1 真空冷凍干燥技術

真空冷凍干燥技術是通過預冷、升華干燥、解析干燥三種階段的動態(tài)耦合作用，共同實現(xiàn)生物活性物質的穩(wěn)定保存。由于該技術廣泛應用于生物醫(yī)藥領域中熱敏性藥品（如蛋白酶、疫苗、多肽和脂質體）的保存、基因治療產(chǎn)品與細胞治療產(chǎn)品凍干保存、診斷試劑與生物活性成分的穩(wěn)定性提升、中藥材處理及保存等，因此凍干機成為了生物醫(yī)藥企業(yè)前處理和檢驗檢測的重點關注設備。

1.1 預凍階段

預凍階段是通過將溶液放置于低溫條件下迅速凍結，從而形成玻璃態(tài)或結晶態(tài)冰晶。由于凍干過程中，物料不同部位的溫度差異會影響冰晶的形成和生長，進而影響產(chǎn)品的質量。同時，凍結溫度與共晶點密切相關，會直接影響冰晶的形態(tài)，當溫度低于共晶點時，冰晶生長會速率提升，且過大時會破壞細胞結構。 因此，安全凍結溫度需控制在共晶點的-10℃左右。此外，降溫速率對冰晶粒徑的影響也會直接影響后續(xù)升華效率和復水性。

1.2 升華干燥階段

升華干燥階段通常在（1-50）Pa真空條件下，通過擱板傳導加熱或輻射加熱提供升華潛熱，使冰晶直接升華為水蒸氣。但若真空度波動較大，則難以平衡升華速率和熱量供給；若真空度不足或供熱不足，則可能導致升華效果不好，且含水量較高；若升華速率較快，則可能會破壞被凍干品的結構，甚至導致噴瓶。

1.3 解析干燥階段

解析干燥階段主要通過升溫去除殘留的結合水。因此，為避免出現(xiàn)蛋白質變性、抗體藥物活性損失等問題，需嚴格控制溫度梯度。

2 生物醫(yī)藥凍干工藝的計量需求

2.1 GMP驗證關注點

在生物醫(yī)藥凍干工藝中，符合藥品生產(chǎn)質量管理規(guī)范(GMP)是確保產(chǎn)品質量的關鍵。根據(jù)《藥品生產(chǎn)質量管理規(guī)范(2020版）》附錄¹（無菌藥品）要求，凍干工藝驗證主要包括設備確認（DQ\IQ\OQ）、 工藝驗證（PV）和持續(xù)改進。

（1）設備確認：包含設備運行情況、安全性、關鍵參數(shù)指標的測試等。由于性能驗證有時包含在線蒸汽滅菌功能與生物挑戰(zhàn)性測試，需采用溫度測量裝置與濕熱滅菌生物指示物進行驗證，并對FO值及滅菌后生物指示物培養(yǎng)結果進行判斷，因此會導致該過程和常規(guī)的計量參數(shù)重合較大。

（2）工藝驗證：通過對每個步驟進行詳細的研究和驗證，確定最佳的工藝參數(shù)和操作流程，與傳統(tǒng)的設備計量相比，可延伸涵蓋至除設備自身參數(shù)外的工藝、人員及操作等多個環(huán)節(jié)。如典型凍干制品在預凍階段的降溫速率、升華階段的加熱功率和真空度控制、解析干燥階段的時間和溫度設定等過程中均需通過實驗驗證，才能確保生產(chǎn)符合質量標準的凍干產(chǎn)品，但若驗證過程中參量發(fā)生變化時，則均需重新進行驗證。

2.2 設備性能計量需求

近年來，計量機構對藥用冷凍干燥機的計量重視程度已逐步提高，尤其是針對用于生物醫(yī)藥領域的中試凍干機和生產(chǎn)型大型凍干機與實驗室用凍干機的差異及其溫度、真空復合場的計量方法。

溫度（如偏差、均勻度、降溫速率）校準：通常采用多點測量法，在凍干腔內布置多個溫度傳感器，監(jiān)測不同位置的溫度變化并計算分析校準參數(shù)是否符合要求。目前，已有校準規(guī)范關注了GMP驗證中對擱板溫度的要求，并提出采用表面貼合式標準器進行擱板溫度而非凍干腔體內空氣溫度的測量。

真空度校準：傳統(tǒng)方法是采用破壞式法，在真空通路中串聯(lián)真空計進行校準，而近年來發(fā)布的規(guī)范已改為采用無線真空記錄器放置于凍干機腔體內部進行真空數(shù)據(jù)采集，并對極限真空、真空泄漏率等參數(shù)進行校準。但一些規(guī)范中雖明確了溫度及真空測量的復合場條件要求，在特定的真空度設定下進行特定凍干溫度的校準，并考慮復合場環(huán)境對標準器引入不確定度的影響，體現(xiàn)了計量技術與生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)實際計量需求的結合，但仍停留在滿足設備本身性能參數(shù)的計量上，未真正將計量檢測技術應用至工藝流程中，因此僅滿足生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)對設備關鍵性能參數(shù)確認的要求，而對支撐凍干工藝優(yōu)化、產(chǎn)品質量提升和降本增效等方面仍存在一定欠缺。

2.3 工藝過程產(chǎn)業(yè)計量需求

（1）生物醫(yī)藥領域。除凍干機的性能參數(shù)（最終的溫度和真空度）外，冷阱的可靠性也非常重要。它是用于捕獲升華過程中產(chǎn)生的水蒸氣，維持系統(tǒng)的真空度。 因此，在一些藥企中，需對其制冷溫度、水蒸氣捕獲能力進行測試，但目前計量規(guī)范和校準實施中均未有對其參數(shù)的測量。

（2）產(chǎn)業(yè)計量。生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)在真空冷凍干燥技術應用層面對計量的需求更多體現(xiàn)在計量技術能從原本的終點控制轉變?yōu)榕c工藝結合的全程追溯。

（3）溫度測量。除對設備的溫度控制性能計量外，還需對預凍階段的共晶點溫度、升華階段的不同真空度、不同加熱功率條件下的升華界面的液體溫度和水蒸氣壓進行測量，并對解析干燥階段的水分含量進行監(jiān)測，從而支撐工藝風險點的提前發(fā)現(xiàn)及工藝改進。如水分含量檢測時，一般要求控制在2%以下（過高會影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性和保質期），且采用卡爾費休法、干燥失重法等均需在凍干工藝結束后以凍干品作為樣品，因此無法在工藝過程中，甚至是不同工藝條件下進行檢測。此外，據(jù)調研顯示，在凍干制品的全流程質量控制環(huán)節(jié)中，也存在著產(chǎn)業(yè)計量需求，如生物活性保留率測試、凍干制品物理特性（包括崩解時限、溶解性測試、凍干制品化學穩(wěn)定性）測試等均會影響產(chǎn)品的質量和使用效果及工藝的優(yōu)化。