冻干技术在生物活性分子中的应用

冻干技术在生物活性分子中的应用

冻干技术通过其独特的低温、固态脱水原理，为高度不稳定的生物活性分子提供了一种近乎理想的保存方案。它不仅解决了这些分子在长期储存和运输中的稳定性难题，还推动了生物制药、精准医疗和分子诊断等领域的飞速发展。从日常的注射用抗生素到前沿的mRNA疫苗和基因治疗产品，冻干技术作为一项经典的工艺，在现代生物科技中依然扮演着不可或替代的关键角色。随着对冻干机理和新型保护剂研究的深入，其应用范围还将进一步扩大。

一、       冻干适用于生物活性分子原因

生物活性分子（如蛋白质、酶、疫苗、激素、抗生素等）通常对热、机械应力、pH值和有机溶剂等非常敏感，传统的加热干燥或喷雾干燥极易导致其失活、变性或聚集。

冻干技术的优势正在于此：

1.低温操作：整个过程在低温下进行，避免了热敏性物质的降解和变性。

2.避免相变：水分通过升华直接由固态变为气态，避免了液态水存在时可能引发的化学反应（如水解）、分子间相互作用和微生物生长。

3.维持结构：形成的多孔结构能保持物质原有的三维立体构象，这对于蛋白质、多肽等分子的生物活性至关重要。

4.形态稳定：产品呈海绵状，复水性很好，使用时加入溶剂可迅速恢复成冻干前的状态。

5.便于储存和运输：除去水分后，产品稳定性极大提高，可在室温或4℃下长期保存，无需复杂的冷链物流，降低了成本。

二、冻干在生物活性分子中的应用

在生物医药领域，冻干技术是保障各类高价值活性分子稳定性的核心技术。几乎所有注射用蛋白质与抗体药物（如单抗、胰岛素、干扰素）均依赖冻干制成粉针剂，以维持其精密三维结构与疗效。疫苗是其另一关键应用，无论是经典的减毒活疫苗（如麻疹疫苗），还是前沿的mRNA疫苗，冻干技术通过移除水分，使其得以在常规冷链下储存与运输，极大提升了可及性。此外，诊断试剂核心酶与抗体、易水解的抗生素以及益生菌活菌制剂，也通过冻干实现常温长期保存与快速复活，展现了该技术不可或代的广泛应用。

1.       蛋白质与多肽类药物

单克隆抗体：几乎所有需要注射给药的单抗药物（如利妥昔单抗、曲妥珠单抗）都以冻干粉针剂形式存在，确保了其在储存期间的稳定性和给药时的精确剂量。

酶制剂：许多用于治疗或诊断的酶（如尿激酶、门冬酰胺酶）对热极其敏感，冻干是保证其活性的较好方法。

激素：人生长激素、胰岛素等肽类激素常制成冻干粉，以维持其复杂的空间结构。

疫苗：减毒/灭活病毒疫苗： 如麻疹、风疹、水痘疫苗。冻干能保护病毒颗粒的完整性，确保其免疫原性。

mRNA疫苗： mRNA疫苗的核心技术之一就是冻干（或基于冻干的制剂技术），它将mRNA包裹在脂质纳米粒中并冻干，极大地提高了疫苗的稳定性，解决了早期超低温储存的难题。

细胞因子：干扰素、白介素、集落刺激因子等。

2.核酸类药物

质粒DNA： 用于基因治疗和DNA疫苗的质粒DNA，冻干可以防止其降解和断裂。

寡核苷酸： 如反义寡核苷酸、siRNA等，冻干能提供长期稳定的储存条件。

3.抗生素与维生素

许多抗生素（如青霉素类、头孢菌素类）对水和热不稳定，制成冻干粉针剂是标准做法。

一些不稳定的维生素（如维生素B12、维生素C注射剂）也采用冻干技术。

4.       益生菌与微生物

益生菌（如乳酸杆菌、双歧杆菌）的活菌制剂通过冻干，可以使其进入“休眠"状态，在常温下长期保存，复水后能迅速恢复活性。这在食品和保健品行业中应用广泛。

5.诊断试剂

许多酶联免疫吸附试验和PCR检测试剂盒中的核心组分（如酶、抗体、引物、dNTPs）都以冻干形式存在于微孔板或试管中，使用时只需加水溶解，保证了试剂批次间的稳定性和操作的便捷性。

三、       生物活性分子冻干的流程

生物活性分子冻干流程 冻干分前处理、冷冻干燥核心过程、后处理三阶段。

前处理：关键为配方开发，添加缓冲盐（稳pH）、糖类保护剂（维持结构）、填充剂（增强度）、表面活性剂（防聚集），再溶解除菌、精确分装。

 核心过程：预冻至-40℃~-50℃使样品固化，控速影响冰晶形态；一次干燥（升华）抽高真空并温和加热，除90%-95%自由水，占时60%-70%；二次干燥提温除结合水，残水1%-3%。

 后处理：真空或充氮下压塞密封，经外观、水分、活性、无菌等检验后，按条件储存运输。