凍干技術在生物活性分子中的應用

凍干技術通過其獨特的低溫、固態脫水原理，為高度不穩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輸中的穩定性難題，還推動了生物制藥、精準醫療和分子診斷等領域的飛速發展。從日常的注射用抗生素到前沿的mRNA疫苗和基因治療產品，凍干技術作為一項經典的工藝，在現代生物科技中依然扮演著不可或替代的關鍵角色。隨著對凍干機理和新型保護劑研究的深入，其應用范圍還將進一步擴大。

一、       凍干適用于生物活性分子原因

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

凍干技術的優勢正在于此：

1.低溫操作：整個過程在低溫下進行，避免了熱敏性物質的降解和變性。

2.避免相變：水分通過升華直接由固態變為氣態，避免了液態水存在時可能引發的化學反應（如水解）、分子間相互作用和微生物生長。

3.維持結構：形成的多孔結構能保持物質原有的三維立體構象，這對于蛋白質、多肽等分子的生物活性至關重要。

4.形態穩定：產品呈海綿狀，復水性很好，使用時加入溶劑可迅速恢復成凍干前的狀態。

5.便于儲存和運輸：除去水分后，產品穩定性極大提高，可在室溫或4℃下長期保存，無需復雜的冷鏈物流，降低了成本。

二、凍干在生物活性分子中的應用

在生物醫藥領域，凍干技術是保障各類高價值活性分子穩定性的核心技術。幾乎所有注射用蛋白質與抗體藥物（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構與療效。疫苗是其另一關鍵應用，無論是經典的減毒活疫苗（如麻疹疫苗），還是前沿的mRNA疫苗，凍干技術通過移除水分，使其得以在常規冷鏈下儲存與運輸，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，也通過凍干實現常溫長期保存與快速復活，展現了該技術不可或代的廣泛應用。

1.       蛋白質與多肽類藥物

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，以維持其復雜的空間結構。

疫苗：減毒/滅活病毒疫苗： 如麻疹、風疹、水痘疫苗。凍干能保護病毒顆粒的完整性，確保其免疫原性。

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

細胞因子：干擾素、白介素、集落刺激因子等。

2.核酸類藥物

質粒DNA： 用于基因治療和DNA疫苗的質粒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）對水和熱不穩定，制成凍干粉針劑是標準做法。

一些不穩定的維生素（如維生素B12、維生素C注射劑）也采用凍干技術。

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，可以使其進入“休眠"狀態，在常溫下長期保存，復水后能迅速恢復活性。這在食品和保健品行業中應用廣泛。

5.診斷試劑

許多酶聯免疫吸附試驗和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：關鍵為配方開發，添加緩沖鹽（穩pH）、糖類保護劑（維持結構）、填充劑（增強度）、表面活性劑（防聚集），再溶解除菌、精確分裝。

 核心過程：預凍至-40℃~-50℃使樣品固化，控速影響冰晶形態；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%；二次干燥提溫除結合水，殘水1%-3%。

 后處理：真空或充氮下壓塞密封，經外觀、水分、活性、無菌等檢驗后，按條件儲存運輸。