在冻干中，共晶点是冷冻成结晶固体时，配方所能达到的最低熔点。它代表了所有组分（溶质和溶剂，通常是水）作为一个单一混合物同时冷冻和熔化的特定温度和浓度。在初级干燥阶段，将产品温度保持在此临界阈值以下对于防止产品熔化和塌陷至关重要。
冷冻干燥的核心挑战不仅仅是去除水分，而是保护产品的结构。了解产品的临界温度——无论是结晶固体的真实共晶点还是无定形固体的玻璃转化温度——是设计成功的初级干燥周期的最重要因素。
为什么这个温度是冷冻干燥的基础
固态的作用
冻干是通过称为升华的过程来实现的，即冷冻水直接变成蒸汽，而无需先变成液体。
只有当产品保持在完全固态、冷冻状态时，这个过程才可能发生。
保护产品结构
当冰晶从冷冻基质中升华时，它们会留下活性药物成分（API）和赋形剂的多孔固体支架。
这个多孔的“饼状物”使得最终产品能够快速复溶并确保其稳定性。
熔化的后果
如果在初级干燥过程中产品温度超过共晶点，冷冻材料将开始熔化。
这种液相会导致脆弱的固体支架软化和塌陷，这是一种灾难性的故障，称为融化塌陷 (meltback)。塌陷的产品将无法正确干燥，难以复溶，并且稳定性会受到影响。
结晶与无定形：关键区别
虽然“共晶点”一词常被广泛使用，但它在技术上仅适用于冷冻时形成结晶结构的材料。许多复杂的生物和药物配方并不会结晶。
结晶配方与共晶点 (Te)
结晶材料具有高度有序的、重复的分子结构。对于这些产品，共晶温度 (Te) 是一个尖锐、明确的热力学点。
当盐水等简单溶液冷冻时，首先形成纯冰，使剩余的液态水中的盐分浓缩，直到达到共晶浓度，此时整个混合物在共晶温度下固化。
无定形配方与玻璃转化 (Tg')
许多复杂的配方，特别是含有蛋白质或聚合物的配方，不会结晶。相反，它们固化成一种称为无定形玻璃的无序、过冷液体状态。
这些材料没有真正的共晶点。相反，它们具有玻璃转化温度 (Tg')。低于此温度，材料是坚硬、易碎的固体。高于此温度，它会软化并变成粘稠的、橡胶状的流体，这也可能导致塌陷。
为什么区别很重要
对于工艺开发而言，您必须知道您的产品形成哪种类型的固体。目标是相同的——使产品温度低于其临界温度——但您测量的具体属性（Te 与 Tg'）是不同的。
识别和使用临界温度
确定极限
配方的临界温度通常使用分析技术来测量，例如差示扫描量热法 (DSC)，它能检测与熔化或玻璃转化相关的热流。
另一个强大的工具是冷冻干燥显微镜 (FDM)，它允许在真空加热时直接目视观察产品结构，从而确定塌陷开始的精确温度 (Tc)。塌陷温度通常是工艺设计的最实际限制。
工艺控制的必要性
一旦知道了临界温度，冻干周期就被设计为确保在初级干燥过程中产品温度 (Tp) 始终保持在其以下。
通常，会使用 2-5°C 的安全裕度，这意味着 Tp < (Tc - 2°C)。这是通过仔细平衡托盘温度和腔室压力来实现的，以控制升华速率和对产品的热量输入。
为您的目标做出正确的选择
首要目标始终是设计一个既安全（无塌陷）又高效（尽可能短）的周期。了解临界温度是平衡这两个目标的关键。
- 如果您的主要重点是开发新配方： 您的第一步必须是确定其临界温度（Te、Tg' 或 Tc）以确定绝对的处理限制。
- 如果您的主要重点是优化现有周期： 仔细测量您的产品温度并将其与已知的临界温度进行比较，以查看是否可以安全地提高托盘温度以缩短初级干燥阶段。
- 如果您的主要重点是故障排除失败的批次： 塌陷或熔化的产品几乎总是表明产品温度在初级干燥过程中的某个时刻超过了其临界限制。
掌握您产品的临界温度可以将冻干从猜测游戏转变为精确、可控的科学。
总结表：
| 临界温度类型 | 材料状态 | 关键特征 |
|---|---|---|
| 共晶点 (Te) | 结晶固体 | 尖锐的熔点；整个混合物同时熔化。 |
| 玻璃转化 (Tg') | 无定形固体 | 软化点；材料变成橡胶状，而不是液体。 |
为您的产品设计一个精确而高效的冻干周期。
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