Процес попереднього заморожування ліофілізатора полягає у затвердінні вільної води в розчині для отримання продукту після висихання тієї ж форми, що і перед сушінням, для запобігання незворотним змінам, таким як піноутворення, концентрування та рух розчиненої речовини під час сушіння у вакуумі, а також мінімізація нанесеного матеріалу за температурою Знижена розчинність і зміна життєвих характеристик.
Існує два методи попереднього заморожування розчину: метод попереднього заморожування у ліофілізаційній коробці та метод попереднього заморожування поза коробкою.
Метод попереднього заморожування у коробці полягає у безпосередньому розміщенні продукту на багатошаровій полиці в ліофілізаторі та заморожуванні морозильною камерою ліофілізатора. Коли ліофілізується велика кількість флаконів та ампул, зручно входити та виходити з коробки. Як правило, флакони або ампули поміщають у кілька металевих лотків, а потім упаковують у коробки, щоб поліпшити тепловіддачу. З деяких металевих піддонів виготовляється знімний нижній тип, а дно виймається при вході в коробку, так що флакон безпосередньо контактує з металевою пластиною морозильно-сушильної коробки; для лотків, що не тягнуться, дно лотка має бути рівним, щоб отримати однорідність продукту. Великі плазмові пляшки за безвіджимним способом слід заморозити заздалегідь, а потім покласти їх в коробку для заморожування після додавання металевої решітки для теплопровідності.
Існує два способи попереднього заморожування за межами коробки: деякі невеликі сушарки для заморожування не мають пристрою для попереднього заморожування продуктів і можуть використовувати лише низькотемпературні холодильники або спирт і сухий лід для попереднього заморожування. Інший - це спеціальна морозильна камера, яка може обертати великі пляшки з продуктами в подібну до оболонки конструкцію, а потім потрапляти в коробку для сублімаційного сушіння.
Процес попереднього заморожування ліофілізатора:
Коли температура водного розчину падає до певного рівня, відповідно до евтектичної концентрації розчину, в слабоконцентрованому розчині починає замерзати лід. Цю температуру називають температурою замерзання. Взагалі кажучи, точка замерзання контролюється концентрацією і зменшується з концентрацією. Коли температура розчину нижче температури замерзання, частина розчину кристалізується, а концентрація залишку розчину зросте, тому температура замерзання падає, а потім продовжує охолоджуватися, кристали льоду збільшуються при охолодженні , а концентрацію залишку розчину збільшуйте разом з ним. Однак при зниженні температури до певної точки весь розчин, що залишився, замерзає. В цей час заморожений матеріал змішується з кристалами льоду, і температура в цей час є точкою евтектики.
Після того, як розчин потрібно переохолодити до точки замерзання, після утворення в ньому кристалічних ядер вільна вода почне кристалізуватися у вигляді льоду, і одночасно вона виділить тепло кристалізації, щоб підвищити температуру до точки замерзання. У міру зростання кристала концентрація розчину збільшується. Коли евтектична концентрація досягнута і температура опуститься нижче точки евтектики, весь розчин замерзне.
На додаток до природи самого розчину, кількість і розмір зерен кристала в кристалі розчину пов'язані зі швидкістю зародження кристалів і зростанням кристалів. Два фактори, швидкість зародження кристалів і швидкість росту кристалів, змінюються залежно від температури та тиску. Отже, ми можемо контролювати кількість та розмір зерен кристалів у кристалізації розчину, контролюючи температуру та тиск. Взагалі кажучи, чим швидша швидкість охолодження, тим нижча температура переохолодження, тим більше утворюється кристалічних ядер, і кристал буде заморожений до того, як зможе вирости. У цей час, чим більше утворюється кристалічних зерен, тим дрібнішими є кристалічні зерна; навпаки, кристалічні зерна Чим менше число, тим більше кристалічні зерна.
Форма кристала також пов'язана з температурою замерзання. Коли він починає замерзати близько 0 ° C, кристали льоду гексагонально симетричні і ростуть вперед у напрямках шести основних осей. Одночасно з’явиться кілька вторинних осей. Всі кристали льоду з’єднані, утворюючи в розчині мережеву структуру. Зі збільшенням ступеня переохолодження кристали льоду поступово втрачають гексагональну симетричну форму розпізнавання ємності. Крім того, кількість зародків велике, а швидкість замерзання швидка, що може утворювати неправильну дендритну форму. Вони мають будь-яку кількість осьових циліндрів. На відміну від гексагональної кристалічної форми, їх існує лише шість.
Кристалічна одиниця, що утворюється внаслідок заморожування біологічних рідин (таких як плазма крові, м’язова суспензія, склоподібне тіло тощо), часто схожа на тип крижаних кристалів, утворених однокомпонентним водним розчином. Тип кристалізації головним чином залежить від швидкості охолодження та концентрації рідин у організмі. Наприклад, коли плазма, м’язова суспензія тощо замерзають при нормальній концентрації, гексагональні кристалічні одиниці утворюються при більш високих мінусових температурах і повільних швидкостях охолодження, а нерегулярні дендрити утворюються при швидкому охолодженні до низьких температур. Кришталь.
Суспензія клітин (таких як еритроцити, лейкоцити, сперма, бактерії тощо, суспендовані в дистильованій воді, плазмі або інших суспензійних середовищах). При повільному замерзанні при високих мінусових температурах у суспензії зростає велика кількість льоду, що стискає клітини між двома бурульками. , а вода в клітині проникає в клітину через клітинну мембрану, що в свою чергу спричинює концентрацію розчиненої речовини в клітині. У той же час зростання позаклітинного льоду також змусить клітинний матеріал стискатися і деформуватися. Але в цей час клітини не замерзають. Коли він швидко замерзає при низьких температурах, всередині клітини утворюється внутрішньоклітинний лід. Розмір, форма та розподіл льоду пов’язані із швидкістю охолодження, наявністю або відсутністю захисного агента, природою захисного агента та вмістом води в камері. Взагалі кажучи, чим швидша швидкість охолодження і чим нижче температура, тим більше льоду утворюється в камері. Додавання до суспензії непроникного захисного агента може зменшити кількість льоду, що утворюється в клітинах під час швидкого заморожування.
Форма кристалізації розчину безпосередньо впливає на швидкість ліофілізації. Порожнеча, залишена сублімацією крижаного кришталю, є каналом виходу водяної пари під час наступної сублімації крижаного кришталю. Великий і суцільний гексагональний кристал має великий порожній канал після сублімації, а опір виходу водяної пари невеликий, тому продукт швидко висихає, і навпаки. А розривний сферичний канал крижаного кришталю невеликий або розривний, і водяна пара може виходити лише дифузією або проникненням, тому швидкість висихання повільна. Тому лише з урахуванням швидкості висихання краще повільне заморожування.
Крім того, швидкість замерзання також залежить від типу, потужності та середовища теплопередачі морозильного обладнання.