众所周知，我是一个运动迷。我写过观看世界杯和 2020 欧洲杯的文章，还会为曲棍球而争论。现在我已经退休了，我可以享受更多的运动种类。事实上，至今为止我最大的享受是最近和一些朋友看到的精彩F1方程式赛车。
但我要承认除了喜欢运动，我也喜欢科学。或多或少，F1方程式这个名字总让我想起化学方程式，还有配方！之后我意识到是时候为你们完成我的蛋白质/多肽系列文章，发表一篇关于如何制定蛋白质和多肽配方的文章。
最常需要制定蛋白质和多肽配方的原因是用于药物行业应用。在药物配方中几种物质与一种活性成分结合；然而，这种活性成分可能没办法直接加入配方中，因为它可能不稳定或显示出不需要的某种特性。所以在加入最终配方之前，一种方便储存的方法是将原料预先制备成液体或固体形式。
选择干燥生物制药的技术类型通常取决于这类化合物的最终用途、化合物特性、经济成本以及生产能力和应用要求。
配制蛋白质和多肽最常用的技术是喷雾干燥和冷冻干燥。首先让我们总体对比下这两个技术：
让我们更详细地探讨下每一种技术。
喷雾干燥
喷雾干燥是干燥许多小分子和无定形固体分散剂的首选解决方案。该技术的优势是低成本和粒子工程的可造粒性，使其成为干燥生物制药配方的优选，同时具备高通量、连续性、易规模化、经济效益好等优点。我们已经讨论过如何纯化蛋白质和浓缩蛋白质。那么之后也是最后的步骤是如何制备蛋白质。
在资金、投资和运营成本方面，喷雾干燥即使会产生热气、整个过程消耗大量能量，但也比冷冻干燥的成本低4 - 7倍左右。
正如我刚才所说的，通过改变工艺参数来控制干粉颗粒特性的能力使这项技术非常适合于肺和鼻腔输送方面的应用。在这些应用中，颗粒特性尤其重要。使用喷雾干燥来配制蛋白质制剂，可以使粉末在与赋形剂混合后具有良好的加工性能，方便制成片剂或胶囊。
那么，制备蛋白质时喷雾干燥是如何工作的?
喷雾干燥是通过将核心物质溶解、乳化或分散在溶剂或载体材料溶液中，材料被雾化并喷射到干燥室内，溶剂随热干燥气体蒸发后产生干燥的固体颗粒。这些固体颗粒进一步从气流中分离出来并被收集。
由于将液体产品转化为干燥粉末只需一个步骤，从成本、规模和流程简化的角度来考虑，无论何种情况下进行蛋白质配方的制备，喷雾干燥都是有利的。你可以很容易地制备出片剂或胶囊，而无需碾磨或后续加工步骤。由于在喷雾干燥过程中生物分子，例如酶、蛋白质和抗生素，会暴露在剪切力、气-液相、界面和脱水压力的混合作用下，大多数温度敏感的生物分子都可以被喷雾干燥而不会遭受严重的活性损失。
在实验室规模下，使用喷雾干燥制备蛋白质制剂的一个缺点是回收率的问题。由于产品会在干燥室内壁和气体排出部分产生损失，所以通常样品产量在20 - 70%之间。
使用高效的循环分离器可以使产量提高到80%以上。
然而请记住，液体雾化能力不足以及旋风分离器无法有效分离直径低于2 μm的细颗粒，使得亚微米颗粒的制备和回收具有挑战性。实验室规模的喷雾干燥也不适合制备较大粒径颗粒，类似于在50 μm以上的大规模生产粒径颗粒。
冷冻干燥
冷冻干燥又称冻干，是一种有效的物质干燥技术。该方法基于升华的物理原理，涉及固态和气态之间的直接转变而绕过样品的液相状态。冷冻样品在真空下干燥，中间不发生融化。冷冻干燥特别适用于保存脆弱的材料，防止其降解或分解，保存产品特性和原始形状，保存因后续使用需要快速复溶或达到类似状态的产品。
当你用冷冻干燥法进行蛋白质配方制备时，要控制的关键参数包括压力和温度。如何设置这些参数取决于样品特征。
典型的冻干过程包括两个阶段：冷冻和初级干燥。在某些情况下，可能需要第三个阶段，称为次级干燥，用以去除紧紧吸附在样品上的溶剂分子，进一步降低水分含量。
在初级干燥阶段结束时，可以去除样品中大部分的水分。
无论你是否制备蛋白质或其他样品，由于存在与基质结合的水，产品的残留水分含量通常在5-10%左右。
在初级干燥阶段之后，样品中不会再有冰。次级干燥步骤通过解吸去除吸附的水分子。为了达到理想的解吸条件，需要尽可能低的压力和较高的搁板温度。在选择搁板温度时，还应考虑对产品稳定性的影响。次级干燥阶段通常比初次干燥阶段快。
在次级干燥结束时，产品水分含量应在1-5%范围内。
在制药应用方面，冷冻干燥通常是保存药物化合物的首选方法，特别是针对样品在液体状态下稳定性不足，以及样品配方不需要进一步处理时所选用。因为样品可以直接装入小瓶中，在干燥后进行密封，可以防止潜在的污染。
冷冻干燥的整个过程是在低温工艺下进行，样品产量得率高，并且均匀性好；可以获得高质量样品活性，低含水量和高稳定性。由于冷冻干燥降低了产品固有特性风险，如坍塌、超过共晶熔化或玻璃转变温度，所以你得到的产品质量会非常高。
在这一点上，如果你想要制备蛋白质配方，我可以告诉你要如何使用这两种技术。以下是一些现实生活中通过喷雾干燥和冷冻干燥制备的蛋白质配方：
讲到这里，我想我已经说了很多，是时候休息一下了。
如果你还没有决定哪一种技术适合你，也不要害怕，关于这个话题我还没有讲完，欢迎继续收听。我承诺将继续更新另一篇文章，是关于如何使用喷雾干燥和冷冻干燥来制作蛋白质和多肽的提示和技巧。这些当然可以帮助你在寻找理想的技术应用程序中做出更明智的选择。
下次见！
