Der Vorgefrierprozess des Gefriertrockners besteht darin, das freie Wasser in der Lösung zu verfestigen, um dem Produkt nach dem Trocknen die gleiche Form wie vor dem Trocknen zu geben, um irreversible Änderungen wie Schäumen, Konzentration und Bewegung des gelösten Stoffes während des Vakuumtrocknens zu verhindern und das verursachte Material zu minimieren durch Temperatur Reduzierte Löslichkeit und Änderungen der Lebensdauereigenschaften.
Es gibt zwei Vorgefriermethoden für die Lösung: die Vorgefriermethode in der Gefriertrocknungsbox und die Vorgefriermethode außerhalb der Box.
Das Vorgefrierverfahren in der Schachtel besteht darin, das Produkt direkt auf das Mehrschichtregal im Gefriertrockner zu legen und durch den Gefrierschrank des Gefriertrockners einzufrieren. Wenn eine große Anzahl von Fläschchen und Ampullen lyophilisiert ist, ist es zweckmäßig, die Box zu betreten und zu verlassen. Im Allgemeinen werden die Fläschchen oder Ampullen in mehrere Metallschalen gegeben und dann in Kartons verpackt, um die Wärmeübertragung zu verbessern. Einige Metallschalen werden zu einem abnehmbaren Bodentyp verarbeitet, und der Boden wird beim Betreten der Box entfernt, so dass die Durchstechflasche direkt mit der Metallplatte der Gefriertrocknungsbox in Kontakt steht. Bei nicht ziehbaren Bodenschalen muss der Boden der Schale flach sein, um eine gleichmäßige Produktqualität zu erzielen. Die großen Plasmaflaschen mit der spinfreien Methode sollten im Voraus eingefroren und dann zum Einfrieren in die Schachtel gegeben werden, nachdem ein Metallgestell zur Wärmeleitung hinzugefügt wurde.
Es gibt zwei Methoden zum Vorgefrieren außerhalb der Box: Einige kleine Gefriertrockner haben keine Vorrichtung zum Vorgefrieren von Produkten und können nur Niedertemperaturkühlschränke oder Alkohol und Trockeneis zum Vorgefrieren verwenden. Das andere ist ein spezieller Schleuder-Gefrierschrank, der große Produktflaschen beim Drehen zu einer schalenartigen Struktur einfrieren und dann in die Gefriertrocknungsbox gelangen kann.
Der Vorgefrierprozess des Gefriertrockners:
Wenn die Temperatur der wässrigen Lösung entsprechend der eutektischen Konzentration der Lösung auf ein bestimmtes Niveau abfällt, beginnt das Eis in der schwach konzentrierten Lösung zu gefrieren. Diese Temperatur wird als Gefrierpunkt bezeichnet. Im Allgemeinen wird der Gefrierpunkt durch die Konzentration gesteuert und nimmt mit der Konzentration ab. Wenn die Temperatur der Lösung niedriger als der Gefrierpunkt ist, kristallisiert ein Teil der Lösung aus und die Konzentration der verbleibenden Lösung steigt an, so dass der Gefrierpunkt abfällt und dann weiter abkühlt. Die Eiskristalle nehmen mit dem Abkühlen zu und die Konzentration der verbleibenden Lösung steigt damit an. Wenn die Temperatur jedoch auf einen bestimmten Punkt abfällt, gefriert die gesamte verbleibende Lösung. Zu diesem Zeitpunkt wird das gefrorene Material mit Eiskristallen gemischt, und die Temperatur zu diesem Zeitpunkt ist der eutektische Punkt.
Nachdem die Lösung auf den Gefrierpunkt unterkühlt werden muss, beginnt nach der Erzeugung von Kristallkernen das freie Wasser in Form von Eis zu kristallisieren und setzt gleichzeitig die Kristallisationswärme frei, um die Temperatur zu erhöhen bis zum Gefrierpunkt. Wenn der Kristall wächst, nimmt die Konzentration der Lösung zu. Wenn die eutektische Konzentration erreicht ist und die Temperatur unter den eutektischen Punkt fällt, gefriert die Lösung vollständig.
Zusätzlich zur Art der Lösung selbst hängen die Anzahl und Größe der Kristallkörner im Lösungskristall mit der Geschwindigkeit der Kristallkeimbildung und des Kristallwachstums zusammen. Die beiden Faktoren, die Geschwindigkeit der Kristallkeimbildung und die Geschwindigkeit des Kristallwachstums, ändern sich mit Temperatur und Druck. Daher können wir die Anzahl und Größe der Kristallkörner bei der Lösungskristallisation durch Steuern von Temperatur und Druck steuern. Im Allgemeinen gilt: Je schneller die Abkühlgeschwindigkeit ist, desto niedriger ist die Unterkühlungstemperatur, desto mehr Kristallkerne werden gebildet, und der Kristall wird eingefroren, bevor er wachsen kann. Zu diesem Zeitpunkt sind die Kristallkörner umso feiner, je mehr Kristallkörner gebildet werden. umgekehrt sind die Kristallkörner umso kleiner, je kleiner die Zahl ist.
Die Form des Kristalls hängt auch mit der Gefriertemperatur zusammen. Wenn es bei 0 ° C zu gefrieren beginnt, sind Eiskristalle hexagonal symmetrisch und wachsen in Richtung der sechs Hauptachsen nach vorne. Gleichzeitig erscheinen mehrere Sekundärachsen. Alle Eiskristalle sind verbunden, um in der Lösung eine Netzwerkstruktur zu bilden. Mit zunehmendem Unterkühlungsgrad verlieren Eiskristalle allmählich die hexagonale symmetrische Form der Kapazitätserkennung. Außerdem ist die Anzahl der Keimbildung groß und die Gefriergeschwindigkeit hoch, was zu einer unregelmäßigen dendritischen Form führen kann. Sie haben eine beliebige Anzahl von Axialzylindern. Im Gegensatz zur hexagonalen Kristallform gibt es nur sechs.
Die durch Einfrieren von biologischen Flüssigkeiten (wie Blutplasma, Muskelaufschlämmung, Glaskörper usw.) gebildete kristalline Einheit ähnelt häufig der Art von Eiskristallen, die durch eine einkomponentige wässrige Lösung gebildet werden. Die Art der Kristallisation hängt hauptsächlich von der Abkühlgeschwindigkeit und der Konzentration der Körperflüssigkeiten ab. Wenn beispielsweise Plasma, Muskelaufschlämmung usw. unter normaler Konzentration gefrieren, werden hexagonale kristalline Einheiten bei höheren Temperaturen unter Null und langsamen Abkühlraten gebildet, und unregelmäßige Dendriten werden gebildet, wenn sie schnell auf niedrige Temperaturen abgekühlt werden. Kristall.
Zellsuspension (wie rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen, Spermien, Bakterien usw., suspendiert in destilliertem Wasser, Plasma oder anderen Suspensionsmedien). Beim langsamen Gefrieren bei hohen Temperaturen unter Null wächst eine große Menge Eis in der Suspension, wodurch die Zellen zwischen zwei Eiszapfen gepresst werden. In der engen Rohrleitung dazwischen wird das Suspensionsmedium in der Rohrleitung durch Ausfällung von Wasser konzentriert und der gelöste Stoff konzentriert und das Wasser in der Zelle dringt durch die Zellmembran in die Zelle ein, was wiederum die Konzentration des gelösten Stoffes in der Zelle verursacht. Gleichzeitig zwingt das Wachstum von extrazellulärem Eis das Zellmaterial zum Schrumpfen und Verformen. Zu diesem Zeitpunkt frieren die Zellen jedoch nicht ein. Wenn es bei niedrigen Temperaturen schnell gefriert, bildet sich in der Zelle intrazelluläres Eis. Die Größe, Form und Verteilung des Eises hängen von der Abkühlgeschwindigkeit, der Anwesenheit oder Abwesenheit des Schutzmittels, der Art des Schutzmittels und dem Wassergehalt in der Zelle ab. Im Allgemeinen bildet sich in der Zelle umso mehr Eis, je schneller die Abkühlrate und je niedriger die Temperatur ist. Die Zugabe eines nicht durchlässigen Schutzmittels zur Suspension kann die Anzahl des während des schnellen Gefrierens in den Zellen gebildeten Eises verringern.
Die Form der Lösungskristallisation hat einen direkten Einfluss auf die Lyophilisierungsrate. Der durch die Eiskristallsublimation hinterlassene Hohlraum ist der Fluchtkanal von Wasserdampf während der anschließenden Eiskristallsublimation. Der große und kontinuierliche hexagonale Kristall hat nach der Sublimation einen großen Hohlraumkanal, und der Widerstand beim Entweichen von Wasserdampf ist gering, so dass das Produkt schnell trocknet und umgekehrt. Und der diskontinuierliche kugelförmige Eiskristallkanal ist klein oder diskontinuierlich, und der Wasserdampf kann nur durch Diffusion oder Permeation entweichen, so dass die Trocknungsgeschwindigkeit langsam ist. Daher ist ein langsames Einfrieren nur unter Berücksichtigung der Trocknungsrate besser.
Darüber hinaus hängt die Gefrierrate auch von der Art, Kapazität und dem Wärmeübertragungsmedium der Gefrierausrüstung ab.