無菌注射劑冷凍干燥工藝的產品具備性質更加穩定，活性不易被破壞、水分低、保質期更長等優點，越來越多的注射制劑包括高端生物制品等均選擇使用冷凍干燥工藝，但部分產品在該制造過程中受到藥物本身性質、玻璃瓶材質、工藝、設備等的影響經常會出現玻璃瓶身發生破裂或裂紋等現象，凍干注射劑發生破裂意味著產品極易受到外界空氣中的水分和微生物的污染，嚴重影響產品質量，對患者造成嚴重的安全隱患。

凍干注射制劑產品在冷凍干燥后，產品呈圓餅狀粉末，表面飽滿、顏色均一，管制瓶完整。然而有些產品由于物質本身特性、設備性能差或其它因素影響以及凍干工藝未調整到該產品所需的最好工藝狀態，總會出現一些質量問題，如萎縮、變色、噴瓶、裂瓶等。嚴格來說這些問題未得到解決，流入市場將會有很大的安全隱患，如藥物外觀萎縮、變色、融化現象說明產品可能內在屬性如水分、有關物質等已經發生變化，管制玻璃瓶發生破裂、裂紋會導致由于瓶身不密封受到外部空氣、水分和微生物的污染，造成該產品無菌項目、水分、有關物質、復溶性等不合格，產品上市后用藥安全得不到保障。另外產品在冷凍干燥之后通常這種裂瓶或小裂紋的產品的檢出率很低，國內目前擁有自動燈檢機的企業并不是很普及，絕大多數凍干企業使用的燈檢設備多為人工燈檢，靠肉眼識別出明顯的裂紋還可以，但細微裂紋是很難以被發現出來的，有些生產過程中細微裂紋還未到產生的受力點，當時沒有出現裂紋，經過運輸等外力碰撞則會再次出現裂瓶，極細微裂紋醫護人員使用過程中也是難以發現的，所以冷凍干燥后造成的裂瓶對市場用藥安全風險特別高。針對冷凍干燥過程當中出現的這些質量問題，我們則需單獨研究，使用目前可靠的檢測手段，摸索數據后進行分析，找到問題所在，針對不同產生原因進行針對性的解決。

1、冷凍干燥裂瓶原因分析

1.1常見裂瓶原因

通常裂瓶的原因較多，解決的方向和難易程度亦不一樣，如管制瓶質量較差、冷凍干燥工藝不合理、藥液濃度過大、裝量過大、設備性能等，常見低質量低硼硅管制玻璃瓶、設備板層溫度分布不均勻等硬件問題比較容易解決，變更管制玻璃瓶廠家或提升管制玻璃瓶質量，做好相關的驗證即可，但認為在生產高風險無菌注射劑使用時應盡可能減少低質量低硼硅玻璃瓶的使用，設備問題則做好設備維護保養和設備再確認，確保設備性能滿足工藝要求，避免由于設備原因在冷凍干燥過程中產生。本文主要對冷凍干燥過程產品物質本身性質和工藝設計不合理導致的裂瓶問題做一些探討和分享。

1.2冷凍干燥過程裂瓶原理

冷凍干燥過程中，管制玻璃瓶的破裂一般集中在瓶底或瓶身，裂瓶的主要原因是溶液在冷凍的某個階段突然大量的結晶，結晶現象使分子劇烈運動產生膨脹，膨脹產生的作用力將瓶子某個部位撐破。凍干產品預凍的期間本身不會裂瓶，預凍結束后制品在升華時升溫過程中容易發生裂瓶，主要原因是預凍降溫速率過快、預凍時間和溫度條件不夠，未將溶液冷凍結實。不同濃度和性質的溶液均有各自特有結晶的溫度點、時間點，多種成分的溶液在不同的溫度點結晶，甚至會改變原主要成分的結晶時段，在需要結晶的溫度時段未完全結晶，而在升華階段當溫度再次升到其結晶溫度點時，由于隔板升華加熱先受熱部位為瓶底，瓶內底部結冰先行融化，未結晶部分則會大量二次結晶，最終產生裂瓶，往往裂瓶最容易發生在底部，所以，從根本原因上要解決裂瓶的問題，前期預凍過程將溶液預凍徹底是基礎，如果預凍徹底的溶液均已凍結成冰，在需要結晶的溫度充分讓其結晶，不留有二次結晶的機會，裂瓶機率就會減少很多。通常灌裝量較少、溶液濃度較低的在預凍過程中可以很快的凍結，冷凍的時間也不需要過長，藥液灌裝量大、濃度高的溶液相對就比較難以徹底冷凍結實，要將凍結難度大的溶液徹底凍結實就需要設置相應的冷凍速率、降低預凍溫度或延長預凍的時間[1-2]。

2、冷凍干燥過程裂瓶檢測和手段解決方法

2.1檢測和解決方法

摸索出產品的最佳凍干曲線是解決問題的首要問題，國內注射劑冷凍干燥法雖然歷經幾十年，但科學的工藝技術摸索方式并沒有得到特別大的突破，多數依舊停留在以凍干設備本身基礎上研究工藝曲線，很難摸索到物質實際屬性，突破產品技術難題就比較局限。近年來國內冷凍干燥領域開始慢慢和國際接軌，一些凍干設備企業的儀器設備水平也有了很大的提升，但對于冷凍干燥參數科學檢測方法和國際現有先進冷凍干燥檢測方法還有一定的差距，目前比較先進和常用的如摸索凍干過程的凍干顯微鏡，檢測聚合物熱力學和動力學的 DSC 差示掃描儀，檢測物質粉末晶型的 X 射線衍射圖譜儀。結合由于物質本身性質以及工藝設計不合理導致的裂瓶原因，現與冷凍干燥主流數據和曲線摸索的方法進行分析探討。

2.1.1 凍干顯微摸索： 

采用凍干顯微鏡來觀測其凍干過程，凍干顯微鏡是一種可以快速模擬整個凍干過程的先進儀器[3-4]，近年來，科研工作者不斷對凍干顯微鏡的結構和技術參數進行改進，使觀測到的凍干結構和測定的塌陷溫度更加接近凍干機實際生產過程，并取得了許多顯著成果。原理與凍干機相類似，配備高倍電子顯微鏡與計算機連接，可以很快速、直觀的觀察到溶液從預凍、升華、干燥的每個階段的變化。設備設定好預凍、升華和干燥的溫度區間和時間，通過觀察凍干過程中結冰點、結晶點、結晶速率、完全結晶時段、崩塌溫度等溶液物理變化，可以找到并分析最佳結晶溫度、完全結晶時段和崩塌溫度，確定了物質的結晶溫度和塌陷溫度，讓樣品在結晶完全結束后再適當延長一部分時間，繼續在該溫度段冷凍使物質達到“養晶”過程，目的是使需要結晶物質在這個階段完全結晶徹底。摸索出該物質的參數后，再反復通過小試凍干設備參照凍干顯微鏡摸索出的參數進行重現即可。通過凍干顯微不但可以摸索結晶時間優化裂瓶問題，還可以避免在崩塌溫度階段升華導致產品的塌陷，設定工藝時則可以避開產品崩塌溫度，提前讓產品升華完畢。

2.1.2 DSC 差示掃描量熱法摸索[5]：

這是一種測量輸給物質和參比物的功率差與溫度關系的一種技術，可以直觀的分析樣品吸熱和放熱的過程，可以準確的測定研究物質的結晶溫度、共晶溫度、玻璃化轉換溫度。溶液在從液體凍結到固體的過程當中內部存在形態的轉變，冷凍至形成玻璃態時，分子鏈不再運動，晶體則無法形成，所以需要溶液在共晶點溫度后，玻璃化轉換溫度前使其完全結晶徹底。摸索玻璃化轉換溫度和共晶溫度可以采用 DSC 差示掃描儀檢測，根據 DSC 差示掃描量熱法分析摸索可以選擇在物質接近玻璃態前延長預凍時間、降低冷凍溫度或使用退火工藝使其充分結晶。如某藥物溶液檢測到其玻璃化轉換溫度為-26℃，共晶點溫度為-23℃，則可以在溶液轉換成玻璃態前，共晶溫度后選擇一個溫度點充分的結晶和“養晶”，待充分結晶后再轉入升華階段后期裂瓶機率就會大幅降低。

2.1.3 凍干機小試：

即在小試凍干機上實驗冷凍干燥過程，預凍階段觀測制品的溫度來監測制品是否凍結實，當制品溫度達到預設定的溫度并有規律的保持較長時間，可認為該溶液冷凍結實。如凍干機導熱油的溫度設定-45℃，降溫速率控制在 2℃/min，預凍程序啟動后，觀察 1h 制品溫度為-40℃，2h制品溫度為－42℃，3h制品溫度為-44℃，5h制品溫度為 － 45℃，6h 制品溫度為-45℃，7h 制品溫度為-45℃，經過多次實驗規律一致，預凍溫度曲線穩定在 5h 之后不再有波動，可以認為 6h 以上預凍溫度已經結束，預凍時間則按照 6h 或增加一段養晶時間。但直接在凍干機上實驗難以觀察到過程的共晶溫度和玻璃化轉換溫度，摸索難度較大，很難準確的摸索到最佳的結晶溫度點，所需要花費大量的時間開展正交實驗。以上方法可以結合運用，摸索出最佳的預凍時間和預凍溫度參數，(還要特別注意真空度的應用，真空度與升華速率成直接的關系) 使溶液在適合的預凍溫度內充分、完全的結晶，減少或消除產品沒有完全結晶在升華時段，再次出現快速結晶的情況。

3、結  語

不同溶液的性質、濃度不同對產品裂瓶所造成的裂瓶方式和嚴重程度各有不同，物質本身性質、工藝設計不合理導致產品裂瓶，通過凍干顯微鏡分析、DSC差示掃描熱量法監測、凍干機實驗摸索方式，摸索出每個產品最合理的凍干曲線是非常有必要的，可以避免和減少由于物質本身性質和工藝問題導致產品裂瓶等質量問題，更需要避免該問題使患者出現安全用藥風險。通過摸索產品具體冷凍干燥參數還可以優化凍干工藝，減少不必要的凍干時間，節約大量生產能耗等成本。我們有幾個產品裂瓶情況，原因各不相同，通過上述方式針對各產品找出具體凍干參數和性質，一些產品凍干過程裂瓶以及萎縮、變色等問題均得到很好的解決，如注射用萘普生鈉、注射用甲磺酸左氧氟沙星、注射用長春西汀等，亦有溶液濃度高、裝量大，使用低硼硅管制玻璃瓶產品，如注射用甲磺酸左氧氟沙星、注射用萘普生鈉，產品凍干過程當中存在裂瓶、玻璃瓶掉底情況，通過上述方法研究最終找到其裂瓶原因，反復摸索出產品最適合的預凍、升華溫度和時間，使產品的晶體充分得到結晶，并減少不必要的多梯度升華時間。經過多次反復試驗，目前產品出箱后極少發現裂瓶現象。

參考文獻

〔1〕劉超 . 凍干工藝可控結晶技術應用與探討〔J〕. 化工與醫藥工程，2019，( 06) : 28-31.

〔2〕趙紹磊，王耀國，張騰，等 . 制藥結晶中的先進過程控制〔J〕. 化工學報，2020，71( 02) : 459-474.

〔3〕劉代春，于穎，盧存義 . 凍干顯微鏡研究進展〔J〕. 機電信息，2017，( 32) : 1-15.

〔4〕楊智，李代禧，張燕，等 . 冷凍干燥過程中重要參數塌陷溫度的研究〔J〕. 應用化工，2014，43( 05) : 962-965.

〔5〕劉婕，楊麗，方亮 . 差示掃描量熱技術在藥劑學中的應用進展〔J〕. 中國藥劑學雜志( 網絡版)，2017，000( 05) : 119-128.

本文作者曾海軍，福建省閩東力捷迅藥業股份有限公司，來源于海峽藥學，僅供交流學習。