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運輸成本>試劑成本?凍干技術(shù)破解分子試劑冷鏈困局!
發(fā)布時間:2022-12-02 09:00:47
  分子診斷凍干技術(shù)  




這幾年分子診斷檢測的凍干形式是一個大趨勢,尤其是越來越多的企業(yè)開始開拓海外市場,診斷試劑盒需要通過運輸出口。

傳統(tǒng)的液體分子檢測試劑,因其中含有生物活性的酶,為保證試劑在運輸和保存過程中的穩(wěn)定性,都需要通過干冰或藍(lán)冰的冷鏈運輸,運輸成本高,儲存在實驗室冷柜里即占空間也耗電費,要是出口時遇到海關(guān)扣檢查驗,環(huán)境溫度變化的話容易造成檢測試劑反復(fù)凍融,會直接影響試劑的性能和保質(zhì)期。而將試劑干燥通過常溫儲運則可以有效地解決這些問題。
液體分子檢測試劑干燥的方法有凍干和風(fēng)干兩種。凍干技術(shù)已經(jīng)比較成熟且運用廣泛,風(fēng)干技術(shù)是可以解決凍干技術(shù)局限性的另一種干燥方法,兩者各有優(yōu)缺點,具體本文不做贅述。本文將重點介紹分子檢測中凍干技術(shù)的應(yīng)用和凍干原料選擇。
01
分子試劑凍干技術(shù)

凍干是通過冷凍干燥(freeze-drying)的方法將液體中的水分移除,這是一個多步驟的過程。

冷凍干燥是一個精細(xì)的過程,必須徹底控制才能達(dá)到所需的產(chǎn)品質(zhì)量。完整的冷凍干燥過程分為四個階段:

1
預(yù)處理
冷凍前的產(chǎn)品準(zhǔn)備。包括:
1)選擇合適的容器(八連管、西林瓶、96板孔等)。
2)考慮樣品中的活性成分的熱和化學(xué)特性,注意需要什么樣的冷凍溫度,以及活性成分是否對pH值變化敏感。要確定樣品中存在的任何溶劑在該特定濃度下可以經(jīng)歷適當(dāng)?shù)膬鼋Y(jié)。
3)添加賦形劑,如在固體含量低的溶液中添加膨松劑以穩(wěn)定餅狀結(jié)構(gòu),或添加塌陷溫度調(diào)節(jié)劑以提高貨架溫度,使診斷試劑更安全、更快地升華。
2
冷凍
將產(chǎn)品冷卻至三相點。這對于確保在接下來的步驟中升華而不是熔化非常重要。在此步驟中,冰晶的形成取決于速度和冷凍溫度。形成的晶體的大小影響凍干速度和最終產(chǎn)品的孔隙度。大冰晶是首選, 冷凍設(shè)置溫度-50℃至-80℃。

注:根據(jù)經(jīng)驗,冰晶越小,加工時間越長。重要的是,由于冰的形成而產(chǎn)生的冷凍濃度會導(dǎo)致pH值的變化以及隨后的構(gòu)象和結(jié)構(gòu)變化。冰晶會對活性成分施加機械壓力,包括破壞蛋白質(zhì)膜。為了緩解這個問題,可以嘗試使用冷凍保護劑。
3
初級干燥
一旦有了冷凍樣品,就可以繼續(xù)進(jìn)行初次干燥,壓力降低并向冷凍品提供熱量以升華冰,材料中約95%的水分被去除。

這一步為了避免由于冷凍樣品中的高水含量而引起的塌陷,依然需要保持較低的溫度。為了優(yōu)化處理時間,可以使用終點測定技術(shù)跟蹤升華處理??梢詸z查樣品溫度的變化或監(jiān)測測量壓力的變化,這取決于干燥室中升華的蒸汽量。
4
二次干燥
去除剩余的未凍結(jié)的水。有些產(chǎn)品需要減壓,但有些產(chǎn)品可能會受益于此階段增加的壓力。產(chǎn)品的最終殘留水含量在 1% 和 4% 之間。
5
封裝
凍干后的試劑很強的吸濕性,因此從凍干機中取出產(chǎn)品時,必須小心避免暴露在環(huán)境濕氣中。濕度受控的房間或隔離設(shè)備可用于減緩水分的再吸收。試劑必須密封在防潮容器中,例如鋁袋,避免存儲期間吸潮影響性能。
# 凍干小貼士 #

在樣品批量裝載到凍干機的過程中,控制產(chǎn)品的蒸發(fā)和產(chǎn)品溫度會是一個問題,特別是對于具有較大批量的較大裝置,完全裝載需要比較長的時間。對擱板進(jìn)行預(yù)冷會降低上述問題帶來的影響。

凍干過程取決于足夠的熱量傳遞到產(chǎn)品中。大多數(shù)96孔是塑料管,底部與冷凍干燥機擱板接觸的表面積很小。在冷凍干燥過程中可以使用鋁制冷卻塊來增加傳導(dǎo)熱傳遞。

對流傳熱在凍干中也很重要,因為它可以幫助產(chǎn)品在貨架上更均勻地分配熱量,減輕由輻射傳熱差異引起的邊緣效應(yīng)。在產(chǎn)品支持的前提下,使用更低的真空度(例如:100mTorr 而不是 60mTorr)可提供更均勻的對流傳熱。

許多PCR試劑的塌陷溫度非常低,因此凍干過程中設(shè)置較高的壓力可能并不總是可行的??梢栽谂浞街刑砑淤x形劑,提高塌陷溫度,以允許更高的壓力設(shè)置。這樣做的其他好處包括使配方更容易轉(zhuǎn)移到其他可能無法實現(xiàn)非常低真空設(shè)置的凍干機(減少工藝放大的風(fēng)險),以及減少阻塞流現(xiàn)象發(fā)生的概率。


常見的凍干制劑形式有:

1)西林瓶凍干

2)PCR管或板孔里的在位凍干
3)凍干微球

各種形式的形態(tài)與優(yōu)缺點總結(jié)



 
 
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液氮凍干微球


由于液氮凍干微球的種種優(yōu)勢,包括更方便用于微流控平臺,這兩年關(guān)注度大大增長,我們也收到很多技術(shù)咨詢,這里小編特地多做幾句介紹:

通過液氮預(yù)凍可以以極快的冷凍速度最大限度地減少冷凍濃度效應(yīng),例如pH變化。然而,它也會帶來非常小的冰晶尺寸,這會導(dǎo)致在干燥過程中對蒸汽流動的阻力更大并且干燥時間更慢,小樣本量可以降低這方面的影響,但需要凍干機提供更冷的擱板溫度和更低的真空度來防止珠子在初級干燥過程中熔化。

此外,珠子必須保持冷凍??梢允褂美洳氐睦浔P來輔助。冷凍干燥機擱板也需要預(yù)冷,以避免產(chǎn)品在抽真空之前熔化。要注意的是在產(chǎn)品室門在真空下密封之前,預(yù)冷凍擱板會導(dǎo)致環(huán)境條件下結(jié)霜。冷凍干燥的顆?;蛑樽油ǔ7胖迷赑CR管中,然后密封在防潮袋中。

凍干微球?qū)υ虾捅Wo劑的要求特別高,邁迪安全線的凍干試劑都可以用來做滴氮凍干,而無需額外添加賦形劑,我們即用型的預(yù)混液中已經(jīng)有優(yōu)化的凍干賦形劑,完全可以滿足滴氮凍干的操作需求,已經(jīng)有優(yōu)化的凍干方案,并且通過客戶的成功驗證。歡迎有興趣的廠家聯(lián)系我們訂購試樣。

02
凍干原料的選擇

液體分子核酸檢測試劑中因為含有生物活性酶,為了保護冷凍保存中酶的活性不受反復(fù)凍融的影響,一般是添加甘油作為保護劑,但是甘油是不可凍干的。因此可凍干的分子檢測體系需要選擇無甘油酶。

但是,并不是簡單的去除掉液體體系中不可凍干的成分就可以做凍干了,因為無甘油酶的凍干后的穩(wěn)定性和活性都有可能變化,因此體系中各組分(包括緩沖液的pH值、鹽濃度、保護劑等)需要重做優(yōu)化,還要添加凍干賦形劑,來保證在各種凍干條件下(包括冷凍、溫度梯度、真空和脫水)凍干試劑的性能和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,并且凍干后酶可以被快速水化,且酶活性能(靈敏度和特異性)不受影響。

目前基礎(chǔ)酶國內(nèi)很多國內(nèi)廠家都可以做到,但在基礎(chǔ)工藝的研究,工藝風(fēng)險和批間差的控制、以及大量需要時間驗證的實驗數(shù)據(jù),與國外原料大廠存在著差距,而且這些短板是無法用速度和規(guī)模來彌補。

這些技術(shù)上的差距,都會在產(chǎn)品質(zhì)量上反映出來:批間一致性、小樣和大樣性能差異、存儲及運輸過程穩(wěn)定性、緩沖溶液和保護劑相容等等問題。很多的驗證都需要足夠的時間,才能累積到數(shù)據(jù),才能逐漸形成和構(gòu)建出核心競爭力。

行業(yè)內(nèi)卷嚴(yán)重,競爭激烈,很多廠家將還沒等到足夠的數(shù)據(jù)時,就被淘汰。選擇合適可靠的原料可以降低凍干項目的研發(fā)風(fēng)險,縮短研發(fā)周期,降低研發(fā)成本。

(文章來源于互聯(lián)網(wǎng))

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