Predzmrazovacím procesom lyofilizátora je stuhnutie voľnej vody v roztoku, aby sa produkt po vysušení dostal do rovnakej formy ako pred sušením, aby sa zabránilo nezvratným zmenám, ako je napenenie, koncentrácia a pohyb rozpustenej látky počas vákuového sušenia, a aby sa minimalizoval spôsobený materiál. teplotou Znížená rozpustnosť a zmeny v životných charakteristikách.
Existujú dva spôsoby predzmrazenia: roztok predzmrazenia v lyofilizačnom boxe a predzmrazovací postup mimo boxu.
Predmrazením v krabici je priame umiestnenie produktu na viacvrstvovú poličku v lyofilizéri a zmrazenie v mrazničke lyofilizátora. Ak je veľké množstvo injekčných liekoviek a ampuliek lyofilizovaných, je vhodné do krabičky vstúpiť a vystúpiť z nej. Injekčné liekovky alebo ampulky sú spravidla umiestnené v niekoľkých kovových táckach a potom balené do škatúľ, aby sa zlepšil prenos tepla. Niektoré kovové tácky sú vyrobené z odnímateľného dna a dno sa odstráni pri vstupe do škatule, takže injekčná liekovka je priamo v kontakte s kovovou doskou mraziacej sušičky; v prípade spodných zásobníkov, ktoré sa nedajú vysunúť, musí byť spodná časť tácky rovná, aby sa získala jednotnosť produktu. Veľké plazmové fľaše metódou bez odstreďovania by mali byť vopred zmrazené a potom vložené do boxu na zmrazenie po pridaní kovového stojana na vedenie tepla.
Existujú dva spôsoby predzmrazovania mimo škatule: niektoré malé mraziace sušičky nemajú zariadenie na predzmrazovanie výrobkov a na predzmrazenie môžu byť použité iba nízkoteplotné chladničky alebo alkohol a suchý ľad. Druhým je špeciálny rotačný mraziaci prístroj, ktorý dokáže počas otáčania zmraziť veľké fľaše s výrobkami do škrupinovej štruktúry a potom vstúpiť do mraziaceho boxu.
Proces predbežného zmrazenia lyofilizátora:
Keď teplota vodného roztoku klesne na určitú úroveň, v súlade s eutektickou koncentráciou roztoku začne v slabo koncentrovanom roztoku zmrznúť ľad. Táto teplota sa nazýva bod mrazu. Všeobecne možno povedať, že bod mrazu je riadený koncentráciou a s koncentráciou klesá. Keď je teplota roztoku nižšia ako bod tuhnutia, časť roztoku vykryštalizuje a koncentrácia zvyšného roztoku stúpne, takže bod tuhnutia klesne a potom pokračuje v ochladzovaní, ľadové kryštály sa ochladením zvyšujú. a koncentrácia zvyšného roztoku sa s ním zvyšuje. Keď však teplota klesne na určitý bod, všetok zostávajúci roztok zamrzne. V tomto okamihu sa zmrazený materiál zmieša s ľadovými kryštálmi a teplota v tomto okamihu je eutektický bod.
Potom, čo je potrebné roztok podchladiť na bod mrazu, potom, čo sa v ňom vytvoria jadrá kryštálov, začne voľná voda kryštalizovať vo forme ľadu a súčasne bude uvoľňovať kryštalizačné teplo, aby sa zvýšila jeho teplota. do bodu mrazu. S rastom kryštálu sa zvyšuje koncentrácia roztoku. Keď sa dosiahne eutektická koncentrácia a teplota klesne pod eutektický bod, roztok úplne zamrzne.
Okrem povahy samotného roztoku počet a veľkosť zŕn kryštálov v kryštáli roztoku súvisia s rýchlosťou nukleácie a rastu kryštálov. Dva faktory, rýchlosť nukleácie kryštálov a rýchlosť rastu kryštálov, sa menia s teplotou a tlakom. Preto môžeme riadiť počet a veľkosť kryštálových zŕn v kryštalizácii roztoku riadením teploty a tlaku. Všeobecne povedané, čím vyššia je rýchlosť ochladzovania, tým nižšia je teplota podchladenia, tým viac sa vytvorí počet jadier kryštálu a kryštál bude zmrazený skôr, ako bude rásť. V tejto dobe, čím viac sa vytvorí počet kryštálových zŕn, tým jemnejšie budú kryštálové zrná; naopak, kryštálové zrná Čím menšie je číslo, tým väčšie sú kryštálové zrná.
Tvar kryštálu súvisí aj s teplotou tuhnutia. Keď začne mrznúť okolo 0 ° C, sú ľadové kryštály hexagonálne symetrické a rastú vpred v smeroch šiestich hlavných osí. Zároveň sa objaví niekoľko sekundárnych osí. Všetky ľadové kryštály sú spojené, aby vytvorili v roztoku sieťovú štruktúru. Keď sa zvýši stupeň podchladenia, ľadové kryštály postupne stratia hexagonálnu symetrickú formu rozpoznávania kapacity. Okrem toho je počet nukleácií veľký a rýchlosť zmrazovania rýchla, čo môže vytvárať nepravidelný dendritický tvar. Majú ľubovoľný počet axiálnych valcov. Na rozdiel od šesťuholníkovej kryštalickej formy je ich iba šesť.
Kryštalická jednotka vytvorená zmrazením biologických tekutín (ako je krvná plazma, svalová kaša, sklovec atď.) Je často podobná typu ľadových kryštálov vytvorených jednozložkovým vodným roztokom. Typ kryštalizácie závisí hlavne od rýchlosti ochladzovania a koncentrácie telesných tekutín. Napríklad, keď plazma, svalová kaša atď. Zamrznú pri normálnej koncentrácii, vytvárajú sa hexagonálne kryštalické jednotky pri vyšších teplotách pod nulou a pri nízkej rýchlosti ochladzovania a pri rýchlom ochladení na nízke teploty sa vytvárajú nepravidelné dendrity. Krištáľ.
Bunková suspenzia (napríklad červené krvinky, biele krvinky, spermie, baktérie atď. Suspendované v destilovanej vode, plazme alebo inom suspenznom médiu). Pri pomalom zmrazovaní pri vysokých teplotách pod nulou rastie v suspenzii veľké množstvo ľadu, ktorý stláča bunky medzi dvoma cenníkmi. V úzkom potrubí medzi nimi sa suspenzné médium v potrubí koncentruje zrážaním vody a koncentruje sa rozpustená látka. a voda v bunke preniká do bunky cez bunkovú membránu, čo zase spôsobuje koncentráciu rozpustenej látky v bunke. Zároveň rast extracelulárneho ľadu prinúti bunkový materiál, aby sa zmenšil a zdeformoval. Ale v tejto dobe bunky nemrznú. Keď pri nízkych teplotách rýchlo zamrzne, vo vnútri bunky sa vytvorí intracelulárny ľad. Veľkosť, tvar a distribúcia ľadu súvisia s rýchlosťou ochladzovania, prítomnosťou alebo neprítomnosťou ochranného činidla, povahou ochranného prostriedku a obsahom vody v bunke. Všeobecne platí, že čím rýchlejšia je rýchlosť ochladzovania a čím nižšia je teplota, tým viac sa v bunke vytvorí ľad. Pridanie nepriepustného ochranného činidla do suspenzie môže znížiť počet ľadov vytvorených v bunkách počas rýchleho zmrazenia.
Forma kryštalizácie roztoku má priamy vplyv na rýchlosť lyofilizácie. Prázdnota, ktorá zostala po sublimácii ľadových kryštálov, je únikovým kanálom vodnej pary počas nasledujúcej sublimácie ľadových kryštálov. Veľký a súvislý šesťuholníkový kryštál má po sublimácii veľký prázdny kanál a odpor úniku vodnej pary je malý, takže produkt rýchlo schne a naopak. A diskontinuálny sférický kanál kryštálov ľadu je malý alebo diskontinuálny a vodná para môže unikať iba difúziou alebo permeáciou, takže rýchlosť sušenia je nízka. Preto je pomalé zmrazovanie lepšie iba s ohľadom na rýchlosť sušenia.
Rýchlosť zmrazovania navyše súvisí aj s typom, kapacitou a médiom na prenos tepla mraziaceho zariadenia.