Předzmrazovacím procesem lyofilizátoru je ztuhnutí volné vody v roztoku, aby se produkt po vysušení dostal do stejné formy jako před sušením, aby se zabránilo nevratným změnám, jako je napěnění, koncentrace a pohyb rozpuštěné látky během vakuového sušení, a minimalizace způsobeného materiálu teplotou Snížená rozpustnost a změny v životních charakteristikách.
K dispozici jsou dvě metody předzmrazení: předzmrazovací metoda v lyofilizačním boxu a předmrazovací metoda mimo box.
Metoda předzmrazení v krabici spočívá v přímém umístění produktu na vícevrstvou polici v lyofilizátoru a zmrazení v mrazáku lyofilizátoru. Pokud je velké množství injekčních lahviček a ampulí lyofilizováno, je vhodné do krabičky vstoupit a z ní vystoupit. Lahvičky nebo ampule jsou obecně umístěny do několika kovových tácků a poté zabaleny do krabic, aby se zlepšil přenos tepla. Z některých kovových tácků se vyrábí odnímatelné dno a při vstupu do krabičky se dno odstraní, takže je lahvička přímo v kontaktu s kovovou deskou mrazicího boxu; u nevytahovatelných spodních zásobníků musí být spodní část podnosu rovná, aby se dosáhlo jednotnosti produktu. Velké plazmové lahve s použitím metody bez odstřeďování by měly být předem zmrazeny a poté vloženy do krabice pro zmrazení po přidání kovového stojanu pro vedení tepla.
Existují dva způsoby předmrazení mimo krabici: některé malé mrazicí sušičky nemají zařízení pro předmrazování produktů a mohou k předmrazení používat pouze nízkoteplotní chladničky nebo alkohol a suchý led. Druhým je speciální rotační mraznička, která může během otáčení zmrazit velké láhve produktů do skořápkové struktury a poté vstoupit do mrazicího boxu.
Proces předběžného zmrazení lyofilizátoru:
Když teplota vodného roztoku klesne na určitou úroveň, podle eutektické koncentrace roztoku začne led slabě koncentrovaný roztok mrznout. Tato teplota se nazývá bod mrazu. Obecně řečeno, bod tuhnutí je řízen koncentrací a s koncentrací klesá. Když je teplota roztoku nižší než bod tuhnutí, část roztoku vykrystalizuje a koncentrace zbývajícího roztoku vzroste, takže bod tuhnutí poklesne a poté pokračuje v ochlazování, ledové krystaly se s chlazením zvyšují a koncentrace zbývajícího roztoku se s ním zvyšuje. Když však teplota klesne na určitý bod, veškerý zbývající roztok zamrzne. V tomto okamžiku je zmrazený materiál smíchán s ledovými krystaly a teplota v tomto okamžiku je eutektický bod.
Poté, co je třeba roztok podchladit na bod mrazu, poté, co se v něm vytvoří krystalová jádra, začne volná voda krystalizovat ve formě ledu a současně bude uvolňovat krystalizační teplo, aby se zvýšila jeho teplota do bodu mrazu. Jak krystal roste, zvyšuje se koncentrace roztoku. Když je dosaženo eutektické koncentrace a teplota klesne pod eutektický bod, roztok zamrzne.
Kromě povahy samotného roztoku souvisí počet a velikost zrn krystalu v krystalu roztoku s rychlostí nukleace krystalů a růstu krystalů. Dva faktory, rychlost nukleace krystalů a rychlost růstu krystalů, se mění s teplotou a tlakem. Proto můžeme řídit počet a velikost krystalových zrn v krystalizaci roztoku řízením teploty a tlaku. Obecně řečeno, čím vyšší je rychlost ochlazování, tím nižší je teplota podchlazení, tím více se vytvoří počet krystalových jader a krystal bude zmrazen, než bude růst. V této době, čím více se tvoří počet zrn krystalu, tím jemnější jsou zrnka krystalu; naopak, krystalová zrna Čím menší je počet, tím větší jsou krystalová zrna.
Tvar krystalu také souvisí s teplotou mrazu. Když začne mrznout kolem 0 ° C, ledové krystaly jsou hexagonálně symetrické a rostou dopředu ve směrech šesti hlavních os. Zároveň se objeví několik sekundárních os. Všechny ledové krystaly jsou spojeny a tvoří síťovou strukturu v roztoku. Jak se zvyšuje stupeň podchlazení, ledové krystaly postupně ztratí hexagonální symetrickou formu rozpoznávání kapacity. Kromě toho je počet nukleací velký a rychlost zmrazování je vysoká, což může vytvářet nepravidelný dendritický tvar. Mají libovolný počet axiálních válců. Na rozdíl od hexagonální krystalové formy je jich jen šest.
Krystalická jednotka vytvořená zmrazením biologických tekutin (jako je krevní plazma, svalová kaše, sklivec atd.) Je často podobná typu ledových krystalů tvořených jednosložkovým vodným roztokem. Typ krystalizace závisí hlavně na rychlosti ochlazování a koncentraci tělních tekutin. Když například při normální koncentraci zmrzne plazma, svalová kaše atd., Vytvoří se hexagonální krystalické jednotky při vyšších teplotách pod nulou a při pomalé rychlosti ochlazování a při rychlém ochlazení na nízké teploty se tvoří nepravidelné dendrity. Krystal.
Buněčná suspenze (jako jsou červené krvinky, bílé krvinky, spermie, bakterie atd. Suspendovaná v destilované vodě, plazmě nebo jiném suspenzním médiu). Při pomalém zmrazování při vysokých teplotách pod bodem mrazu roste v suspenzi velké množství ledu, který mačká buňky mezi dvěma rampouchy. a voda v buňce proniká do buňky buněčnou membránou, což zase způsobuje koncentraci rozpuštěné látky v buňce. Růst extracelulárního ledu současně také donutí buněčný materiál ke zmenšení a deformaci. Ale v tuto chvíli buňky nezmrazují. Když při nízkých teplotách rychle zamrzne, uvnitř buňky se vytvoří intracelulární led. Velikost, tvar a distribuce ledu souvisí s rychlostí ochlazování, přítomností nebo nepřítomností ochranného činidla, povahou ochranného činidla a obsahem vody v buňce. Obecně řečeno, čím rychlejší je rychlost ochlazování a čím nižší je teplota, tím více ledu se v buňce vytvoří. Přidání nepropustného ochranného činidla do suspenze může snížit počet ledu vytvořeného v buňkách během rychlého zmrazení.
Forma krystalizace roztoku má přímý vliv na rychlost lyofilizace. Prázdnota zanechaná sublimací ledových krystalů je únikovým kanálem vodní páry během následné sublimace ledových krystalů. Velký a souvislý šestihranný krystal má po sublimaci velký prázdný kanál a odpor úniku vodní páry je malý, takže produkt rychle schne a naopak. A diskontinuální sférický kanál krystalů ledu je malý nebo diskontinuální a vodní pára může unikat pouze difúzí nebo permeací, takže rychlost sušení je nízká. Pomalé zmrazování je tedy lepší pouze s ohledem na rychlost sušení.
Rychlost zmrazování navíc souvisí s typem, kapacitou a médiem pro přenos tepla mrazicího zařízení.