一、凍干制劑處方的理論基礎：熱力學與分子動力學視角

（一）凍干的相變本質與能量壁壘

凍干過程分為三個階段：預凍（形成穩定冰晶骨架）、一次干燥（升華去除自由水）、二次干燥（解吸結合水）。其中，預凍階段形成的冰晶形態（針狀/球狀）直接影響后續干燥效率與產品結構孔隙率——快速冷凍（>10℃/min）易形成細小冰晶，導致干燥時間延長；慢速冷凍則促進大冰晶生長，可能破壞藥物分子的晶格排列。熱力學研究表明，當溶液冷卻至共晶點以下時，溶質在冰晶間隙濃縮，若未添加足夠保護劑，高濃度溶質可能引發蛋白質變性（如疏水基團暴露、二硫鍵斷裂），此時體系的玻璃化轉變溫度（Tg'）成為關鍵指標：只有當Tg'高于一次干燥溫度，才能避免塌陷（Collapse）現象，維持多孔結構。

（二）蛋白質穩定性的分子機制

蛋白質在凍干過程中的失活主要源于界面誘導變性（氣-液/固界面吸附導致疏水基團暴露）與化學降解（脫酰胺、氧化、聚集）。處方設計需通過兩類機制抑制這些損傷：

二、凍干制劑處方的關鍵要素：從保護劑到工藝適配劑

（一）核心保護劑的選擇策略

保護劑按功能可分為三類，其選擇需結合API特性（分子量、等電點、穩定性）與凍干目標（如是否允許結晶型產品）：

典型案例：某重組人干擾素α-2b凍干制劑原處方使用5%甘露醇作為填充劑，凍干后出現塌陷（因甘露醇結晶導致骨架支撐不足）；調整為3%甘露醇+7%蔗糖后，蔗糖形成玻璃態基質包裹甘露醇晶體，既維持了多孔結構，又避免了塌陷，復溶時間從5分鐘縮短至30秒。

（二）特殊輔料的創新應用

處方并非孤立存在，需與凍干工藝參數（預凍溫度/時間、升華壓力、干燥溫度）動態匹配。例如：

1、對于Tg'較低的處方（如含大量氨基酸），需降低一次干燥溫度（如從-30℃降至-40℃）以避免塌陷；

2、對于高濃度API（>50mg/mL），需提高溶液初始濃度以減少凍干體積，但需同步調整填充劑比例以維持機械強度；

3、采用退火工藝（預凍后在-10~-20℃保溫數小時）可促進冰晶重結晶，增大孔隙率，縮短干燥時間（某單抗凍干時間從48小時縮短至32小時）。

三、凍干制劑處方的技術實踐：從實驗室到工業化

（一）處方篩選的實驗設計（DoE）

傳統單因素實驗難以捕捉多變量交互作用，現代處方設計普遍采用響應面法（RSM）或正交試驗，以關鍵質量屬性（CQA）為響應值（如復溶時間、水分含量、活性回收率），優化輔料種類與用量。例如，針對某融合蛋白凍干制劑，通過DoE篩選出最佳處方：5%海藻糖+2%甘露醇+0.01%聚山梨酯80，pH6.5磷酸鹽緩沖液，使活性回收率從82%提升至95%，復溶時間控制在45秒內。

（二）穩定性預測與風險評估

處方確定后需通過加速穩定性試驗（40℃/75%RH，6個月）與長期穩定性試驗（2-8℃，24個月）驗證有效期。利用Arrhenius方程可預測不同溫度下的降解速率，結合臨界濕度分析（CRH）評估包裝材料的防潮性能。對于高風險處方（如含易氧化輔料），需添加抗氧化劑（如甲硫氨酸）并充氮包裝。

（三）工業化生產的放大挑戰

如實驗室小試（1-100mL）到中試（100-1000mL）再到商業化生產（1000-10000mL）的放大過程中，傳熱傳質效率的變化可能導致處方表現差異。例如，大容量凍干機的熱傳導效率降低，需延長預凍時間或提高板層溫度梯度；批量增大后，溶液濃度不均可能導致局部塌陷，需優化灌裝精度（誤差<±1%）。某疫苗生產企業通過將處方中的甘露醇替換為山梨醇（更高溶解度），解決了大生產中甘露醇結晶導致的產品外觀不均問題。