生物技術(shù)的迅猛發(fā)展,生物活性物質(zhì)不斷被利用,利用轉(zhuǎn)基因的宿主體（原核和真核）細(xì)胞生產(chǎn)的活性物質(zhì)作為藥物已應(yīng)用于臨床,國(guó)內(nèi)外批準(zhǔn)上市的已逾50種,正在開發(fā)的數(shù)量達(dá)幾百種其中,大部分是蛋白質(zhì)和活性多肽蛋白質(zhì)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定其活性影響活性的因素很多,主要有兩方面,一是結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu);二是蛋白質(zhì)分子周圍的環(huán)境因素,蛋白質(zhì)!多肽受復(fù)雜的物理!化學(xué)因素影響而產(chǎn)生凝聚!沉淀!水解!脫酰氨基等變化國(guó)內(nèi)已批準(zhǔn)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(zhǎng)期保持蛋白質(zhì)!多肽的活性因此,在新藥的研發(fā)過程中,凍干技術(shù)是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

在加入WTO后,一體化,市場(chǎng)開放,藥物二次加工市場(chǎng)發(fā)展迅速,藥物外包加工（Outsourcing）早已成為歐美制藥工業(yè)的一種慣例據(jù)報(bào)道,2003年藥物外包市場(chǎng)達(dá)300億美元,2004年估計(jì)達(dá)340~350億美元制劑外包約占整個(gè)藥物外包市場(chǎng)的26%,其余為原料藥外包加工20世紀(jì)90年代后,委托加工原料藥（訂單加工原料藥）已被技術(shù)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(fā)的新藥（原料藥）交給具有很強(qiáng)科技實(shí)力的科研開發(fā)型公司,由后者將新藥（尤其是蛋白質(zhì)/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(jí)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(biāo)凍干針劑是其中一項(xiàng)重要的技術(shù)產(chǎn)品,如荷蘭的DSM公司,它是歐洲的藥物二次加工大企業(yè),擅長(zhǎng)加工抗生素原料藥的凍干粉針劑2004年,投資6200萬(wàn)美元擴(kuò)大凍干粉針劑生產(chǎn)能力（11臺(tái)超大型凍干機(jī),每臺(tái)占地30多m2）,成為歐洲zui大的粉針劑生產(chǎn)公司加拿大的PATHEON公司是北美主要的藥物二次加工企業(yè),主營(yíng)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(gè)大型的凍干粉針劑生產(chǎn)基地,一臺(tái)大型凍干裝置占地271m2，可見凍干技術(shù)不但作為基因工程藥物生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),而且其技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可以發(fā)展成為一個(gè)產(chǎn)業(yè)。

本文將結(jié)合基因工程的多肽和蛋白質(zhì)藥物的凍干針劑生產(chǎn),結(jié)合本中心的中試工作,進(jìn)行討論,供同行參考。

1 冷凍干燥技術(shù)的原理和應(yīng)用

（1） 原 理

冷凍干燥是指將藥品在低溫下凍結(jié),然后在真空條件下升華干燥,去除冰晶,待升華結(jié)束后再進(jìn)行解吸干燥,除去部分結(jié)合水的干燥方法該過程主要可分為藥品準(zhǔn)備!預(yù)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(biāo)為氣壓,橫坐標(biāo)為溫度,0℃（實(shí)際為0.001℃）為三相點(diǎn),表示水以液體存在時(shí)的zui低大氣壓,低于該點(diǎn)氣壓,水只能以冰或蒸氣存在,也就是在此時(shí)升溫時(shí),水只能從冰直接變成蒸氣,冷凍干燥就是遠(yuǎn)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(jìn)行。
（2） 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

冷凍干燥與其他干燥方法相比,有以下優(yōu)點(diǎn):

1）藥液在凍干前分裝,分裝方便!準(zhǔn)確!可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化;

2）處理?xiàng)l件溫和,在低溫低壓下干燥,有利于熱敏物質(zhì)保持活性,可避免高溫高壓下的分解變性,以實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)不會(huì)變性;

3）含水量低,凍干產(chǎn)品含水量一般在1%~3%,同時(shí)在真空,甚至可在通N2保護(hù)情況下干燥和保存,產(chǎn)品不易被氧化,有利于長(zhǎng)途運(yùn)輸和長(zhǎng)期保存;

4）產(chǎn)品外觀優(yōu)良,為多孔疏松結(jié)構(gòu)且顏色基本不變,復(fù)水性好,凍干藥品能迅速吸水還原成凍干前狀態(tài);

5）凍干設(shè)備封閉操作,安裝環(huán)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(xì)菌活力的作用

冷凍干燥及制品的缺點(diǎn)和不足:

1）設(shè)備要求高!投資大!干燥速率低!干燥時(shí)間長(zhǎng)!能耗高;

2）生物活性物質(zhì)（如多肽和蛋白質(zhì)藥物）采用凍干制劑主要是為了保持活性,但配料（如保護(hù)劑!溶劑!緩沖劑等）選擇不合理!工藝操作不合理!凍干設(shè)備選擇不適當(dāng)都可能在凍干制劑制備過程中失活,導(dǎo)致產(chǎn)品前功盡棄,這是生產(chǎn)凍干制劑的關(guān)鍵,需進(jìn)行基礎(chǔ)研究和針對(duì)特定產(chǎn)品反復(fù)試驗(yàn);

3）溶劑不能隨意選擇,只限于水或一些冰點(diǎn)較高的有機(jī)溶劑,所以很難制備某種特殊的晶型,有時(shí)凍干品在復(fù)水溶解時(shí)會(huì)出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象,這些均為開發(fā)凍干制劑所必須考慮和實(shí)驗(yàn)研究的。
（3） 冷凍干燥技術(shù)的應(yīng)用

冷凍干燥技術(shù)于1813年英國(guó)人Wallaston發(fā)明,1909年Shsckell試驗(yàn)用該方法對(duì)抗毒素!菌種!狂犬病毒及其他生物制品進(jìn)行凍干保存,取得了較好的效果在第二次世界大戰(zhàn)中由于對(duì)血液制品的大量需求,冷凍干燥技術(shù)得到了迅速發(fā)展,進(jìn)入了工業(yè)應(yīng)用階段。50年代凍干食品系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展,促進(jìn)了凍干技術(shù)和設(shè)備的進(jìn)步,但由于高難度!高投入!高能耗和制造設(shè)備的落后,經(jīng)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(duì)食品的品質(zhì)!營(yíng)養(yǎng)!天然無公害的觀念轉(zhuǎn)變,推動(dòng)了凍干技術(shù)的發(fā)展,生產(chǎn)過程從間歇式到連續(xù)式,設(shè)備從0.1m2到上千m2形成系列,應(yīng)用范圍廣泛:在科研方面,應(yīng)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(fā)現(xiàn)的重要文物如布匹!皮革!竹簡(jiǎn)等的干燥脫水等在工業(yè)上,應(yīng)用于凍干食品如蔬菜!水果!海產(chǎn)品!甚至鮮花等;香料及調(diào)味品如咖啡!茶及各種香料!調(diào)味料;保存營(yíng)養(yǎng)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(chǎn)品zui廣泛!要求zui嚴(yán)格的還是在醫(yī)藥和生物制品方面的應(yīng)用,主要是應(yīng)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(guó)生物制品規(guī)程2000版中,確定的11個(gè)重組治療蛋白藥物就有8個(gè)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(xì)胞生成素!重組人粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子!重組鏈激酶。

冷干制劑的生產(chǎn)過程

基因工程多肽和蛋白質(zhì)藥物凍干制劑是通過宿主體（微生物或動(dòng)物細(xì)胞）培養(yǎng)獲得表達(dá)產(chǎn)品!經(jīng)分離純化得到活性物質(zhì),經(jīng)過配制!過濾與分裝,分裝好的樣品送入冷凍干燥機(jī),進(jìn)行預(yù)凍!升華!干燥,zui后封口因此凍干制劑的生產(chǎn)過程包括藥物準(zhǔn)所謂超聲波是指振動(dòng)頻率范圍在20 kHz～1000 MHz之間的聲波。自從2O世紀(jì)3O年代Richards和I oomis[1 報(bào)道了超聲波的化學(xué)作用以來，超聲波的各種化學(xué)效應(yīng)引起了人們的廣泛關(guān)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(fā)展，超聲波在聚合物合成中的應(yīng)用研究也隨之開展起來。聲化學(xué)理論計(jì)算和對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明，超聲波化作用可使空化泡相界面周圍產(chǎn)生數(shù)千K的高溫和數(shù)百個(gè)大氣壓的高壓的環(huán)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(chǎn)生自由基，導(dǎo)致超聲波在高分子合成中得到廣泛應(yīng)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(duì)其進(jìn)行輻照。發(fā)現(xiàn)輻照2h后，高分子發(fā)生了降解。然后他們?cè)谳椪蘸蟮木酆衔矬w系中加入苯乙烯單體并配合適當(dāng)?shù)臏囟葪l件，制得了嵌段共聚物，產(chǎn)物的非均一系數(shù)（H ）由3．oR低到1．34。
1998年，F(xiàn)ujiwara 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(gè)水溶液系統(tǒng)，并在3O℃下用超聲波輻照。發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生了自由基，這種自由基引發(fā)了聚合物的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)，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(duì)分子質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)值及GPC的測(cè)定結(jié)果一致，說明的確是超聲波降解產(chǎn)生的自由基引發(fā)了共聚反應(yīng)。

2 超聲波用于引發(fā)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(shí)甲基丙烯酸甲酯（MMA）的乳液聚合，考察了多個(gè)因素對(duì)聚合速度的影響。發(fā)現(xiàn)即便沒有常規(guī)引發(fā)劑的加入，乳液聚合反應(yīng)仍然可以在室溫條件下被超聲波引發(fā)。這種情況下，引發(fā)反應(yīng)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(fā)及加速乳液聚合，并且在較低的溫度下就可以提供反應(yīng)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(fā)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(shí)間越長(zhǎng)、反應(yīng)溫度越高，所得接枝產(chǎn)物的凝結(jié)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(chǎn)物的凝結(jié)率。
2005年，Bahattab M A Ll 對(duì)超聲波輻照下醋酸乙烯酯的乳液聚合進(jìn)行了研究。當(dāng)沒有引發(fā)劑和乳化劑存在時(shí)，單靠超聲波的作用在環(huán)境溫度下就可以引發(fā)醋酸乙烯酯的乳液聚合。而使用了氧化還原引發(fā)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(yīng)的轉(zhuǎn)化率和聚合物產(chǎn)率都有所提高，超聲波對(duì)引發(fā)反應(yīng)和控制聚合物結(jié)構(gòu)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(yīng)。發(fā)現(xiàn)馬來酸酐用量增加會(huì)降低接枝率，原因是在所使用的實(shí)驗(yàn)條件下，由于過氧化二苯甲酰的存在導(dǎo)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(duì)所得接枝產(chǎn)物的礬、 及多分散性系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物的礬降低了13．73 ，多分散性系數(shù)也降低了l1．98 。這些現(xiàn)象被歸結(jié)于超聲波所導(dǎo)致的聚合物分子長(zhǎng)鏈的機(jī)械斷裂，其與斷鏈產(chǎn)
生自由基及自由基的再結(jié)合相一致。用超細(xì)無機(jī)粒子填充到高分子材料中對(duì)使后者性能獲得改善是高分子改性的一個(gè)重要方向。然而超細(xì)粒子由于表面能巨大很容易發(fā)生團(tuán)聚，使之均勻地分散到高分子體系中并非易事，傳統(tǒng)的方法是通過選用合適的表面活性劑對(duì)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(jìn)展簡(jiǎn)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(jī)納米粒子（納米級(jí)的siO。、Al O。、TiO 粒子）在甲基丙烯酸丁酯中的分散及對(duì)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(jī)納米粒子的穩(wěn)定乳液，掃描電鏡證實(shí)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(fā)劑FeC1。使吡咯聚合，很好地解決了納米粒子容易團(tuán)聚的問題。

4 超聲波用于高分子反應(yīng)過程的監(jiān)測(cè)
2001年，Kiehl C等C16]建立了一套超聲波系統(tǒng)對(duì)模型間歇式反應(yīng)器及雙螺桿反應(yīng)式擠出機(jī)中MMA的聚合過程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。自制反應(yīng)器中MMA 的聚合轉(zhuǎn)化率與用DSC獲得的結(jié)果進(jìn)行了比較并與超聲波的傳播速度進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，從而建立了MMA轉(zhuǎn)化率與超聲波傳播速度的關(guān)系，使之可用于MMA聚合過程的在線監(jiān)測(cè)。Mikhailyuk G M 等[1 ]用超聲波研究了酚醛樹脂的聚合過程，其本質(zhì)也是利用了聚合物反應(yīng)過程中黏度發(fā)生變化，而黏度可以通過超聲波的某些性質(zhì)的變化得到比較的反映。

5 超聲波對(duì)溶液聚合的影響
Osawa Z J等[1B]研究了超聲波對(duì)MMA溶液聚合物及低聚物立構(gòu)規(guī)整性的影響。具體的做法是將MMA 溶解在甲苯一二氧雜環(huán)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(gòu)規(guī)整性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，I的立構(gòu)規(guī)整性比Ⅱ高。然而使用超聲波對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行輻照以后結(jié)果發(fā)生了顛倒：I的立構(gòu)規(guī)整性比Ⅱ低，說明超聲波改變了反應(yīng)過程。在接下來的幾年中，Osawa Z J等[1 ]對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了多方面的研究。比如，他們I．將催化劑直接添加到反應(yīng)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(duì)反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)方法I所得聚合物的立構(gòu)規(guī)整性要比Ⅱ來得高，而使用超聲波對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行輻照以后結(jié)果也發(fā)生了顛倒：I的立構(gòu)規(guī)整性比Ⅱ低。總體上來說，由于超聲波的輻照，都會(huì)使溶液聚合所得聚合物的性能發(fā)生與常規(guī)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(jī)復(fù)合）粒子
由于超聲波輻照在液體系統(tǒng)中可以產(chǎn)生常規(guī)攪拌方式*的效果，使得超聲波在微米／納米高分子（或無機(jī)復(fù)合）粒子的制備中獲得了廣泛的應(yīng)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(jié)構(gòu)的有機(jī)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(jié)構(gòu)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(qiáng)烈攪拌和超聲波的共同作用下反應(yīng)20rain，作為核的芘即被聚丙烯酸覆蓋，得到了納米級(jí)的有機(jī)粒子。

7 超聲波用于聚合反應(yīng)機(jī)理的研究
1999年，Huceste等[z73基于超聲波可以使聚合物長(zhǎng)鏈斷裂的原理，使用超聲波技術(shù)系統(tǒng)研究了甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯發(fā)生自由基聚合時(shí)占統(tǒng)治地位的鏈終止機(jī)理，同時(shí)可以得到聚合物鏈終止時(shí)歧化率和耦合率的比值（d／c）。他們把已經(jīng)聚合完畢的“死”聚合物溶解，然后對(duì)之使用超聲波輻照，令高分子斷鏈，獲得了長(zhǎng)鏈自由基；然后他們?cè)谠擉w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(duì)分子質(zhì)量，據(jù)此推測(cè)這種情況下占統(tǒng)治地位的自由基聚合鏈終止機(jī)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(duì)丙胺水溶液中質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的影響。

8 超聲波用于引發(fā)本體聚合
Gu C B等[z93使用每平方厘米數(shù)百瓦的高能量密度超聲波輻照甲基丙烯酸甲酯，引發(fā)其本體聚合。發(fā)現(xiàn)聚合速率與超聲波輻照時(shí)間的長(zhǎng)短、超聲波能量密度的大小有關(guān)系；對(duì)于純的MMA單體體系，存在一個(gè)超聲波能量密度的閾值，低于該值則無論如何延長(zhǎng)輻照時(shí)間都不能引發(fā)聚合反應(yīng)；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(shí)
使聚合體系中產(chǎn)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(chǎn)生空化、劇烈攪拌等效果，其在高分子合成中有著諸多*的應(yīng)用。縱觀近10年來超聲波的應(yīng)用情況，從高分子反應(yīng)過程的監(jiān)測(cè)到高分子反應(yīng)機(jī)理的研究，超聲波技術(shù)的應(yīng)用幾乎遍及高分子科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。展望未來，隨著大功率窄頻寬超聲波發(fā)生器的設(shè)計(jì)制造和高分子研究手段的不斷提高與改進(jìn)，超聲波的應(yīng)用及機(jī)理研究必然越來越廣泛和深入。另外，與常規(guī)引發(fā)方式比較，超聲波引發(fā)自由基聚合不使用引發(fā)劑，反應(yīng)體系中沒有額外雜質(zhì)的引入，可以獲得高純的
聚合物材料，這一特點(diǎn)勢(shì)必在某些對(duì)聚合物材料純度有特殊要求的領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛應(yīng)用。