40多年來(lái)，對(duì)不穩(wěn)定樣品采用凍干劑型一直是制藥界的共識(shí)。然而，這帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)，得到堅(jiān)固的凍干餅外觀就是其中之一——這決定了樣品是否可以承受冷凍干燥后的運(yùn)輸和保存等過(guò)程。目前主要對(duì)凍干蛋糕進(jìn)行定性分析以確定蛋糕外觀是否穩(wěn)定，但這樣的分析得到的結(jié)果比較主觀，無(wú)法提供進(jìn)一步分析所需要的數(shù)據(jù)。

              圖1：定性分析結(jié)果合格的凍干餅（左為甘露醇，右為葡聚糖）

如圖1所示，葡聚糖和甘露醇這兩種截然不同的賦形劑可用作凍干制劑中的填充劑或熱穩(wěn)定劑。冷凍干燥后，葡聚糖和甘露醇都會(huì)產(chǎn)生白色的餅狀物，并且看起來(lái)結(jié)構(gòu)相似，很可能在生產(chǎn)后通過(guò)質(zhì)量控制的目視檢查。

然而，含有這些賦形劑的凍干蛋糕可能具有非常不同的物理特性，這可能會(huì)影響蛋糕在運(yùn)輸后的外觀，以及它們的復(fù)原速度。因此需要一小批來(lái)提供關(guān)于冷凍干燥產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中保持穩(wěn)定的概率的定量數(shù)據(jù)。

1、MicroPress

MicroPress提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)

          圖2：MicroPress凍干餅強(qiáng)度定量分析儀

MicroPress是一種可以原位定量測(cè)定凍干餅強(qiáng)度和物理特性的儀器。通過(guò)設(shè)置參數(shù)和分析方法，MicroPress將能夠分析您的凍干餅結(jié)構(gòu)。這允許對(duì)您的產(chǎn)品進(jìn)行快速有效的批量篩選，節(jié)省大量時(shí)間和人員成本。使用MicroPress可以在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)完成凍干餅的定量分析。

MicroPress能夠提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，說(shuō)明所生產(chǎn)的產(chǎn)品是否能夠在從制造現(xiàn)場(chǎng)到臨床現(xiàn)場(chǎng)甚至到當(dāng)?shù)厮幏康臐撛谄茐男赃^(guò)程中幸存下來(lái)。雖然 MicroPress 分析會(huì)在凍干餅表面留下一個(gè)小凹痕，但仍可用于其他類(lèi)型的分析如Karl-Fischer和DSC，以提供更多信息。

2、如何使用MicroPress分析凍干餅？

如表1所示，根據(jù)濃度對(duì)樣品溶液進(jìn)行區(qū)分，并稀釋到100ml水中。容器為6ml玻璃小瓶，每個(gè)小瓶填充2ml：

                            表1：配方詳情列表

這些小瓶采用如表2中所示的方法進(jìn)行冷凍干燥。所有樣品均使用相同的一組參數(shù)進(jìn)行分析，使所有樣品充分預(yù)凍并盡可能增大結(jié)晶的尺寸，然后再進(jìn)行初級(jí)干燥步驟。在初級(jí)干燥階段，降低壓力以促進(jìn)冰的升華，從而更快地干燥產(chǎn)品。所有樣品都放在凍干機(jī)的同一托盤(pán)上，以控制干燥過(guò)程中出現(xiàn)的變量。

所有樣品均使用MicroPress上的相同參數(shù)設(shè)置進(jìn)行分析（見(jiàn)表3）。MicroPress采用人性化的軟件設(shè)計(jì)，參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單，隨時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行更改。

延伸階段以10mm/s的速度將壓頭移動(dòng)到預(yù)估凍干餅高度的5mm以?xún)?nèi)；定位階段找到蛋糕的頂部；一旦檢測(cè)到頂部，就會(huì)開(kāi)始擠壓凍干餅，然后記錄施加在凍干餅上的力。從圖3（左）可以看出，3%葡聚糖顯示出彈性特性，這個(gè)特性由減壓階段從40%應(yīng)變返回到18%應(yīng)變的曲線(xiàn)得到證明。

圖3（右）描繪了3%甘露醇凍干餅的最好結(jié)果，它顯示了與3%葡聚糖非常不同的圖表。右圖顯示了一個(gè)易碎的餅體，它無(wú)法承受太大的壓力。

                                 圖3：3%葡聚糖（左）與3%甘露醇（右）在MicroPress中的分析圖像

甘露醇的濃度從1%增加到2%的過(guò)程中，楊氏模量（Youngs Modulus）從最弱到最強(qiáng)增加了近10倍（圖4左）。但從3%甘露醇的強(qiáng)度并不比2%高 ,相反3%甘露醇凍干餅的平均楊氏模量降低了，但相比2%濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差有所增加，樣本之間的差異變得更大。圖4右顯示提升葡聚糖濃度的結(jié)果是得到了比甘露醇強(qiáng)得多的凍干餅，且葡聚糖的濃度從1%到3%，凍干餅的楊氏模量增加了107%，發(fā)生變形所需的力倍增。由于蛋糕的整體強(qiáng)度超過(guò)了MicroPress 的測(cè)量范圍，無(wú)法確定其能承受的最大應(yīng)力。然而，這可以通過(guò)更小直徑的壓頭來(lái)解決，以確保能達(dá)到被測(cè)量?jī)龈蓸悠返淖畲髴?yīng)力。

                           圖4：不同濃度的甘露醇（左）和葡聚糖（右）得到的平均楊氏模量結(jié)果

從以上結(jié)果可以看出，MicroPress能夠確定蛋糕的楊氏模量和凍干餅在結(jié)構(gòu)破壞前所能承受的最大應(yīng)力。上述的結(jié)果表面，對(duì)于塑造更好的凍干餅外觀，甘露醇的性能不及葡聚糖。楊氏模量和最大應(yīng)力也與凍干配方中賦形劑的濃度相關(guān)——濃度越高，凍干餅越結(jié)實(shí)。甘露醇相對(duì)缺乏穩(wěn)定性和強(qiáng)度可能與許多因素有關(guān)，比如凍干餅的孔徑和多態(tài)性。

                  圖5. 由MicroPress記錄并分析的各個(gè)樣品的強(qiáng)度數(shù)據(jù)

結(jié)論

MicroPress清楚地定量分析了凍干樣品的強(qiáng)度和物理特性。它的分析過(guò)程可以得到更精確的凍干餅強(qiáng)度數(shù)據(jù)，因此更確定凍干樣品在整個(gè)運(yùn)輸和處理過(guò)程中保持外觀和性能穩(wěn)定。這些結(jié)果證實(shí)甘露醇使用甘露醇作為賦形劑來(lái)增加蛋糕強(qiáng)度可能并不是一個(gè)理想的選項(xiàng)。