中的蒸汽壓力不再上升時，初級干燥完成。此外，通過使用近紅外和拉曼探頭，可以監(jiān)測凍干配方的中間參數(shù)，例如過程誘導的轉(zhuǎn)變、結(jié)晶、固態(tài)化、多晶型轉(zhuǎn)化和殘余水分含量。過程分析技術(shù)工具以及相應的屬性如下表。

凍干制劑輔料

選擇合適輔料能有助于產(chǎn)品在凍干過程中獲得理想的質(zhì)量屬性和穩(wěn)定性，并降低生產(chǎn)的時間和經(jīng)濟成本，提高產(chǎn)量。

1. 穩(wěn)定劑

凍干過程中蛋白質(zhì)的穩(wěn)定基于兩種主要機制：玻璃化和水置換理論。玻璃化定義了蛋白質(zhì)分子在由無定形穩(wěn)定劑形成的基質(zhì)中的固定化，從而降低蛋白質(zhì)分子之間的相互作用，從而防止其結(jié)構(gòu)的變化。水置換機制是基于穩(wěn)定劑糖的羥基和蛋白質(zhì)的極性基團之間氫鍵的形成，在干燥過程中取代了水和蛋白質(zhì)之間的氫鍵，從而允許保留蛋白質(zhì)分子的天然形式。

2. 填充劑

填充劑能為凍干餅提供適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)，有助于凍干餅塊的適當形態(tài)，形成孔結(jié)構(gòu)，孔隙率是冷凍水升華的先決條件，較大的孔隙可以更快地升華，因此可以減少初級干燥時間。添加填充劑可實現(xiàn)更短的初級干燥（產(chǎn)品溫度Tp?Tg'或Tc）時間，可作為優(yōu)化生物制藥凍干過程的方法。

3. 緩沖劑

緩沖劑的作用是將溶液的pH值維持在保持蛋白質(zhì)具有較好穩(wěn)定性的條件。可根據(jù)蛋白質(zhì)的等電點選擇溶液的pH，為了防止使用后的刺激，疼痛和副作用，pH需要在人體生理可接受范圍內(nèi)。結(jié)合目前已上市的生物制劑以及相關(guān)研究，生物蛋白質(zhì)藥物大多緩沖區(qū)間在pH4.6-8.2范圍內(nèi)。蛋白質(zhì)分子在凍干、復溶和儲存過程中暴露于不同的降解條件，因此選擇合適的緩沖液至關(guān)重要。

4. 表面活性劑

表面活性劑在蛋白質(zhì)制劑中的作用是通過表面活性劑吸附到蛋白質(zhì)表面的疏水區(qū)域或冰/空氣和水之間的界面來防止蛋白質(zhì)表面聚集。表面活性劑增加了蛋白質(zhì)展開所需的自由能，并降低了凍干和復溶過程中形成界面的表面張力。在復溶過程中，有助于凍干餅塊的復溶。

富睿捷原位凍干機Mercury系列0.1㎡、0.3㎡機型，不僅可以做凍干處理，還能真正實現(xiàn)整個凍干過程可控，使得樣品凍干效率更高，能耗更低，凍干的品質(zhì)更佳，樣品結(jié)果均一性高，凍干工藝的重復性好。另外，還可以實現(xiàn)凍干工藝的摸索，優(yōu)化，放大工藝，共晶點測試等。制冷系統(tǒng)采用自主研發(fā)混合制冷技術(shù)，可實現(xiàn)溫度更低，穩(wěn)定性更好。不銹鋼冷阱的冷凝溫度低達-80°C左右，凍干倉真空度可達 0.2Pa。

原位凍干機優(yōu)勢：

■內(nèi)置直立式不銹鋼冷阱盤管，能夠更捕獲樣品凍干過程中升華的水汽，使得凍干倉里的水汽更少，避免水汽在凍干倉內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，讓倉體內(nèi)的水汽液化成液滴附著在樣品，整個過程是放熱反應，如若處理不當會造成有些樣品融化、變質(zhì)或坍塌等；

■標配高精度皮拉尼真空計，保證真空度的準確性，能夠更好的完成凍干實驗，最終實現(xiàn)品質(zhì)、效率，能耗的平衡；

智慧化凍干終點判定系統(tǒng)，可以預判凍干完成時間點?？杀苊馔ㄟ^采樣檢測，外掛檢測等方式判斷凍干是否完成，讓整個實驗過程省時，省心，省力。

■預凍溫度可達-76℃，可充分保證樣品凍結(jié)狀態(tài)，做好樣品的預凍處理，也保證了諸如一些低共晶點樣品不會因為溫度不夠而融化或預凍不結(jié)實等問題。

■隔板溫度范圍-55℃到55℃；更大的溫度調(diào)控范圍，為凍干曲線摸索和優(yōu)化，工藝放大提供便利條件，提供更大范圍的凍干過程的隔板溫度調(diào)控，實現(xiàn)凍干效率，包括探尋最佳的凍干曲線等。

■隔板的溫差為±1℃，能夠保證均一性，合格率更高。