生物技術的迅猛發展,生物活性物質不斷被利用,利用轉基因的宿主體（原核和真核）細胞生產的活性物質作為藥物已應用于臨床,國內外批準上市的已逾50種,正在開發的數量達幾百種其中,大部分是蛋白質和活性多肽蛋白質分子的化學結構決定其活性影響活性的因素很多,主要有兩方面,一是結構因素,包括分子量大小,氨基酸組成,氨基酸序列,有無二硫鍵,二硫鍵位置,空間結構;二是蛋白質分子周圍的環境因素,蛋白質!多肽受復雜的物理!化學因素影響而產生凝聚!沉淀!水解!脫酰氨基等變化國內已批準上市的基因工程藥物和疫苗有20多種,大部分是凍干制劑,原因就是凍干制劑能長期保持蛋白質!多肽的活性因此,在新藥的研發過程中,凍干技術是重要的一個環節。

在加入WTO后,一體化,市場開放,藥物二次加工市場發展迅速,藥物外包加工（Outsourcing）早已成為歐美制藥工業的一種慣例據報道,2003年藥物外包市場達300億美元,2004年估計達340~350億美元制劑外包約占整個藥物外包市場的26%,其余為原料藥外包加工20世紀90年代后,委托加工原料藥（訂單加工原料藥）已被技術要求更高的/提高原料藥的加工檔次0所代替,即大公司將其開發的新藥（原料藥）交給具有很強科技實力的科研開發型公司,由后者將新藥（尤其是蛋白質/多肽類藥以及抗病毒藥!抗癌藥等等）加工成適合作為納米級制劑!凍干粉針!口腔快溶片!氣霧/干粉吸入劑,以及其他新穎給藥途徑的原料藥這一方式成為/藥物二次加工的新目標凍干針劑是其中一項重要的技術產品,如荷蘭的DSM公司,它是歐洲的藥物二次加工大企業,擅長加工抗生素原料藥的凍干粉針劑2004年,投資6200萬美元擴大凍干粉針劑生產能力（11臺超大型凍干機,每臺占地30多m2）,成為歐洲zui大的粉針劑生產公司加拿大的PATHEON公司是北美主要的藥物二次加工企業,主營代加工凍干粉針劑該公司與意大利合作在意大利建立一個大型的凍干粉針劑生產基地,一臺大型凍干裝置占地271m2，可見凍干技術不但作為基因工程藥物生產的一個重要環節,而且其技術的優勢可以發展成為一個產業。

本文將結合基因工程的多肽和蛋白質藥物的凍干針劑生產,結合本中心的中試工作,進行討論,供同行參考。

1 冷凍干燥技術的原理和應用

（1） 原 理

冷凍干燥是指將藥品在低溫下凍結,然后在真空條件下升華干燥,去除冰晶,待升華結束后再進行解吸干燥,除去部分結合水的干燥方法該過程主要可分為藥品準備!預凍!一次干燥（升華干燥）!二次干燥（解吸干燥）!密封保存等步驟圖1所示縱坐標為氣壓,橫坐標為溫度,0℃（實際為0.001℃）為三相點,表示水以液體存在時的zui低大氣壓,低于該點氣壓,水只能以冰或蒸氣存在,也就是在此時升溫時,水只能從冰直接變成蒸氣,冷凍干燥就是遠低于該氣壓（高真空度）下干燥水分的,通常在66~133Pa真空度和-25℃以下,才能保證冷凍干燥順利進行。
（2） 優點與缺點

冷凍干燥與其他干燥方法相比,有以下優點:

1）藥液在凍干前分裝,分裝方便!準確!可實現連續化;

2）處理條件溫和,在低溫低壓下干燥,有利于熱敏物質保持活性,可避免高溫高壓下的分解變性,以實現蛋白質不會變性;

3）含水量低,凍干產品含水量一般在1%~3%,同時在真空,甚至可在通N2保護情況下干燥和保存,產品不易被氧化,有利于長途運輸和長期保存;

4）產品外觀優良,為多孔疏松結構且顏色基本不變,復水性好,凍干藥品能迅速吸水還原成凍干前狀態;

5）凍干設備封閉操作,安裝環境潔凈度高,減少雜菌和微粒的污染,干燥中和封裝后的缺氧可起到滅菌和抑制某些細菌活力的作用

冷凍干燥及制品的缺點和不足:

1）設備要求高!投資大!干燥速率低!干燥時間長!能耗高;

2）生物活性物質（如多肽和蛋白質藥物）采用凍干制劑主要是為了保持活性,但配料（如保護劑!溶劑!緩沖劑等）選擇不合理!工藝操作不合理!凍干設備選擇不適當都可能在凍干制劑制備過程中失活,導致產品前功盡棄,這是生產凍干制劑的關鍵,需進行基礎研究和針對特定產品反復試驗;

3）溶劑不能隨意選擇,只限于水或一些冰點較高的有機溶劑,所以很難制備某種特殊的晶型,有時凍干品在復水溶解時會出現渾濁現象,這些均為開發凍干制劑所必須考慮和實驗研究的。
（3） 冷凍干燥技術的應用

冷凍干燥技術于1813年英國人Wallaston發明,1909年Shsckell試驗用該方法對抗毒素!菌種!狂犬病毒及其他生物制品進行凍干保存,取得了較好的效果在第二次世界大戰中由于對血液制品的大量需求,冷凍干燥技術得到了迅速發展,進入了工業應用階段。50年代凍干食品系統的大規模發展,促進了凍干技術和設備的進步,但由于高難度!高投入!高能耗和制造設備的落后,經歷了幾十年的起伏和徘徊。近20多年來,隨著人們生活水平提高,對食品的品質!營養!天然無公害的觀念轉變,推動了凍干技術的發展,生產過程從間歇式到連續式,設備從0.1m2到上千m2形成系列,應用范圍廣泛:在科研方面,應用于如分析土壤中的衡量成分;去除液相色譜收集組分的溶劑;考古中發現的重要文物如布匹!皮革!竹簡等的干燥脫水等在工業上,應用于凍干食品如蔬菜!水果!海產品!甚至鮮花等;香料及調味品如咖啡!茶及各種香料!調味料;保存營養保健成分及色香味形的方便食品（日本方便食品中50%是凍干食品）;水產品zui廣泛!要求zui嚴格的還是在醫藥和生物制品方面的應用,主要是應用于血清!菌種!基因工程藥物!疫苗!天然藥物及生物制品等我國生物制品規程2000版中,確定的11個重組治療蛋白藥物就有8個是凍干制劑,如重組人干擾素α1b!重組人干擾素α2b!重組人干擾素α2b!重組人干擾素γ!重組人白介素22!重組人紅細胞生成素!重組人粒細胞巨噬細胞集落刺激因子!重組鏈激酶。

冷干制劑的生產過程

基因工程多肽和蛋白質藥物凍干制劑是通過宿主體（微生物或動物細胞）培養獲得表達產品!經分離純化得到活性物質,經過配制!過濾與分裝,分裝好的樣品送入冷凍干燥機,進行預凍!升華!干燥,zui后封口因此凍干制劑的生產過程包括藥物準所謂超聲波是指振動頻率范圍在20 kHz～1000 MHz之間的聲波。自從2O世紀3O年代Richards和I oomis[1 報道了超聲波的化學作用以來，超聲波的各種化學效應引起了人們的廣泛關注。早期人們的研究比較集中于超聲波作用下聚合物黏度的下降（聚合物降解），1980年以來隨著高聚物表征手段的發展，超聲波在聚合物合成中的應用研究也隨之開展起來。聲化學理論計算和對應實驗表明，超聲波化作用可使空化泡相界面周圍產生數千K的高溫和數百個大氣壓的高壓的環境 ]，這樣的條件下能夠使溶劑、單體或高分子鏈分解或破裂產生自由基，導致超聲波在高分子合成中得到廣泛應用。

1 超聲波用于制備嵌段共聚物
1999年，Huceste等 將 2，300，000的聚甲基丙烯酸乙酯（PEMA）和 1，200，000的聚苯乙烯（PS）溶解在甲苯中，用N 飽和后以超聲波對其進行輻照。發現輻照2h后，高分子發生了降解。然后他們在輻照后的聚合物體系中加入苯乙烯單體并配合適當的溫度條件，制得了嵌段共聚物，產物的非均一系數（H ）由3．oR低到1．34。
1998年，Fujiwara H[5 等研究了超聲波輻照下聚氯乙烯和聚乙烯醇嵌段共聚物的合成。他們將固體的聚氯乙烯和聚乙烯醇制成多個水溶液系統，并在3O℃下用超聲波輻照。發現聚氯乙烯平均黏度的降低速率比聚乙烯醇快得多。在超聲波的作用下，這兩種聚合物都降解并產生了自由基，這種自由基引發了聚合物的機械化學反應，由此制得了嵌段共聚物。
2003年，Degirmenci M 等 在超聲波輻照的情況下，合成了苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物。他們還研究了超聲波輻照下PM—MA的降解行為，所得理論相對分子質量與實驗實測值及GPC的測定結果一致，說明的確是超聲波降解產生的自由基引發了共聚反應。

2 超聲波用于引發乳液聚合
1998年，Joe Chou H C等[7．8j研究了超聲波輻照條件下以十二烷基硫酸鈉作乳化劑時甲基丙烯酸甲酯（MMA）的乳液聚合，考察了多個因素對聚合速度的影響。發現即便沒有常規引發劑的加入，乳液聚合反應仍然可以在室溫條件下被超聲波引發。這種情況下，引發反應的自由基來自超聲波輻照下乳化劑的降解，超聲波的使用不但可以引發及加速乳液聚合，并且在較低的溫度下就可以提供反應所需的能量。
2004年，Ai Z Q等[9]研究了超聲波輻照條件下苯乙烯與丙烯酸丁酯的乳液聚合。他們將PS廢料溶解在丙烯酸丁酯中，加水和引發劑，然后在超聲波的輻照和攪拌作用下，制得了接
枝共聚物。超聲波功率越高、輻照時間越長、反應溫度越高，所得接枝產物的凝結率越低；乳化劑的種類及用量、乳化劑的總濃度等因素也影響產物的凝結率。
2005年，Bahattab M A Ll 對超聲波輻照下醋酸乙烯酯的乳液聚合進行了研究。當沒有引發劑和乳化劑存在時，單靠超聲波的作用在環境溫度下就可以引發醋酸乙烯酯的乳液聚合。而使用了氧化還原引發劑體系且采用超聲波輻照后，比沒有超聲波輻照的情況下聚合反應的轉化率和聚合物產率都有所提高，超聲波對引發反應和控制聚合物結構起到了重要的作用。

3 超聲波用于高分子的改性
1997年，Santos E A G L等[11]用超聲波作能量源，研究了馬來酸酐改性聚丙烯的反應。發現馬來酸酐用量增加會降低接枝率，原因是在所使用的實驗條件下，由于過氧化二苯甲酰的存在導致大量的馬來酸酐生成了均聚物；而隨著所用超聲波功率密度的增大，接枝率的提高越來越明顯。他們還研究了超聲波輻照對所得接枝產物的礬、 及多分散性系數的影響，發現產物的礬降低了13．73 ，多分散性系數也降低了l1．98 。這些現象被歸結于超聲波所導致的聚合物分子長鏈的機械斷裂，其與斷鏈產
生自由基及自由基的再結合相一致。用超細無機粒子填充到高分子材料中對使后者性能獲得改善是高分子改性的一個重要方向。然而超細粒子由于表面能巨大很容易發生團聚，使之均勻地分散到高分子體系中并非易事，傳統的方法是通過選用合適的表面活性劑對粒子表面改性，但效果常常難如人意，近年來很多人開始嘗試使用超聲波將粒子分散到高分子材料中，典型的進展簡述如下。
2000年，Xia H S等Ll ¨]研究了超聲波輻照情況下，幾種無機納米粒子（納米級的siO。、Al O。、TiO 粒子）在甲基丙烯酸丁酯中的分散及對聚合物的改性情況。通過超聲波的作用，他們制得了含有聚合物／無機納米粒子的穩定乳液，掃描電鏡證實納米粒子存在于聚合物形成的微膠囊中，微膠囊的壁厚只有5 nm～65 nm。
2005年，Qiu G H等[1 5]使用功率為750 W的超聲波，將磁性氧化鐵納米粒子分散到吡咯單體的水溶液中并用氧化型引發劑FeC1。使吡咯聚合，很好地解決了納米粒子容易團聚的問題。

4 超聲波用于高分子反應過程的監測
2001年，Kiehl C等C16]建立了一套超聲波系統對模型間歇式反應器及雙螺桿反應式擠出機中MMA的聚合過程進行在線監測。自制反應器中MMA 的聚合轉化率與用DSC獲得的結果進行了比較并與超聲波的傳播速度進行了關聯，從而建立了MMA轉化率與超聲波傳播速度的關系，使之可用于MMA聚合過程的在線監測。Mikhailyuk G M 等[1 ]用超聲波研究了酚醛樹脂的聚合過程，其本質也是利用了聚合物反應過程中黏度發生變化，而黏度可以通過超聲波的某些性質的變化得到比較的反映。

5 超聲波對溶液聚合的影響
Osawa Z J等[1B]研究了超聲波對MMA溶液聚合物及低聚物立構規整性的影響。具體的做法是將MMA 溶解在甲苯一二氧雜環乙烷的混合溶劑中，比較了兩種情況下—— I．不使用格林尼亞催化劑；Ⅱ．使用格林尼亞催化劑——所得聚合物及低聚物的立構規整性。結果發現，I的立構規整性比Ⅱ高。然而使用超聲波對反應體系進行輻照以后結果發生了顛倒：I的立構規整性比Ⅱ低，說明超聲波改變了反應過程。在接下來的幾年中，Osawa Z J等[1 ]對這個問題進行了多方面的研究。比如，他們I．將催化劑直接添加到反應單體與溶劑的混合液中；Ⅱ．將催化劑先添加到溶劑中再將單體加入，然后對反應結果進行測定，發現方法I所得聚合物的立構規整性要比Ⅱ來得高，而使用超聲波對反應體系進行輻照以后結果也發生了顛倒：I的立構規整性比Ⅱ低。總體上來說，由于超聲波的輻照，都會使溶液聚合所得聚合物的性能發生與常規聚合方式相反的變化。

6 超聲波用于制備微米／納米高分子（或無機復合）粒子
由于超聲波輻照在液體系統中可以產生常規攪拌方式*的效果，使得超聲波在微米／納米高分子（或無機復合）粒子的制備中獲得了廣泛的應用L2 ]。Wang L等[2婦采用沉淀聚合的方法，在超聲波輻照下，制得了核一殼結構的有機納米粒子。具體方法是：將芘溶解在丙酮中，滴加到一定量的水中稀釋，再用一定功率的超聲波輻照30 rain，得到核一殼結構的核；然后在該體系中依次加入一定量的六偏磷酸鈉、過硫酸鉀、丙烯酸，在強烈攪拌和超聲波的共同作用下反應20rain，作為核的芘即被聚丙烯酸覆蓋，得到了納米級的有機粒子。

7 超聲波用于聚合反應機理的研究
1999年，Huceste等[z73基于超聲波可以使聚合物長鏈斷裂的原理，使用超聲波技術系統研究了甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯發生自由基聚合時占統治地位的鏈終止機理，同時可以得到聚合物鏈終止時歧化率和耦合率的比值（d／c）。他們把已經聚合完畢的“死”聚合物溶解，然后對之使用超聲波輻照，令高分子斷鏈，獲得了長鏈自由基；然后他們在該體系中添加或者不加鏈終止劑（自由基捕捉劑）。比較兩種情況下所得高分子的相對分子質量，據此推測這種情況下占統治地位的自由基聚合鏈終止機理。
Youn J等還使用超聲波研究了聚氨酯泡沫的形成過程。Nishikawa S等[。。 則研究了超聲波輻照下聚乙烯吡咯烷酮對丙胺水溶液中質子轉移反應的影響。

8 超聲波用于引發本體聚合
Gu C B等[z93使用每平方厘米數百瓦的高能量密度超聲波輻照甲基丙烯酸甲酯，引發其本體聚合。發現聚合速率與超聲波輻照時間的長短、超聲波能量密度的大小有關系；對于純的MMA單體體系，存在一個超聲波能量密度的閾值，低于該值則無論如何延長輻照時間都不能引發聚合反應；在單體體系中加入一定量的聚合物PMMA，聚合速率隨PMMA 量的增加而加快。ESR的分析表明，超聲波的輻照確實
使聚合體系中產生了自由基，而且自由基的濃度隨輻照條件的變化而變化。

9 前景展望
由于超聲波可以在液體體系中產生空化、劇烈攪拌等效果，其在高分子合成中有著諸多*的應用。縱觀近10年來超聲波的應用情況，從高分子反應過程的監測到高分子反應機理的研究，超聲波技術的應用幾乎遍及高分子科學的各個領域。展望未來，隨著大功率窄頻寬超聲波發生器的設計制造和高分子研究手段的不斷提高與改進，超聲波的應用及機理研究必然越來越廣泛和深入。另外，與常規引發方式比較，超聲波引發自由基聚合不使用引發劑，反應體系中沒有額外雜質的引入，可以獲得高純的
聚合物材料，這一特點勢必在某些對聚合物材料純度有特殊要求的領域產生廣泛應用。