凍干技術(shù)在生物活性分子中的應(yīng)用

凍干技術(shù)在生物活性分子中的應(yīng)用

凍干技術(shù)通過其獨(dú)特的低溫、固態(tài)脫水原理，為高度不穩(wěn)定的生物活性分子提供了一種近乎理想的保存方案。它不僅解決了這些分子在長期儲存和運(yùn)輸中的穩(wěn)定性難題，還推動了生物制藥、精準(zhǔn)醫(yī)療和分子診斷等領(lǐng)域的飛速發(fā)展。從日常的注射用抗生素到前沿的mRNA疫苗和基因治療產(chǎn)品，凍干技術(shù)作為一項經(jīng)典的工藝，在現(xiàn)代生物科技中依然扮演著不可或替代的關(guān)鍵角色。隨著對凍干機(jī)理和新型保護(hù)劑研究的深入，其應(yīng)用范圍還將進(jìn)一步擴(kuò)大。

一、       凍干適用于生物活性分子原因

生物活性分子（如蛋白質(zhì)、酶、疫苗、激素、抗生素等）通常對熱、機(jī)械應(yīng)力、pH值和有機(jī)溶劑等非常敏感，傳統(tǒng)的加熱干燥或噴霧干燥極易導(dǎo)致其失活、變性或聚集。

凍干技術(shù)的優(yōu)勢正在于此：

1.低溫操作：整個過程在低溫下進(jìn)行，避免了熱敏性物質(zhì)的降解和變性。

2.避免相變：水分通過升華直接由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，避免了液態(tài)水存在時可能引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)（如水解）、分子間相互作用和微生物生長。

3.維持結(jié)構(gòu)：形成的多孔結(jié)構(gòu)能保持物質(zhì)原有的三維立體構(gòu)象，這對于蛋白質(zhì)、多肽等分子的生物活性至關(guān)重要。

4.形態(tài)穩(wěn)定：產(chǎn)品呈海綿狀，復(fù)水性很好，使用時加入溶劑可迅速恢復(fù)成凍干前的狀態(tài)。

5.便于儲存和運(yùn)輸：除去水分后，產(chǎn)品穩(wěn)定性極大提高，可在室溫或4℃下長期保存，無需復(fù)雜的冷鏈物流，降低了成本。

二、凍干在生物活性分子中的應(yīng)用

在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，凍干技術(shù)是保障各類高價值活性分子穩(wěn)定性的核心技術(shù)。幾乎所有注射用蛋白質(zhì)與抗體藥物（如單抗、胰島素、干擾素）均依賴凍干制成粉針劑，以維持其精密三維結(jié)構(gòu)與療效。疫苗是其另一關(guān)鍵應(yīng)用，無論是經(jīng)典的減毒活疫苗（如麻疹疫苗），還是前沿的mRNA疫苗，凍干技術(shù)通過移除水分，使其得以在常規(guī)冷鏈下儲存與運(yùn)輸，極大提升了可及性。此外，診斷試劑核心酶與抗體、易水解的抗生素以及益生菌活菌制劑，也通過凍干實(shí)現(xiàn)常溫長期保存與快速復(fù)活，展現(xiàn)了該技術(shù)不可或代的廣泛應(yīng)用。

1.       蛋白質(zhì)與多肽類藥物

單克隆抗體：幾乎所有需要注射給藥的單抗藥物（如利妥昔單抗、曲妥珠單抗）都以凍干粉針劑形式存在，確保了其在儲存期間的穩(wěn)定性和給藥時的精確劑量。

酶制劑：許多用于治療或診斷的酶（如尿激酶、門冬酰胺酶）對熱極其敏感，凍干是保證其活性的較好方法。

激素：人生長激素、胰島素等肽類激素常制成凍干粉，以維持其復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。

疫苗：減毒/滅活病毒疫苗： 如麻疹、風(fēng)疹、水痘疫苗。凍干能保護(hù)病毒顆粒的完整性，確保其免疫原性。

mRNA疫苗： mRNA疫苗的核心技術(shù)之一就是凍干（或基于凍干的制劑技術(shù)），它將mRNA包裹在脂質(zhì)納米粒中并凍干，極大地提高了疫苗的穩(wěn)定性，解決了早期超低溫儲存的難題。

細(xì)胞因子：干擾素、白介素、集落刺激因子等。

2.核酸類藥物

質(zhì)粒DNA： 用于基因治療和DNA疫苗的質(zhì)粒DNA，凍干可以防止其降解和斷裂。

寡核苷酸： 如反義寡核苷酸、siRNA等，凍干能提供長期穩(wěn)定的儲存條件。

3.抗生素與維生素

許多抗生素（如青霉素類、頭孢菌素類）對水和熱不穩(wěn)定，制成凍干粉針劑是標(biāo)準(zhǔn)做法。

一些不穩(wěn)定的維生素（如維生素B12、維生素C注射劑）也采用凍干技術(shù)。

4.       益生菌與微生物

益生菌（如乳酸桿菌、雙歧桿菌）的活菌制劑通過凍干，可以使其進(jìn)入“休眠"狀態(tài)，在常溫下長期保存，復(fù)水后能迅速恢復(fù)活性。這在食品和保健品行業(yè)中應(yīng)用廣泛。

5.診斷試劑

許多酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)和PCR檢測試劑盒中的核心組分（如酶、抗體、引物、dNTPs）都以凍干形式存在于微孔板或試管中，使用時只需加水溶解，保證了試劑批次間的穩(wěn)定性和操作的便捷性。

三、       生物活性分子凍干的流程

生物活性分子凍干流程 凍干分前處理、冷凍干燥核心過程、后處理三階段。

前處理：關(guān)鍵為配方開發(fā)，添加緩沖鹽（穩(wěn)pH）、糖類保護(hù)劑（維持結(jié)構(gòu)）、填充劑（增強(qiáng)度）、表面活性劑（防聚集），再溶解除菌、精確分裝。

 核心過程：預(yù)凍至-40℃~-50℃使樣品固化，控速影響冰晶形態(tài)；一次干燥（升華）抽高真空并溫和加熱，除90%-95%自由水，占時60%-70%；二次干燥提溫除結(jié)合水，殘水1%-3%。

 后處理：真空或充氮下壓塞密封，經(jīng)外觀、水分、活性、無菌等檢驗(yàn)后，按條件儲存運(yùn)輸。