一、 什么是中試凍干機？
中試凍干機，顧名思義，是介于實驗室小型凍干機與工業(yè)生產(chǎn)大型凍干機之間的過渡性、試驗型設備。
定位： 它在產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)之間起到關鍵的“橋梁”作用。
核心目的： 工藝放大與優(yōu)化。將在實驗室中成功的凍干工藝，在中試凍干機上進行模擬和驗證，為最終的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供精確、可靠的數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)。
簡單來說，如果實驗室凍干機是“探路者”，工業(yè)生產(chǎn)凍干機是“大部隊”，那么中試凍干機就是負責“繪制精確行軍路線圖”的先遣隊。
二、 中試凍干機的核心系統(tǒng)組成
中試凍干機繼承了工業(yè)生產(chǎn)凍干機的主要系統(tǒng)，使其能夠模擬生產(chǎn)環(huán)境。主要包括：
1.干燥箱體：
用于放置物料的腔室，通常采用316L不銹鋼，內壁鏡面拋光，易于清潔和滅菌。
中試凍干機的箱體通常配有觀察窗和照明燈，便于實時觀察物料的凍干狀態(tài)。
門的設計要求高，確保密封性，多數(shù)采用可蒸汽滅菌的快開門。
2.真空系統(tǒng)：
由真空泵和前級泵(羅茨泵) 組成，用于在干燥階段創(chuàng)造并維持所需的真空環(huán)境(通常可達10 Pa以下)。其抽速和能力遠高于實驗室設備。
3.制冷系統(tǒng)：
是凍干機的“心臟”。通過制冷劑循環(huán)，為冷凝器和擱板提供冷量。
擱板制冷是中試凍干機與許多實驗室凍干機的重要區(qū)別。它可以使擱板主動降溫，實現(xiàn)對物料的可控冷凍，這是工藝放大的關鍵一環(huán)。
4.加熱系統(tǒng)：
通過硅油或水在擱板內部循環(huán)，提供精確、均勻的升溫控制，用于升華和解吸干燥階段的供熱。
5.冷凝器(捕水器)：
一個低溫的熱交換器，用于捕獲從物料中升華出來的水蒸氣，使其重新凝結成冰。中試凍干機的冷凝器通常位于干燥箱內部(原位冷凝)或通過閥門與之相連。
其溫度和容量決定了捕水能力，是設備性能的關鍵指標。
6.控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集：
這是中試凍干機的“大腦”。通常采用PLC(可編程邏輯控制器) 和HMI(人機界面觸摸屏)。
用戶可以編輯、存儲和運行復雜的凍干程序(包括預凍、升華、解析等各個階段的溫度、真空度和時間設定)。
強大的數(shù)據(jù)記錄功能可以實時記錄并導出所有關鍵工藝參數(shù)(如物料溫度、擱板溫度、真空度、冷凝器溫度等)，為工藝分析和驗證提供依據(jù)。
三、中試凍干的工作流程
其流程與生產(chǎn)凍干一致，主要包括三個階段：
1.預凍階段： 將物料在擱板上降溫，使其凝固成固態(tài)冰。中試凍干機可以精確控制降溫速率和最終溫度，這對形成理想的冰晶結構至關重要。
2.初級干燥(升華干燥)： 在真空環(huán)境下，對擱板進行緩慢升溫，提供升華熱，使冰直接升華為水蒸氣，并被冷凝器捕獲。此階段去除約90%以上的水分。
3.次級干燥(解析干燥)： 進一步升高擱板溫度，打破物料中結合水的分子鍵，將其去除，使產(chǎn)品達到極低的最終含水量(通常<1%)。
四、中試凍干機的主要特點與優(yōu)勢
1.工藝放大與轉移： 核心功能，確保實驗室的“配方”能順利轉化為穩(wěn)定、可重復的“生產(chǎn)工藝”。
2.工藝優(yōu)化與探索： 可以系統(tǒng)地研究不同凍干參數(shù)(如降溫速率、退火工藝、升溫速率、真空控制等)對產(chǎn)品質量(如外觀、復水性、活性成分保留率)的影響，從而找到更優(yōu)工藝。
3.數(shù)據(jù)驅動決策： 提供全面、精確的數(shù)據(jù)，用于撰寫藥品申報資料、進行工藝驗證(PQ)和解決未來生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題。
4.可控性與重復性： 具備與生產(chǎn)型設備同等級別的控制精度和穩(wěn)定性，確保試驗結果的可靠和可重復。
5.節(jié)省成本與降低風險： 在大規(guī)模投資生產(chǎn)設備之前，通過中試發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，避免因工藝不成熟而導致整批產(chǎn)品報廢的巨大損失。
五、主要應用領域
中試凍干機廣泛應用于對工藝要求苛刻的行業(yè)：
1.制藥行業(yè)： 抗生素、疫苗、蛋白質、多肽、激素、酶、活菌制劑等生物制品的開發(fā)。
2.生物技術： 細胞、病毒、診斷試劑、干細胞相關產(chǎn)品的保存。
3.食品與保健品： 益生菌、燕窩、蟲草、高檔水果、咖啡萃取物的研發(fā)。
4.納米材料與化學： 納米分散體、脂質體、膠體等材料的制備。
六、如何選擇一臺合適的中試凍干機？
選購時需考慮以下關鍵因素：
1.擱板面積與總裝量： 根據(jù)研發(fā)批次的需求確定，常見面積在0.5㎡ 到 2㎡ 之間。
2.擱板溫度和均一性： 寬泛的溫度范圍(如-55℃至+80℃)和優(yōu)異的擱板溫差(如±1℃)是工藝穩(wěn)定性的保證。
3.冷凝器溫度與捕水量： 冷凝器溫度越低(如<-55℃)，捕水能力越強，處理高含水物料的能力越好。
4.控制系統(tǒng)與軟件： 是否用戶友好？能否進行復雜的程序編輯和全面的數(shù)據(jù)記錄與導出(符合GMP/GLP數(shù)據(jù)完整性要求)？
5.清潔與滅菌方式： 是否支持純蒸汽滅菌(SIP)或過氧化氫(VHP)滅菌？這對于無菌藥品生產(chǎn)至關重要。
6.CIP(在線清洗)功能： 是否配備自動清洗系統(tǒng)，便于清潔。
7.品牌與服務： 供應商的技術支持、售后服務、備件供應能力是長期穩(wěn)定運行的保障。
總結：
中試凍干機是現(xiàn)代凍干技術從實驗室走向工業(yè)化的核心裝備。它不僅僅是一臺“更大”的凍干機，更是一個集成了精確控制、數(shù)據(jù)管理和工藝開發(fā)功能的綜合平臺。投資一臺性能優(yōu)良的中試凍干機，對于縮短研發(fā)周期、確保產(chǎn)品質量、順利實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化具有至關重要的戰(zhàn)略意義。
