东富龙2009年引进国内第一台冻干显微镜。截至目前国内在开发冻干制剂处方时，热分析(DSC)以及冻干显微镜(FDM)等技术的使用未被重视，这些技术在20世纪60年代就被广泛描述，但在实际的冻干配方和工艺的开发过程中，大多数都还是依赖于试错法来进行开发，不进行任何配方分析表征。

  今天我们重点介绍一下东富龙已拥有了15年检测经验的冻干显微镜(FDM)，在冻干制剂表征时候的一些事儿。

  我们在介绍FDM的时候，会直接说它是一台迷你冻干机。一个典型的FDM实验涉及将液体样品冷却到完全冻结的状态，然后施加真空并观察升华界面的结构。如果升华界面结构较好，就提高温度直到出现结构缺陷的点；另一方面，如果结构不好或者当开始升华时却没有干燥结构，则降低温度以确定是不是可以获取到干燥结构。根据这些描述，FDM检测可以获取很多有用的信息，接下来讨论一下典型案例，以及这些事件将指导我们如何设计工艺曲线。

  塌陷/崩解/崩塌/坍塌这个现象是对于单词collapse的翻译，术语“塌陷”泛指产品在进行冻干时发生的结构损失，几乎所有的药品，如生物药物、疫苗和诊断试剂等，都有可能发生塌陷事件。大多数了解FDM的老师，都知道它的主要功能就是确定配方的塌陷温度，这种典型的塌陷现象很好解读，也可以作为一次升华温度设定的重要依据。因为一旦制品超过这个温度，结构的塌陷会导致一系列的质量问题出现。

  微坍塌是一个比较特殊的事件，经常出现在含有结晶和非晶组分混合物的配方中。例如，一个含有2%甘露醇和1%葡萄糖的溶液，甘露醇的Teu约为-1.4°C，但葡萄糖在-41°C左右就发生融化，从而微坍塌到甘露醇形成的支架上。在这种情况下，对关键温度的保守估计被认为是-41°C。然而实际上，当使用FDM观察时，一些冻干结构的缺陷在该温度下是明显的，但非典型的塌陷事件，我们观察到在这样的混合物中，宏观的样品外观不会被影响。这些现象无法在宏观的粉饼外观上观察到，但是在FDM的图像上将有所体现。这也将帮助我们理解宏观外观良好的制品，可能会存在水分偏高、效价下降等质量问题。

  对于主要或完全为结晶态的样品，共晶熔化温度将是冻干中发生缺陷的关键温度。这种现象可以通过多种分析方法轻松识别。例如氯化钠溶液在高于其共晶点以上的干燥时，通过FDM非常清晰地识别，冻结部分的样品将以部分液体的形式可见，该部分样品收缩且远离之前干燥的物料。

  退火作为冷冻干燥过程中的热处理环节已经被广泛应用，但是否所有配方都可以或都适合采用退火的方式，在FDM的检测过程中也能得到答案。大部分时候我们都将检测重点放在升华阶段，但是对于退火必要性做研究时，就需要重点关注退火前后显微镜下样品结构的差异性。

  市场上许多药物产品是从有机溶剂或共溶剂混合物（通常是水+有机溶剂的混合物）中进行冻干处理的。这种配方的冷冻干燥带来了不一样的挑战，最重要的是要实现完全冻结并避免相分离。在FDM分析过程中样品发生升华的情况，两种溶剂是否发生了相分离、是不是能够有逐个去除的机会存在（特别是如果蒸汽压差异足够大）、以及是否会导致结构内发生微坍塌或微熔化现象，都可以被观察到。

  我们经常遇到某些配方在冻结时特别容易形成表面外壳，这样会阻碍升华过程，在FDM检测过程有时可以观察到。倾向于形成外壳的样品往往是稀释溶液，在冰晶成核时，液体配方的粘度明显很低。因此，冰晶生长的物理作用导致溶质在固化时被迫移至液体的边缘（或表面）。当冻结含有某些特定比例的盐和糖的溶液时，比如1%乳糖+1%氯化钠溶液，也经常观察到这种现象。在FDM检测过程中发现这个现象时，就需要有相应的措施，来避免外壳的形成。

  我们经常面临的一个挑战是对含有甘油的配方进行冻干处理，例如某些PCR试剂。与基于酶或抗体的检测系统相比，在体外诊断（IVD）中，基于PCR的检测方法正在成为许多应用中的首选方法。PCR试剂的标准储存条件是低温（通常为-80°C），所以甘油作为防冻剂被广泛应用。但是在冻干的过程中，甘油的浓度会直接影响冻干的成败。当甘油含量足够低（通常小于0.2%，但也取决于甘油与其他成分的比例）时，我们观察到是可以冻干的。然而时常发生的情况是，即使样品中的水能够结冰，甘油仍然保持未冻结状态。这些现象都能在FDM中观察到，因此可以让我们在必须添加甘油的配方中调整甘油与其他成分的比例。

  所以在小小的冻干显微镜里面，我们能获得许多有趣的现象和结论，正确且合理的使用这台仪器会让我们迅速的在众多冻干制剂配方中筛选出最佳的组合。当冻干出现问题时，FDM检测的图谱中的微观结构细节，也能让我们分析问题，进而解决问题。

  东富龙检测技术有规范的CNAS认可体系及GLP体系，能提供一系列的检测服务和冻干工艺技术服务。实验室配备了多种冻干关键参数的检测设备，如冻干显微镜，差示扫描量热仪等，同时拥有7台配置各种先进的PAT装置的东富龙实验型冻干机，如质谱仪，在线取样装置，无线探头，TDLAS等，最大限度上满足了客户的检测和工艺服务要求。服务项目涉及所有的领域，比如生物药品、化药、复杂注射剂、食品保健品、化妆品等等。积累了丰富的项目经验，截止 2023 年 12 月，已完成超过3750 个项目。