Способ определения технологических параметров процесса лиофилизации биоматериалов

 

Использование: фармацевтическая, медицинская, микробиологическая и другие отрасли промышленности. Сущность изобретения: способ включает подготовку нескольких образцов материала с разным содержанием воды от исходного до нуля. Указанные образцы подвергают термическому анализу, в процессе которого определяют температуры физико-химических переходов материала из твердого состояния в жидкое и обратно, а именно температуры стеклования, температуры проседания материала или начала плавления льда. Далее строят диаграмму зависимости указанных температур от содержания воды в образцах с последующим определением по этой диаграмме температуры замораживания, равной или ниже температуры стеклования материала, температуры материала при сублимации льда, устанавливаемой ниже температуры проседания или начала плавления льда, температуры досушивания материала ниже температуры проседания. 2 ил.

Изобретение относится к технологии лиофилизации биоматериалов и может быть использовано в фармацевтической, микробиологической, медицинской и других отраслях промышленности.

Известен способ определения технологических параметров лиофилизации (температуры замораживания Т_з, температуры вакуумного обезвоживания Т_в), основанный на термическом анализе исходных растворов [1] . При этом проводят измерение электропроводности при охлаждении образца и за температуру замораживания принимают температуру, при которой сопротивление достигает фиксированной величины (10 МОм ˙ см). Для выбора Т_в используют кривые дифференциально-термического анализа (ДТА), записанные при нагревании замороженного образца. За Т_в принимают либо температуру начала плавления льда (начало эндотермического пика), либо максимальную температуру начала плавления (точка пересечения экстраполированной базисной линии с касательной к эндотермическому пику в точке его перегиба).

Недостатком данного способа является то, что для многих биологических материалов выбор в качестве Т_в температуры начала плавления льда ведет к "коллапсу" материала при высушивании, что увеличивает время досушивания до заданной влажности и вызывает потерю качества сухого продукта (внешнего вида, растворимости, биологической активности и т. д). Кроме того, выбор температурного режима досушивания остается произвольным. Для его определения необходимо провести большое количество полномасштабных технологических экспериментов с использованием промышленного оборудования и биологического материала.

Наиболее близким к изобретению является способ, в котором в качестве Т_в выбирают температуру коллапса Т_к [2] . Для определения Т_к проводится лиофилизация материала под специальным криомикроскопом при различных температурах подложки, и за Т_к принимается максимальная температура подложки, при которой нарушения пористой структуры образца (коллапса) еще не происходит. За Т_в принимают Т_к - 3-5^оС.

Недостатком этого способа является то, что выбор температурного режима досушивания остается произвольным. При этом необходимо провести, как правило, не менее десяти полномасштабных технологических экспериментов с использованием промышленного оборудования и биологического материала, что связано со значительными затратами времени, необходимого для определения параметров лиофильной сушки, а также необходимы значительные материальные затраты для осуществления процесса сушки.

Целью изобретения является повышение экспрессности определения и упрощение способа.

Цель достигается тем, что способ включает подготовку нескольких образцов материала с разным содержанием воды от исходного до 0% . Указанные образцы подвергают термическому анализу, в процессе которого определяют температуры физико-химических переходов материала из твердого состояния в жидкое и обратно, а именно температуры стеклования (Т_g), температуры проседания (Т_m) материала или начала плавления льда (Т_im). Далее строят диаграмму зависимости указанных температур от содержания воды в образцах с последующим определением по этой диаграмме температуры замораживания, равной или ниже температуры стеклования материала, температуры материала при вакуумной сублимации льда, устанавливаемой ниже температуры проседания или начала плавления льда, температуры досушивания материала ниже температуры проседания.

Способ реализуется следующим образом. Вначале подготавливают несколько образцов материала с разным содержанием воды от исходного до 0% . Указанные образцы подвергают термическому анализу, в процессе которого определяют температуры физико-химических переходов материала из твердого состояния в жидкое и обратно. Наиболее распространенным методом анализа для биоматериалов является метод ДТА. В процессе ДТА определяются температуры стеклования Т_g и проседания материала Т_m или начала плавления льда Т_im. Далее строят диаграмму зависимости указанных температур от содержания воды в образцах материала с последующим определением по этой диаграмме Т_з, Т_субл, Т_{досушивания}.

Пример осуществления способа.

Способ реализован при приготовлении сухой формы препарата поверхностного антигена гепатита В (НВsАg) с защитной средой: 10% сахарозы + 0,02 М фосфатно-солевой буфер. Для определения температурных параметров режима лиофилизации приготовлено восемь образцов защитной среды с содержанием воды от исходного (89% ) до 0% .

На фиг. 1 представлены кривые ДТА, которыми снимали при нагревании замороженных образцов. На кривых ДТА определили Т_g, Т_m, Т_im, Т_{окончания} плавления и построили диаграмму зависимости температур стеклования, проседания, начала и окончания плавления льда от содержания воды, представленную на фиг. 2. По данной диаграмме определяют температуру замораживания ниже температуры стеклования (-52^оС, точка b), температуру сублимации льда ниже температуры проседания (-35^оС, линия b' c), режим изменения температуры материала при досушивании (постепенное увеличение температуры материала от -35 до 25^оС, линия сdd' ). Такой режим изменения температуры материала в процессе лиофилизации позволяет поддерживать максимально допустимую температуру, обеспечивая наибольшую скорость сушки, не допуская в то же время перегрева и порчи материала. Экспрессность способа повышается на порядок по сравнению с известными аналогами.

(56) 1. Rey L. R. Glymрses into the fundamental asрects of freeze-drying Develoр. biol. stand, 1977, 36, 19-27.

2. Маckenzie А. Р. Соllaрse during fruze-drying-qualitative and quantitative asрects. - Freeze-drying and Аdvence Food Тechnology. рр. 277-307, ed, by S. А. Goldbith, L. R. Rey and W. W. Rothmayr, London: Тhe Аcademie Рress, 1975.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЛИОФИЛИЗАЦИИ БИОМАТЕРИАЛОВ , включающий опpеделение темпеpатуp физико-химических пеpеходов матеpиала посpедством теpмического анализа, по котоpому устанавливают темпеpатуpу замоpаживания матеpиала и темпеpатуpу матеpиала пpи сублимации льда, отличающийся тем, что, с целью повышения экспpессности опpеделения и упpощения способа, пеpед анализом подготавливают несколько обpазцов матеpиала с pазным содеpжанием воды от исходного до нуля, а в пpоцессе теpмического анализа этих обpазцов опpеделяют темпеpатуpы стеклования и пpоседания матеpиала или начала плавления льда, стpоят диагpамму зависимости указанных темпеpатуp от содеpжания воды в обpазцах матеpиала с последующим опpеделением по этой диагpамме темпеpатуpы замоpаживания, pавной или ниже темпеpатуpы стеклования исходного матеpиала, темпеpатуpы матеpиала пpи сублимации льда, устанавливаемой ниже темпеpатуpы пpоседания или начала плавления льда и темпеpатуpы досушивания матеpиала - ниже темпеpатуpы пpоседания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2