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叔丁醇/水共溶剂的热分析及其冷冻干燥研究

左建国

   目前真空冷冻干燥广泛应用于热敏性药物和生物制品的保存。在冻干溶液配方中,通常情况下,水是唯一的溶剂。但这仅限于在水溶液中可溶且稳定的药品。近年来,有机溶剂或者有机溶剂/水共溶剂常常用于冷冻干燥。有机溶剂能够溶解难溶或不溶于水的物料;增强溶液或冻干品的稳定性等等。叔丁醇具有高熔点、高蒸气压、低毒性等特点,既可以单独作为冻干溶剂,又可以与水组成共溶剂。另外,少量的叔丁醇加入到水溶液中,冻结时形成针状结晶,更有利于升华后水蒸汽的逸出。目前叔丁醇/水共溶剂已开始用于一些注射药物的冻干生产。 本文的研究内容是国家自然科学基金重点项目“临床医学中生物体冷冻与加热过程中的热物理问题研究(50436030)”和国家自然科学基金项目“现代药品与食品真空冷冻干燥过程中传热传质问题研究(50376040)”的重要组成部分。主要研究了叔丁醇的加入对冻干溶液冻结特性的影响,如结晶形状、异相成核温度、过冷度、共晶温度、玻璃化转变温度、反玻璃化结晶等。此外,本文利用叔丁醇/水单相溶液冻干法制备了前体脂质体,并且研究了糖/多元醇类保护剂对冻干前体脂质体水化后的脂质体粒径的影响。 本文的主要研究成果与发现: 低温显微实验发现,叔丁醇/水二元溶液的结晶形状、大小与叔丁醇浓度有关,浓度为10%时形成粗大的针状结晶。差示扫描量热(DSC)实验发现,叔丁醇/水溶液即使在快速降温时,叔丁醇也不会发生玻璃化转变,而是在-8.5℃与水发生共晶。降温时叔丁醇容易形成亚稳态晶体,但是不稳定,退火后可消除。热历史对蔗糖/水溶液的异相成核温度、过冷度、玻璃化转变温度Tg’均有较大的影响。 10%叔丁醇/10%蔗糖/水三元溶液冻结时冰晶的伸展方向仍呈直线型。溶液降温时,蔗糖的存在阻碍了叔丁醇析出,降速越快,则残留在玻璃体中的叔丁醇越多,Tg’越低。10℃/min降温时, Tg’由-32.5℃降低到-42℃,升温时在-30℃叔丁醇发生反玻璃化结晶。本文首次测得10%叔丁醇/10%蔗糖/水三元溶液的临界复温速率为250℃/min左右。在反玻璃化峰附近的温度下进行退火均可使叔丁醇充分析出,Tg’由-42℃上升到-34.9℃。所需的退火时间与退火温度有关。在-37℃时,退火20 min即可完全消除反玻璃化。本文首次发现在Tg’以下的温度,叔丁醇仍然可发生结晶。这表明在Tg’以下,叔丁醇分子仍有很强的活动性,玻璃体是不稳定的。对于叔丁醇与蔗糖的浓度比小于0.2的溶液,即使退火也不能使玻璃体中的叔丁醇析出。 针对糖/多元醇类冻干保护剂溶液的玻璃化转变温度较低,研制了新型中试型冻干机。它采用复叠式制冷系统,使干燥箱和冷阱可以达到更低的温度。 本文首次利用叔丁醇/水单相溶液冻干法制备了前体脂质体,复水后得到脂质体。通过研究发现,对于保护剂为蔗糖、麦芽糖、乳糖和甘露醇的溶液,加入叔丁醇后玻璃化转变温度Tg’均有不同程度的降低。蔗糖、麦芽糖、乳糖、甘露醇浓度分别为3%、5%、10%(w/v)的单相溶液冻干复水后的脂质体粒径在200~900 nm之间。蔗糖作保护剂时,得到的脂质体粒径最小;而且随着蔗糖浓度的增加,脂质体粒径变小。10%(w/v)蔗糖溶液的脂质体粒径为235 nm。乳糖和麦芽糖作保护剂时,得到的脂质体粒径较大;但是当这两种保护剂的浓度增大到10%(w/v)时,粒径均有明显的减小。甘露醇作保护剂时,得到的脂质体粒径最大;而且即使浓度增大,粒径也不会发生明显的减小。……   
[关键词]:冷冻干燥;叔丁醇;共溶剂;差示扫描量热法;低温显微;玻璃化转变;反玻璃化;前体脂质体
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:上海理工大学2005年