随着生物技术的迅猛发展,生物活性物质不断被利用,利用转基因的宿主体（原核和真核）细胞生产的活性物质作为药物已应用于临床,国内外批准上市的已逾50种,正在开发的数量达几百种其中,大部分是蛋白质和活性多肽蛋白质分子的化学结构决定其活性影响活性的因素很多,主要有两方面,一是结构因素,包括分子量大小,氨基酸组成,氨基酸序列,有无二硫键,二硫键位置,空间结构;二是蛋白质分子周围的环境因素,蛋白质!多肽受复杂的物理!化学因素影响而产生凝聚!沉淀!水解!脱酰氨基等变化国内已批准上市的基因工程药物和疫苗有20多种,大部分是冻干制剂,原因就是冻干制剂能长期保持蛋白质!多肽的活性因此,在新药的研发过程中,冻干技术是重要的一个环节。

在加入WTO后,一体化,市场开放,药物二次加工市场发展迅速,药物外包加工（Outsourcing）早已成为欧美制药工业的一种惯例据报道,2003年药物外包市场达300亿美元,2004年估计达340~350亿美元制剂外包约占整个药物外包市场的26%,其余为原料药外包加工20世纪90年代后,委托加工原料药（订单加工原料药）已被技术要求更高的/提高原料药的加工档次0所代替,即大公司将其开发的新药（原料药）交给具有很强科技实力的科研开发型公司,由后者将新药（尤其是蛋白质/多肽类药以及抗病毒药!抗癌药等等）加工成适合作为纳米级制剂!冻干粉针!口腔快溶片!气雾/干粉吸入剂,以及其他新颖给药途径的原料药这一方式成为/药物二次加工的新目标冻干针剂是其中一项重要的技术产品,如荷兰的DSM公司,它是欧洲的药物二次加工大企业,擅长加工抗生素原料药的冻干粉针剂2004年,投资6200万美元扩大冻干粉针剂生产能力（11台超大型冻干机,每台占地30多m2）,成为欧洲zui大的粉针剂生产公司加拿大的PATHEON公司是北美主要的药物二次加工企业,主营代加工冻干粉针剂该公司与意大利合作在意大利建立一个大型的冻干粉针剂生产基地,一台大型冻干装置占地271m2，可见冻干技术不但作为基因工程药物生产的一个重要环节,而且其技术的优势可以发展成为一个产业。

本文将结合基因工程的多肽和蛋白质药物的冻干针剂生产,结合本中心的中试工作,进行讨论,供同行参考。

1 冷冻干燥技术的原理和应用

（1） 原 理

冷冻干燥是指将药品在低温下冻结,然后在真空条件下升华干燥,去除冰晶,待升华结束后再进行解吸干燥,除去部分结合水的干燥方法该过程主要可分为药品准备!预冻!一次干燥（升华干燥）!二次干燥（解吸干燥）!密封保存等步骤图1所示纵坐标为气压,横坐标为温度,0℃（实际为0.001℃）为三相点,表示水以液体存在时的zui低大气压,低于该点气压,水只能以冰或蒸气存在,也就是在此时升温时,水只能从冰直接变成蒸气,冷冻干燥就是远低于该气压（高真空度）下干燥水分的,通常在66~133Pa真空度和-25℃以下,才能保证冷冻干燥顺利进行。
（2） 优点与缺点

冷冻干燥与其他干燥方法相比,有以下优点:

1）药液在冻干前分装,分装方便!准确!可实现连续化;

2）处理条件温和,在低温低压下干燥,有利于热敏物质保持活性,可避免高温高压下的分解变性,以实现蛋白质不会变性;

3）含水量低,冻干产品含水量一般在1%~3%,同时在真空,甚至可在通N2保护情况下干燥和保存,产品不易被氧化,有利于长途运输和长期保存;

4）产品外观优良,为多孔疏松结构且颜色基本不变,复水性好,冻干药品能迅速吸水还原成冻干前状态;

5）冻干设备封闭操作,安装环境洁净度高,减少杂菌和微粒的污染,干燥中和封装后的缺氧可起到灭菌和抑制某些细菌活力的作用

冷冻干燥及制品的缺点和不足:

1）设备要求高!投资大!干燥速率低!干燥时间长!能耗高;

2）生物活性物质（如多肽和蛋白质药物）采用冻干制剂主要是为了保持活性,但配料（如保护剂!溶剂!缓冲剂等）选择不合理!工艺操作不合理!冻干设备选择不适当都可能在冻干制剂制备过程中失活,导致产品前功尽弃,这是生产冻干制剂的关键,需进行基础研究和针对特定产品反复试验;

3）溶剂不能随意选择,只限于水或一些冰点较高的有机溶剂,所以很难制备某种特殊的晶型,有时冻干品在复水溶解时会出现浑浊现象,这些均为开发冻干制剂所必须考虑和实验研究的。
（3） 冷冻干燥技术的应用

冷冻干燥技术于1813年英国人Wallaston发明,1909年Shsckell试验用该方法对抗毒素!菌种!狂犬病毒及其他生物制品进行冻干保存,取得了较好的效果在第二次世界大战中由于对血液制品的大量需求,冷冻干燥技术得到了迅速发展,进入了工业应用阶段。50年代冻干食品系统的大规模发展,促进了冻干技术和设备的进步,但由于高难度!高投入!高能耗和制造设备的落后,经历了几十年的起伏和徘徊。近20多年来,随着人们生活水平提高,对食品的品质!营养!天然无公害的观念转变,推动了冻干技术的发展,生产过程从间歇式到连续式,设备从0.1m2到上千m2形成系列,应用范围广泛:在科研方面,应用于如分析土壤中的衡量成分;去除液相色谱收集组分的溶剂;考古中发现的重要文物如布匹!皮革!竹简等的干燥脱水等在工业上,应用于冻干食品如蔬菜!水果!海产品!甚至鲜花等;香料及调味品如咖啡!茶及各种香料!调味料;保存营养保健成分及色香味形的方便食品（日本方便食品中50%是冻干食品）;水产品zui广泛!要求zui严格的还是在医药和生物制品方面的应用,主要是应用于血清!菌种!基因工程药物!疫苗!天然药物及生物制品等我国生物制品规程2000版中,确定的11个重组治疗蛋白药物就有8个是冻干制剂,如重组人干扰素α1b!重组人干扰素α2b!重组人干扰素α2b!重组人干扰素γ!重组人白介素22!重组人红细胞生成素!重组人粒细胞巨噬细胞集落刺激因子!重组链激酶。

冷干制剂的生产过程

基因工程多肽和蛋白质药物冻干制剂是通过宿主体（微生物或动物细胞）培养获得表达产品!经分离纯化得到活性物质,经过配制!过滤与分装,分装好的样品送入冷冻干燥机,进行预冻!升华!干燥,zui后封口因此冻干制剂的生产过程包括药物准所谓超声波是指振动频率范围在20 kHz～1000 MHz之间的声波。自从2O世纪3O年代Richards和I oomis[1 报道了超声波的化学作用以来，超声波的各种化学效应引起了人们的广泛关注。早期人们的研究比较集中于超声波作用下聚合物黏度的下降（聚合物降解），1980年以来随着高聚物表征手段的发展，超声波在聚合物合成中的应用研究也随之开展起来。声化学理论计算和对应实验表明，超声波化作用可使空化泡相界面周围产生数千K的高温和数百个大气压的高压的环境 ]，这样的条件下能够使溶剂、单体或高分子链分解或破裂产生自由基，导致超声波在高分子合成中得到广泛应用。

1 超声波用于制备嵌段共聚物
1999年，Huceste等 将 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 饱和后以超声波对其进行辐照。发现辐照2h后，高分子发生了降解。然后他们在辐照后的聚合物体系中加入苯乙烯单体并配合适当的温度条件，制得了嵌段共聚物，产物的非均一系数（H ）由3．oR低到1．34。
1998年，Fujiwara H[5 等研究了超声波辐照下聚氯乙烯和聚乙烯醇嵌段共聚物的合成。他们将固体的聚氯乙烯和聚乙烯醇制成多个水溶液系统，并在3O℃下用超声波辐照。发现聚氯乙烯平均黏度的降低速率比聚乙烯醇快得多。在超声波的作用下，这两种聚合物都降解并产生了自由基，这种自由基引发了聚合物的机械化学反应，由此制得了嵌段共聚物。
2003年，Degirmenci M 等 在超声波辐照的情况下，合成了苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的嵌段共聚物。他们还研究了超声波辐照下PM—MA的降解行为，所得理论相对分子质量与实验实测值及GPC的测定结果一致，说明的确是超声波降解产生的自由基引发了共聚反应。

2 超声波用于引发乳液聚合
1998年，Joe Chou H C等[7．8j研究了超声波辐照条件下以十二烷基硫酸钠作乳化剂时甲基丙烯酸甲酯（MMA）的乳液聚合，考察了多个因素对聚合速度的影响。发现即便没有常规引发剂的加入，乳液聚合反应仍然可以在室温条件下被超声波引发。这种情况下，引发反应的自由基来自超声波辐照下乳化剂的降解，超声波的使用不但可以引发及加速乳液聚合，并且在较低的温度下就可以提供反应所需的能量。
2004年，Ai Z Q等[9]研究了超声波辐照条件下苯乙烯与丙烯酸丁酯的乳液聚合。他们将PS废料溶解在丙烯酸丁酯中，加水和引发剂，然后在超声波的辐照和搅拌作用下，制得了接
枝共聚物。超声波功率越高、辐照时间越长、反应温度越高，所得接枝产物的凝结率越低；乳化剂的种类及用量、乳化剂的总浓度等因素也影响产物的凝结率。
2005年，Bahattab M A Ll 对超声波辐照下醋酸乙烯酯的乳液聚合进行了研究。当没有引发剂和乳化剂存在时，单靠超声波的作用在环境温度下就可以引发醋酸乙烯酯的乳液聚合。而使用了氧化还原引发剂体系且采用超声波辐照后，比没有超声波辐照的情况下聚合反应的转化率和聚合物产率都有所提高，超声波对引发反应和控制聚合物结构起到了重要的作用。

3 超声波用于高分子的改性
1997年，Santos E A G L等[11]用超声波作能量源，研究了马来酸酐改性聚丙烯的反应。发现马来酸酐用量增加会降低接枝率，原因是在所使用的实验条件下，由于过氧化二苯甲酰的存在导致大量的马来酸酐生成了均聚物；而随着所用超声波功率密度的增大，接枝率的提高越来越明显。他们还研究了超声波辐照对所得接枝产物的矾、 及多分散性系数的影响，发现产物的矾降低了13．73 ，多分散性系数也降低了l1．98 。这些现象被归结于超声波所导致的聚合物分子长链的机械断裂，其与断链产
生自由基及自由基的再结合相一致。用超细无机粒子填充到高分子材料中对使后者性能获得改善是高分子改性的一个重要方向。然而超细粒子由于表面能巨大很容易发生团聚，使之均匀地分散到高分子体系中并非易事，传统的方法是通过选用合适的表面活性剂对粒子表面改性，但效果常常难如人意，近年来很多人开始尝试使用超声波将粒子分散到高分子材料中，典型的进展简述如下。
2000年，Xia H S等Ll ¨]研究了超声波辐照情况下，几种无机纳米粒子（纳米级的siO。、Al O。、TiO 粒子）在甲基丙烯酸丁酯中的分散及对聚合物的改性情况。通过超声波的作用，他们制得了含有聚合物／无机纳米粒子的稳定乳液，扫描电镜证实纳米粒子存在于聚合物形成的微胶囊中，微胶囊的壁厚只有5 nm～65 nm。
2005年，Qiu G H等[1 5]使用功率为750 W的超声波，将磁性氧化铁纳米粒子分散到吡咯单体的水溶液中并用氧化型引发剂FeC1。使吡咯聚合，很好地解决了纳米粒子容易团聚的问题。

4 超声波用于高分子反应过程的监测
2001年，Kiehl C等C16]建立了一套超声波系统对模型间歇式反应器及双螺杆反应式挤出机中MMA的聚合过程进行在线监测。自制反应器中MMA 的聚合转化率与用DSC获得的结果进行了比较并与超声波的传播速度进行了关联，从而建立了MMA转化率与超声波传播速度的关系，使之可用于MMA聚合过程的在线监测。Mikhailyuk G M 等[1 ]用超声波研究了酚醛树脂的聚合过程，其本质也是利用了聚合物反应过程中黏度发生变化，而黏度可以通过超声波的某些性质的变化得到比较的反映。

5 超声波对溶液聚合的影响
Osawa Z J等[1B]研究了超声波对MMA溶液聚合物及低聚物立构规整性的影响。具体的做法是将MMA 溶解在甲苯一二氧杂环乙烷的混合溶剂中，比较了两种情况下—— I．不使用格林尼亚催化剂；Ⅱ．使用格林尼亚催化剂——所得聚合物及低聚物的立构规整性。结果发现，I的立构规整性比Ⅱ高。然而使用超声波对反应体系进行辐照以后结果发生了颠倒：I的立构规整性比Ⅱ低，说明超声波改变了反应过程。在接下来的几年中，Osawa Z J等[1 ]对这个问题进行了多方面的研究。比如，他们I．将催化剂直接添加到反应单体与溶剂的混合液中；Ⅱ．将催化剂先添加到溶剂中再将单体加入，然后对反应结果进行测定，发现方法I所得聚合物的立构规整性要比Ⅱ来得高，而使用超声波对反应体系进行辐照以后结果也发生了颠倒：I的立构规整性比Ⅱ低。总体上来说，由于超声波的辐照，都会使溶液聚合所得聚合物的性能发生与常规聚合方式相反的变化。

6 超声波用于制备微米／纳米高分子（或无机复合）粒子
由于超声波辐照在液体系统中可以产生常规搅拌方式*的效果，使得超声波在微米／纳米高分子（或无机复合）粒子的制备中获得了广泛的应用L2 ]。Wang L等[2妇采用沉淀聚合的方法，在超声波辐照下，制得了核一壳结构的有机纳米粒子。具体方法是：将芘溶解在丙酮中，滴加到一定量的水中稀释，再用一定功率的超声波辐照30 rain，得到核一壳结构的核；然后在该体系中依次加入一定量的六偏磷酸钠、过硫酸钾、丙烯酸，在强烈搅拌和超声波的共同作用下反应20rain，作为核的芘即被聚丙烯酸覆盖，得到了纳米级的有机粒子。

7 超声波用于聚合反应机理的研究
1999年，Huceste等[z73基于超声波可以使聚合物长链断裂的原理，使用超声波技术系统研究了甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯发生自由基聚合时占统治地位的链终止机理，同时可以得到聚合物链终止时歧化率和耦合率的比值（d／c）。他们把已经聚合完毕的“死”聚合物溶解，然后对之使用超声波辐照，令高分子断链，获得了长链自由基；然后他们在该体系中添加或者不加链终止剂（自由基捕捉剂）。比较两种情况下所得高分子的相对分子质量，据此推测这种情况下占统治地位的自由基聚合链终止机理。
Youn J等还使用超声波研究了聚氨酯泡沫的形成过程。Nishikawa S等[。。 则研究了超声波辐照下聚乙烯吡咯烷酮对丙胺水溶液中质子转移反应的影响。

8 超声波用于引发本体聚合
Gu C B等[z93使用每平方厘米数百瓦的高能量密度超声波辐照甲基丙烯酸甲酯，引发其本体聚合。发现聚合速率与超声波辐照时间的长短、超声波能量密度的大小有关系；对于纯的MMA单体体系，存在一个超声波能量密度的阈值，低于该值则无论如何延长辐照时间都不能引发聚合反应；在单体体系中加入一定量的聚合物PMMA，聚合速率随PMMA 量的增加而加快。ESR的分析表明，超声波的辐照确实
使聚合体系中产生了自由基，而且自由基的浓度随辐照条件的变化而变化。

9 前景展望
由于超声波可以在液体体系中产生空化、剧烈搅拌等效果，其在高分子合成中有着诸多*的应用。纵观近10年来超声波的应用情况，从高分子反应过程的监测到高分子反应机理的研究，超声波技术的应用几乎遍及高分子科学的各个领域。展望未来，随着大功率窄频宽超声波发生器的设计制造和高分子研究手段的不断提高与改进，超声波的应用及机理研究必然越来越广泛和深入。另外，与常规引发方式比较，超声波引发自由基聚合不使用引发剂，反应体系中没有额外杂质的引入，可以获得高纯的
聚合物材料，这一特点势必在某些对聚合物材料纯度有特殊要求的领域产生广泛应用。