噴霧冷凍干燥技術(shù)在藥物微球制備中的應(yīng)用

1、通過(guò)升華原理，對(duì)上述凍結(jié)粉末進(jìn) 行干燥，最終獲得粉末狀的干燥成 品 6 通過(guò)升華原理，對(duì)上述凍結(jié)粉末進(jìn) 行干燥，最終獲得粉末狀的干燥成 品 6 。實(shí)際上，噴霧冷凍干燥 實(shí)際上是兩個(gè)完整的過(guò)程，即通過(guò) 低溫的流體（液氮、液態(tài)丙烷等 ） 或者氣體 （空氣，液氮上方的低溫 氮?dú)獾龋﹪婌F制冰粉過(guò)程，及真空 常壓冷凍干燥或者流化床干燥 過(guò)程。圖 1 是噴霧冷凍干燥與噴霧 干燥過(guò)程比較示意圖7 。 * 卜圃一曹?chē)婌F冷凍干燥技術(shù)在藥物微球制備中的應(yīng)用制藥工程 陳文煌 2007045021摘要：噴霧冷凍干燥技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型低溫干燥技術(shù)，本文綜述了噴霧冷凍干燥技術(shù)的 工藝優(yōu)化研究進(jìn)展，分析了該技術(shù)發(fā)展

2、現(xiàn)階段的特點(diǎn)，并對(duì)噴霧冷凍干燥技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望， 最后給出了噴霧冷凍干燥技術(shù)在藥物微球制備中的實(shí)際應(yīng)用，希望能為噴霧冷凍干燥技術(shù)的推廣應(yīng)用提 供借鑒與幫助。關(guān)鍵詞：噴霧冷凍干燥 工藝 蛋白質(zhì)微球 綜述前言：干燥工藝是最古老的單元操作之一，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。而隨著生物工業(yè)的快速發(fā)展， 噴霧冷凍干燥在制藥技術(shù)中發(fā)揮著重要作用。噴霧冷凍干燥技術(shù)（Spray Freeze Drying是用于制備 蛋白、多肽類(lèi)微球的一種新方法，即將溶解了蛋白質(zhì)的溶液通過(guò)一個(gè)氣霧噴嘴噴于冷的蒸汽相中，蒸汽 相下面是低溫液體層，小液滴通過(guò)蒸汽相的時(shí)候開(kāi)始凍結(jié)，當(dāng)接觸到低溫液體層時(shí)，小液滴完全凍結(jié)， 將收集

3、得到的凍結(jié)物置于冷凍干燥器中干燥，低溫低壓下使冰升華，得到干燥粉末。實(shí)質(zhì)上，噴霧冷凍 干燥法是噴霧干燥和冷凍干燥法兩者的互補(bǔ)結(jié)合。由于噴霧冷凍干燥法是在比噴霧干燥低的溫度下進(jìn)行 的，所以通常會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)品帶來(lái)較少的破壞2。由于噴霧冷凍干燥法制備的產(chǎn)品具有良好的穩(wěn)定性和 很好的復(fù)水性3，比傳統(tǒng)冷凍干燥具有更好的品質(zhì)，所以特別適用于那些具有較高市場(chǎng)價(jià)值的產(chǎn)品制備 和具有較高共晶點(diǎn)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溶液4 。 Maa 5等首次提出應(yīng)用噴霧冷凍干燥技術(shù)制備蛋白質(zhì)微 球，并與噴霧干燥技術(shù)比較。噴霧干燥和冷凍干燥法都常被用于生產(chǎn)天然植物提取物、醫(yī)藥產(chǎn)品和生物化工產(chǎn)品的粉狀產(chǎn)品。但 是，冷凍干燥得到的是餅狀

4、產(chǎn)品，必須通過(guò)機(jī)械磨碎來(lái)獲得粉狀產(chǎn)品，因此造成產(chǎn)品的顆粒直徑1mm， 粒徑分布范圍廣，且磨碎產(chǎn)生的熱量會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量降低，二次加工過(guò)程對(duì)產(chǎn)品純度以及品質(zhì)也造成一 定的影響。噴霧干燥直接通過(guò)霧化的方式形成霧滴并 在與熱氣體介質(zhì)接觸的過(guò)程中蒸發(fā)溶劑，從而產(chǎn) 生干燥粉末。但是天然植物提取物或者醫(yī)藥產(chǎn)品中的活性成分，常常因?yàn)椴荒蜔岫獾狡茐?。而噴霧冷 凍干燥包含了上述兩種干燥方法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服它們的不足。噴霧冷凍干燥的過(guò)程及優(yōu)缺點(diǎn)分析11 噴霧冷凍干燥的過(guò)程及機(jī)理噴霧冷凍干燥過(guò)程一般包含下列3 個(gè)步驟：（1）利用特殊設(shè)計(jì)的霧化器把需要干燥的液體霧化成為細(xì)小的霧滴；（2）通過(guò)低溫氣體或者液體把上述的

5、霧滴快速冷卻和凍結(jié)，形成凍結(jié)的粉末； （3）早期研究的噴霧冷凍干燥，是通過(guò)霧化器把需要干燥的液體噴到液氮上方的低溫氮?dú)庵徐F化成細(xì)小1 - -的霧滴，并冷凍成為冰粉 。針對(duì)上述噴霧冷凍干燥的系統(tǒng)要求，和現(xiàn)有的技術(shù)條件，利用液氮等低溫 液體或氣化后的氣體實(shí)現(xiàn)瞬間的噴霧制冰粉，再把冰粉放進(jìn)真空冷凍干燥裝置中完成干燥是完全可行 的 。這類(lèi)工藝的主要缺點(diǎn)是操作復(fù)雜，工序多，高能耗。國(guó)外有人采用常壓冷凍干燥，替代真空冷凍干燥，以減少真空系統(tǒng)，來(lái)達(dá)到節(jié)能效果。Marymann 8 證明了常壓冷凍干燥的可行性，其主要的工藝特點(diǎn)是在冰粉周?chē)母稍餁怏w介 質(zhì)的水蒸氣壓必須足夠低，低于冰粉的水蒸氣分壓，這樣從冰粉到

6、氣體介質(zhì)間的傳質(zhì)和升華過(guò)程才會(huì)進(jìn) 行，當(dāng)然如果沒(méi)有其它措施，這個(gè)干燥過(guò)程將會(huì)需要很長(zhǎng)時(shí)間。為了提高傳質(zhì)效果，人們考慮采用流化 床等技術(shù)，取得了較好的結(jié)果。由于生物藥物在噴霧冷凍干燥過(guò)程中的穩(wěn)定性容易受到破壞，而如何選用恰當(dāng)?shù)睦鋬霰Ｗo(hù)劑 及凍干曲線以降低蛋白質(zhì)的失活程度也至關(guān)重要。12 噴霧冷凍干燥的優(yōu)缺點(diǎn)分析由于噴霧干燥、真空冷凍干燥和噴霧冷凍干燥常用于天然植物提取物、醫(yī)藥產(chǎn)品、生化產(chǎn)品 等高附加值的粉狀產(chǎn)品的加工，因此，將這3 種不同干燥方法獲得的產(chǎn)品性能以及適應(yīng)性列表分析，表 1 給出了 3 種不同干燥方式的特性比較6 。濫1三種干換方法的特性比較燥問(wèn) 于吋產(chǎn)形產(chǎn)質(zhì)&h /kHL 式方燥

7、睪-.團(tuán).中一_-空陳燥 頁(yè)椒干亠h-好髙Q005商h(58)蠶好高一-50.高由表 1 可見(jiàn)：噴霧干燥雖然干燥時(shí)間短，但對(duì)于熱敏性物料的產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響。對(duì)于真空冷凍干燥和噴霧冷凍干燥，同樣可以獲得較高的產(chǎn)品質(zhì)量，但是，噴霧冷凍干燥的干燥時(shí)間較短。 從能耗的角度看，在產(chǎn)品質(zhì)量不受溫度影響的前提下，噴霧干燥應(yīng)該是首選的干燥制粉的方式9。因此，噴霧冷凍干燥技術(shù)作為一種新型的干燥方式，可以替代部分的真空冷凍干燥，特別適用于干 燥對(duì)溫度敏感的高附加值產(chǎn)品，例如，含活性物質(zhì)的天然植物提取物、醫(yī)藥產(chǎn)品、生化產(chǎn)品等。此外， 由于噴霧冷凍干燥所需干燥時(shí)間較長(zhǎng)，耗能高，其產(chǎn)品成本較高，而且產(chǎn)量較低，目前該

8、技術(shù)還不完善， 需要進(jìn)一步研究。噴霧冷凍干燥技術(shù)的研究進(jìn)展21 噴霧冷凍干燥技術(shù)工藝優(yōu)化研究噴霧冷凍 +真空冷凍干燥。噴霧冷凍結(jié)合真空冷凍干燥是最早被采用的噴霧冷凍干燥工 藝，其基本的工藝流程圖如圖 2 所示。我國(guó)目前實(shí)驗(yàn)室水平所用的這種工藝居多，如江榮高等10 利用 噴霧冷凍干燥法制備供吸入的超輕干擾素粉末，就是應(yīng)用這種工藝。這種工藝中，噴霧制粉和冷凍干燥 兩個(gè)工藝是分開(kāi)進(jìn)行的，噴霧冷凍干燥技術(shù)只是兩者的簡(jiǎn)單組合。噴霧冷凍+流化床干燥。為了縮短真空冷凍干燥的時(shí)間，Leuenberger等血采用了流化床 干燥的方式來(lái)完成第二步的產(chǎn)品干燥。這種工藝一定程度上可以改善噴霧冷凍干燥時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，但

9、 仍沒(méi)有將噴霧冷凍和流化床干燥很好的結(jié)合到一起。2圖M2圖M膜霧吟凍利流化床I：嫌組合的噴富冷凍二嫌板程圖 I-除嚥2-氣體處理搭3-瓦機(jī)斗-如鞘卿5-內(nèi)部說(shuō)化図6-您冰卡燥電7-疝疲除學(xué)軼器圖空咄霧逡嫌和也空玲凍丁-煤俎合的噴霧玲旌干燥流程圖娥料思 空-吹嘴 噴霧斗-魅盤(pán)貯櫚圖空咄霧逡嫌和也空玲凍丁-煤俎合的噴霧玲旌干燥流程圖娥料思 空-吹嘴 噴霧斗-魅盤(pán)貯櫚5-攪捋菠Jt 6- ft空檜臨干慟一體化噴霧冷凍干燥。黃立新等12建議采用圖3 所示的一體化噴霧冷凍干燥流程，解決 了噴霧制粉和冷凍干燥兩個(gè)工藝被分開(kāi)而造成操作復(fù)雜、能耗高等問(wèn)題。Leuenberger等血曾采用一體 化噴霧冷凍干燥做

10、實(shí)驗(yàn)研究，存在的不足主要是產(chǎn)量低，難于控制等問(wèn)題，因此，這方面的研究有待于 進(jìn)一步的探索。11闊圖5常壓噴霽按凍干燥裝貨施桂示慮圖 訶11闊圖5常壓噴霽按凍干燥裝貨施桂示慮圖 訶-噴霧皓2亠皎聯(lián)3-加霍菠逼4傭液郴，亠過(guò)濾農(nóng)扯&-時(shí)門(mén)丁-空氣過(guò)曲S-厳城機(jī)9-袴弘壓縮肌 血“如耙乘班I -咅歸時(shí)總為噴喘所撻供的啖第r偉關(guān)于一體化噴霧冷凍干燥，國(guó)外研究較多。圖4給出的是瑞士 Glatt AG的工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)工廠的實(shí)驗(yàn) 室所應(yīng)用的設(shè)備4，圖 5 是其流程圖。這是目前較完善的一體化噴霧冷凍干燥設(shè)備，但我們不難發(fā)現(xiàn)， 該設(shè)備對(duì)于制備藥物微球來(lái)說(shuō)，體積較龐大，所以還有待于進(jìn)一步的研究改善。22 噴霧冷凍干燥

11、發(fā)展趨勢(shì) 噴霧冷凍干燥作為一種新型的干燥方式，可以替代部分的真空冷凍干燥，特別適用于干燥對(duì)溫度敏 感的高附加值產(chǎn)品，噴霧冷凍干燥適合制備的產(chǎn)品特性如下4 ：需要高表面積而多孔的物質(zhì)，例如，速溶產(chǎn)品、催化劑復(fù)合物和藥品之類(lèi)。制備蛋白質(zhì)類(lèi)粉霧劑等流動(dòng)性好的中間或最終產(chǎn)品(一般相對(duì)分子質(zhì)量要小于 500)，例如，應(yīng) 用于鼻腔和肺部的可吸入粉末、填充膠囊和生產(chǎn)藥片。提高極難溶于水的藥物的生物利用度。生產(chǎn)低水溶性藥物的固態(tài)形式。噴霧冷凍干燥技術(shù)在制備蛋白、多肽藥物中的應(yīng)用Maal5 等1998年首次提出應(yīng)用噴霧冷凍干燥技術(shù)制備蛋白質(zhì)微球，并與噴霧干燥技術(shù)比較，以重 組一誘導(dǎo)人免疫球蛋白單克隆抗體和重組人

12、脫氧核糖核酸酶(rhDNase)作為模型藥，進(jìn)行了噴霧干燥與 噴霧冷凍干燥研究。噴霧干燥技術(shù)參數(shù)：噴嘴口徑為0. 5ram，加料速率為15 ml/min,進(jìn)風(fēng)量為1050 1/h,人口和出口溫度分別為(100105) C和(5055) C；噴霧冷凍干燥技術(shù)參數(shù)：噴嘴口徑、加料 速率和進(jìn)風(fēng)量同上，初始冷凍溫度為一 50C。結(jié)果表明，由噴霧冷凍干燥和噴霧干燥得到的微球平均 粒徑分別為3. 5txm和2. 7txm,前者所得微球表現(xiàn)出更好的空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，且比表面積較大，這是 由于其多呈球形且疏松多孔粒子，其密度比后者得到的微粒減小了 1/9。江榮高等10 利用噴霧冷凍干燥法制備供吸入的超輕干擾素粉

13、末，以檸檬酸一磷酸氫二鈉緩沖體系 (pH 7. 04)為溶劑，甘露醇或乳糖為賦形劑，加人少量添加劑(以賴(lài)氨酸、羥丙基 B 一環(huán)糊精、聚山梨 酯一 20)作為干擾素的活性保護(hù)劑，然后加入適量干擾素制成1. 6X107 ml的溶液進(jìn)行噴霧冷凍。冷 凍干 燥條件為：-45C維持4h后，在1. 5h內(nèi)逐漸升溫至-25C并維持38 h，5h內(nèi)慢慢升溫至-10C 并維持5h，再緩慢升溫至20C并維持7h，即可制得干粉顆粒，并置干燥器中備用。對(duì)噴霧冷凍干燥 產(chǎn)品的粒徑、形態(tài)、密度和吸濕性等粉體學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了考察，并測(cè)定了干擾素粉霧劑的體外沉積。結(jié)果 表明，噴霧冷凍干燥法制得的產(chǎn)品密度很??；產(chǎn)品顆粒形態(tài)也為多孔

14、性結(jié)構(gòu)。樣品的體外沉積較高，有 的高達(dá) 38. 5。得出結(jié)論，噴霧冷凍干燥法可以制備超低密度的適于吸入給藥的蛋白粉末。Cos tan tino等考察了噴霧冷凍干燥中霧化條件對(duì)牛血清白蛋白(BsA)微球粒徑和穩(wěn)定性的影響。 結(jié)果表明，當(dāng)噴霧流速增加時(shí)，BSA易降解；當(dāng)BSA微球的粒徑減小，也就是比表面積增大時(shí)，干燥后 所得BSA的單體百分率降低，表明所得微球比表面積對(duì)BSA降解的影響很大，這可能是由于在噴霧冷凍 干燥過(guò)程中BSA與冰一水界面接觸時(shí)發(fā)生了變性；當(dāng)金屬zn與BSA形成復(fù)合物時(shí)，會(huì)使微球比表面積 減小，但對(duì)粒徑和蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響不大；另外，粒徑的減小也有助于BSA突釋率的降低。結(jié)論

15、噴霧冷凍干燥獲得的產(chǎn)品是球型、表面和內(nèi)部多孔的粉狀或顆粒狀產(chǎn)品，完全區(qū)別于噴霧干燥 的中孔的、團(tuán)聚型的產(chǎn)品和經(jīng)干燥并粉碎而成的片狀、菱狀、針狀的冷凍干燥產(chǎn)品6。此外，噴霧冷凍 干燥獲得的產(chǎn)品具有較好的穩(wěn)定性和復(fù)水性，特別適用于干燥對(duì)溫度敏感的高附加值產(chǎn)品。在加工天然植物提取物或者藥品等含有高活性成分的產(chǎn)品時(shí)，通過(guò)噴霧冷凍干燥獲得的產(chǎn)品品 質(zhì)和常規(guī)采用的真空冷凍干燥的產(chǎn)品品質(zhì)一樣，但采用流化床的方式干燥，時(shí)間將大大縮短。與噴霧干燥和冷凍干燥相比，噴霧冷凍干燥還是一個(gè)相對(duì)較新的組合干燥方法，很多研究和實(shí) 踐工作還有待于進(jìn)一步的探索。所以它本身還存在著一些迫切需要解決的問(wèn)題：如干燥時(shí)間長(zhǎng)、干燥產(chǎn) 品

16、成本高，產(chǎn)量較低不適合大規(guī)模生產(chǎn)。但我們相信，隨著越來(lái)越多的蛋白、多肽類(lèi)藥物微球的開(kāi)發(fā)， 這項(xiàng)技術(shù)一定會(huì)愈加完善，在制藥行業(yè)中的應(yīng)用是大有前途的。特別適用于高效而低水溶性且對(duì)溫度、 PH 值、鹽濃度敏感的藥物制備。參考文獻(xiàn)白沽，何應(yīng)噴霧干燥技術(shù)在蛋白、多肽類(lèi)藥物微球制備中的應(yīng)用J藥學(xué)進(jìn)展，2007, 31 (7)： 299300Pikal MJ，KMDellerman ，MLRoy&R，MRiggin The effect of formulation variables on the stability of freeze dried human growth hormoneJ Pharma

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