聚合物的定義 

聚合物是指由簡(jiǎn)單的小分子(稱為單體)，經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)，所形成的巨大分子。其分子量通常相當(dāng)大，可能含數(shù)千到數(shù)十萬(wàn)個(gè)原子。有的聚合物形成鏈狀,有的形成網(wǎng)狀。

聚合物具有能提高生物制品混合溶液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等有利因素，因而在有些生物制品的配方中常常加入多種聚合物類保護(hù)劑。 

聚合物類保護(hù)劑一般同時(shí)起著低溫保護(hù)劑和脫水保護(hù)劑的作用。其中，zui典型的的聚合物類保護(hù)劑有聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、牛血清（BSA）、右旋糖苷（dextran）、聚乙二醇（PEG）等。

常用聚合物類保護(hù)劑

在一般情況下，在生物制品冷凍干燥配方中添加的聚合物具有以下的性質(zhì)：

聚合物在凍結(jié)過(guò)程中優(yōu)先析出；

具有一定的表面活性；

在蛋白質(zhì)分子之間產(chǎn)生位阻（steric hindrance）作用；

提高溶液黏度；

顯著提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；

抑制小分子賦形劑（如蔗糖）的結(jié)晶；

抑制溶液pH的降低。

聚乙烯吡咯烷酮（PVP）

     常被用作澄清劑、色素穩(wěn)定劑和膠體穩(wěn)定劑。PVP對(duì)生物材料的低溫保存，和冷凍干燥，都是很好的保護(hù)劑。同時(shí)它在生物制品的脫水干燥過(guò)程中又是很好的填充劑，為生物制品提供很強(qiáng)的支撐作用。 

牛血清白蛋白（BSA）

    冷凍干燥粉末，常為白色或類白色；溶于水，其水溶液加熱至60-70℃時(shí)蛋白會(huì)凝固沉淀。牛血清在很低的濃度下就能起到很好的保護(hù)效果，其保護(hù)作用原理與PVP一樣。

右旋糖酐

    右旋糖苷是若干葡萄糖分子脫水的聚合產(chǎn)物，又叫葡聚糖。其分子量各不相同，相對(duì)分子量50000-90000為中分子（如右旋糖苷70），25000-50000為低分子（如右旋糖苷40），10000-25000為小分子，＜10000為微分子。抑制冰晶的長(zhǎng)大，提供冷凍穩(wěn)定性。右旋糖苷常被用作許多生物制品冷凍干燥的低溫保護(hù)劑。  

聚乙二醇（PEG）

    乙二醇可與環(huán)氧乙烷作用生成聚乙二醇，聚乙二醇工業(yè)上用途很廣，可用作乳化劑、軟化劑、表面活化劑等。PEG在生物材料的低溫保存和冷凍干燥過(guò)程中也是很有效的低溫保護(hù)劑，其保護(hù)效果與PEG的分子量有關(guān)。在一定程度上，它的低溫保護(hù)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它低分子化合物（如蔗糖）。 

表面活性劑類、氨基酸類的保護(hù)劑

表面活性劑類的保護(hù)劑

通常把凡是能降低界面張力的，由親水和親油基組成的化合物，稱為表面活性劑。它們分子中的碳?xì)滏湶糠质窃斐扇苡谟偷脑?；而分子中的極性基（如-COOH，-OH）則對(duì)水有親和力。當(dāng)這些分子處于空氣—水界面或油—水界面時(shí)，親水基會(huì)定位在水相，而親油基則指向氣相或油相。

表面活性劑可分為離子型和非離子型兩大類。凡是溶于水時(shí)能電離成離子的，稱為離子型表面活性劑；否則，稱為非離子型表面活性劑。

在生物制品的冷凍干燥全過(guò)程中，表面活性劑既能在凍結(jié)和脫水過(guò)程中降低冰水界面張力所引起的凍結(jié)和脫水變性；又能在復(fù)水過(guò)程中對(duì)活性組分起到潤(rùn)濕劑和重褶皺劑的作用。

非離子型表面活性劑具有相對(duì)較低的臨界膠束濃度（Critical Micelle Concentration, CMC），通常使用較低濃度就可以滿足保護(hù)效果。其中吐溫系列是zui常用的非離子型表面活性劑。

氨基酸類的保護(hù)劑

氨基酸是蛋白質(zhì)的基本構(gòu)成單位，其中zui主要的是α-氨基酸。它是由一個(gè)氨基（-NH2）、一個(gè)羧基（-COOH）、一個(gè)氫原子（-H）和一個(gè)R基團(tuán)（-R）連結(jié)在一個(gè)α碳原子所組成。α-氨基酸及其兩性離子的結(jié)構(gòu)通式如下：

        氨基酸                                                   氨基酸的兩性離子

由于氨基酸離子具有酸、堿兩性，因此能夠在生物制品的低溫保存和冷凍干燥過(guò)程中能抑制溶液的pH變化，從而達(dá)到保護(hù)活性組分的目的。

此外，有許多氨基酸還是很好的填充劑。甘氨酸是的填充劑 。

其他添加劑

抗氧化劑

抗氧化劑的種類繁多，抗氧化的作用機(jī)理也不盡相同，但都以其還原性為依據(jù)。一種是抗氧化劑的自身氧化，消耗凍干樣品內(nèi)部和環(huán)境中的氧，使凍干樣品物料不被氧化；另一種是抗氧化劑給出電子或氫原子，阻斷凍干樣品的氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；還有一種方式是抗氧化劑通過(guò)抑制氧化酶的活性而防止凍干樣品的氧化變質(zhì)。 

將不同的抗氧化劑混合起來(lái)使用，比單獨(dú)使用時(shí)，具有更高的效力，即混合抗氧化劑具有增效的作用。

緩沖劑

蛋白質(zhì)具有兩性電解質(zhì)（amphoteric electrolyte）的性質(zhì)，它既能和酸作用，又能和堿作用。當(dāng)溶液在某一特定的pH值時(shí)，蛋白質(zhì)所帶的正電荷與負(fù)電荷恰好相等，蛋白質(zhì)不顯電性，這時(shí)溶液的pH值稱為該蛋白質(zhì)等電點(diǎn)（isoelectric point）。蛋白質(zhì)在它們的等電點(diǎn)的環(huán)境下更為穩(wěn)定。然而在的pH的環(huán)境下，高靜電荷引起強(qiáng)烈的分子內(nèi)電推斥力，會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子的展開。

由于在蛋白質(zhì)溶液的凍結(jié)過(guò)程中，溶液的濃度逐漸提高。在高濃度時(shí)可能會(huì)改變?nèi)芤旱膒H值，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，從而直接使得生物制品失活。所以，在生物制品的凍干保護(hù)劑配方中，往往要添加適量的緩沖劑。

 凍干加速劑

冷凍干燥過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)、耗能多，因此迫切需要對(duì)凍干循環(huán)進(jìn)行優(yōu)化，降低生產(chǎn)成本。在凍干配方中加入適量的叔丁醇（Tertiary Butyl Alcohol）后，凍結(jié)時(shí)會(huì)形成針狀結(jié)晶；冰晶升華后，留下了管狀通道，使水蒸汽流動(dòng)阻力大大減小，升華速率顯著提高。

叔丁醇是一種小分子醇，分子式為(CH3)3COH，與水*互溶，具有低毒性、高蒸汽壓，既可以單獨(dú)作為凍干溶劑，又可以與水組成復(fù)合溶劑，目前的研究熱點(diǎn)是叔丁醇-水復(fù)合溶劑。

在藥品水溶液中加入叔丁醇能起到以下作用：

   （1）可以降低干燥層阻力，從而加速了干燥過(guò)程，縮短了干燥時(shí)間；（2）溶解難溶于水的藥品；（3）使產(chǎn)品具有高的比表面積、好的外觀、并易于復(fù)水；（4）可提高藥品溶液和凍干品的穩(wěn)定性；（5）有一定的抑菌作用。

物料含水量與凍干時(shí)間的關(guān)系

對(duì)于5%w/v蔗糖水溶液，不含叔丁醇時(shí)，蔗糖溶液干燥需要100個(gè)小時(shí)，含5%w/v叔丁醇時(shí)，蔗糖溶液干燥僅需10個(gè)小時(shí)，  

以上結(jié)論研究都是用控溫、硅油加熱，真空冷凍干燥機(jī)

凍干蔗糖溶液的掃描電鏡照片

主要是因?yàn)椴缓宥〈紩r(shí)，溶液沒有形成針狀結(jié)晶，不利于水蒸汽的質(zhì)量傳遞；加入叔丁醇后，形成了針狀結(jié)晶，冰晶升華后，留下了管狀通道，使水蒸汽的流動(dòng)阻力大大減小。