فرآیند قبل از انجماد لیوفیلیزر این است که آب آزاد موجود در محلول را جامد می کند تا پس از خشک شدن به همان شکل قبل از خشک شدن محصول داده شود تا از تغییرات برگشت ناپذیر مانند کف ، غلظت و حرکت املاح در هنگام خشک شدن در خلا جلوگیری شود و مواد ایجاد شده به حداقل برسد. توسط دما حلالیت کاهش یافته و تغییر در خصوصیات زندگی.
دو روش قبل از انجماد برای محلول وجود دارد: روش قبل از انجماد در جعبه لیوفیلیزاسیون و روش قبل از انجماد در خارج از جعبه.
روش قبل از انجماد در جعبه قرار دادن مستقیم محصول روی قفسه چند لایه در لیوفیلیزر و یخ زدن توسط فریزر لیوفیلیزر است. هنگامی که تعداد زیادی ویال و آمپول لیوفیلیزه می شوند ، ورود و خروج به جعبه راحت است. به طور کلی ، ویال ها یا آمپول ها را در چندین سینی فلزی قرار می دهند و سپس در جعبه ها قرار می دهند تا انتقال حرارت بهتر شود. برخی از سینی های فلزی از نوع زیرین قابل جابجایی ساخته می شوند و هنگام ورود به جعبه ، قسمت پایین آن برداشته می شود ، به طوری که ویال مستقیماً با صفحه فلزی جعبه خشک کننده یخ در تماس است. برای سینی های پایین غیرقابل نقاشی ، پایین سینی باید صاف باشد تا یکنواختی محصول بدست آید. بطری های بزرگ پلاسما با استفاده از روش بدون چرخش باید از قبل منجمد شوند و پس از افزودن قفسه فلزی برای هدایت گرما ، درون جعبه قرار داده شوند تا یخ بزند.
برای پیش انجماد در خارج از جعبه دو روش وجود دارد: بعضی از خشک کن های کوچک فریزر دستگاهی برای محصولات قبل از انجماد ندارند و فقط می توانند از یخچال های با درجه حرارت پایین یا الکل و یخ خشک برای قبل از انجماد استفاده کنند. دیگری چرخش فریزر مخصوص است که می تواند بطری های بزرگ محصولات را هنگام چرخش در یک ساختار پوسته ای یخ زده و سپس وارد جعبه خشک کننده یخ بزند.
فرآیند قبل از انجماد لیوفیلیزر:
هنگامی که درجه حرارت محلول آبی به سطح مشخصی کاهش می یابد ، با توجه به غلظت یوتکتیک محلول ، یخ در محلول غلیظ غلیظ شروع به یخ زدن می کند. این دما را نقطه انجماد می نامند. به طور کلی ، نقطه انجماد توسط غلظت کنترل می شود و با غلظت کاهش می یابد. هنگامی که دمای محلول کمتر از نقطه انجماد باشد ، بخشی از محلول متبلور می شود و غلظت محلول باقیمانده افزایش می یابد ، بنابراین نقطه انجماد افت می کند ، و سپس به سرد شدن ادامه می یابد ، بلورهای یخ با خنک شدن افزایش می یابند ، و غلظت محلول باقیمانده با آن افزایش یابد. با این حال ، هنگامی که دما به یک نقطه خاص کاهش می یابد ، تمام محلول باقیمانده یخ می زند. در این زمان ، مواد منجمد با بلورهای یخ مخلوط می شوند و درجه حرارت در این زمان نقطه یوتکتیک است.
بعد از اینکه محلول باید تا حد انجماد فوق العاده سرد شود ، پس از ایجاد هسته های کریستال در آن ، آب آزاد شروع به کریستال شدن به صورت یخ می کند و در عین حال گرمای تبلور را آزاد می کند تا دمای آن افزایش یابد تا نقطه انجماد با رشد کریستال ، غلظت محلول افزایش می یابد. با رسیدن غلظت یوتکتیک و پایین آمدن دما به زیر نقطه یوتکتیک ، محلول منجمد می شود.
علاوه بر ماهیت خود محلول ، تعداد و اندازه دانه های کریستال موجود در کریستال محلول به میزان هسته بلوری و رشد بلور مربوط می شود. دو عامل سرعت هسته کریستال و سرعت رشد بلور با تغییر دما و فشار تغییر می کنند. بنابراین ، می توان با کنترل دما و فشار ، تعداد و اندازه دانه های کریستال را در تبلور محلول کنترل کرد. به طور کلی ، هرچه سرعت خنک سازی سریع تر باشد ، درجه حرارت فوق خنک کننده کمتر باشد ، تعداد هسته های بلوری تشکیل شده بیشتر می شود و کریستال قبل از رشد منجمد می شود. در این زمان ، هرچه تعداد دانه های بلور تشکیل شود ، دانه های بلور ریزتر می شوند. برعکس ، دانه های کریستال هرچه عدد کوچکتر باشد ، دانه های کریستال بزرگتر می شوند.
شکل کریستال نیز مربوط به دمای انجماد است. وقتی شروع به یخ زدن در حدود 0 درجه سانتیگراد می کند ، بلورهای یخ به صورت شش ضلعی متقارن هستند و در جهت شش محور اصلی به جلو رشد می کنند. در همان زمان ، چندین محور ثانویه ظاهر می شود. همه کریستالهای یخ به هم متصل شده اند تا یک ساختار شبکه در محلول ایجاد کنند. با افزایش درجه ابرخنک شدن ، بلورهای یخ به تدریج فرم متقارن شش ضلعی تشخیص ظرفیت را از دست می دهند. علاوه بر این ، تعداد هسته زیاد است و سرعت انجماد سریع است ، که ممکن است شکل دندریتی نامنظم ایجاد کند. آنها هر تعداد استوانه محوری دارند. برخلاف فرم کریستال شش ضلعی ، فقط شش مورد وجود دارد.
واحد بلوری تشکیل شده در اثر انجماد مایعات بیولوژیکی (مانند پلاسمای خون ، دوغاب عضله ، شوک زجاجیه ای و غیره) غالباً شبیه نوع بلورهای یخ است که توسط محلول آبی تک جزئی تشکیل شده است. نوع تبلور عمدتاً به سرعت خنک کننده و غلظت مایعات بدن بستگی دارد. به عنوان مثال ، هنگامی که پلاسما ، دوغاب عضله و غیره در غلظت طبیعی یخ می زند ، واحدهای کریستالی شش ضلعی در دماهای بالاتر از صفر و سرعت خنک شدن کند تشکیل می شوند و دندریت های نامنظم با سرد شدن سریع در دمای پایین تشکیل می شوند. کریستال
سوسپانسیون سلولی (مانند گلبول های قرمز خون ، گلبول های سفید خون ، اسپرم ، باکتری و غیره معلق در آب مقطر ، پلاسما یا سایر رسانه های تعلیق). هنگام یخ زدن به آهستگی در دمای بالای زیر صفر ، مقدار زیادی یخ در سوسپانسیون رشد می کند و سلولهای بین دو یخ را فشرده می کند. ، و آب موجود در سلول از طریق غشای سلول به سلول نفوذ می کند ، که به نوبه خود باعث غلظت املاح در سلول می شود. در عین حال ، رشد یخ های خارج سلولی نیز مواد سلولی را مجبور به جمع شدن و تغییر شکل می کند. اما در این زمان سلول ها یخ نمی زنند. هنگامی که در دمای پایین به سرعت یخ می زند ، یخ داخل سلول ایجاد می شود. اندازه ، شکل و توزیع یخ به سرعت خنک سازی ، وجود یا عدم وجود ماده محافظ ، ماهیت ماده محافظ و محتوای آب در سلول مربوط می شود. به طور کلی ، هرچه سرعت خنک سازی سریعتر و درجه حرارت پایین تر باشد ، یخ بیشتری در سلول ایجاد می شود. افزودن ماده محافظ غیر قابل نفوذ به سوسپانسیون می تواند باعث کاهش تعداد یخ تشکیل شده در سلول ها در هنگام انجماد سریع شود.
شکل تبلور محلول تأثیر مستقیمی بر میزان لیوفیلیزه شدن دارد. خلا The حاصل از تصعید کریستال یخ کانال فرار بخار آب در طی تصعید بعدی کریستال یخ است. کریستال شش ضلعی بزرگ و مداوم پس از تصعید کانال خالی بزرگی دارد و مقاومت در برابر فرار بخار آب کم است ، بنابراین محصول سریع خشک می شود و بالعکس. و کانال کریستال یخ کروی ناپیوسته کوچک یا ناپیوسته است و بخار آب فقط با انتشار یا نفوذ می تواند خارج شود ، بنابراین سرعت خشک شدن کند است. بنابراین ، فقط با توجه به میزان خشک شدن ، انجماد آهسته بهتر است.
علاوه بر این ، میزان انجماد نیز به نوع ، ظرفیت و محیط انتقال حرارت تجهیزات انجماد مربوط می شود.