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冷凍干燥是指通過(guò)升華從凍結的生物產(chǎn)品中去除水分或其他溶劑的過(guò)程。升華指的是溶劑，比如水，象干冰一樣，不經(jīng)過(guò)液態(tài)，從固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程。冷凍干燥得到的產(chǎn)物稱(chēng)作凍干物（lyophilizer），該過(guò)程稱(chēng)作凍干（lyophilization）。

為什么要選擇冷凍干燥

傳統的干燥會(huì )引起材料皺縮，破壞細胞。在冰凍干燥過(guò)程中樣品的結構不會(huì )被破壞，因為固體成份被在其位置上的堅冰支持著(zhù)。在冰升華時(shí)，它會(huì )留下孔隙在干燥的剩余物質(zhì)里。這樣就保留了產(chǎn)品的生物和化學(xué)結構及其活性的完整性。

在實(shí)驗室中，凍干有很多不同的用途，它在許多生物化學(xué)與制藥應用中是不可缺少的。它被用來(lái)獲得可長(cháng)時(shí)期保存的生物材料，例如微生物培養、酶、血液、與藥品，除長(cháng)期保存的穩定性以外，還保留了其固有的生物活性與結構。為此，凍干被用于準備用做結構研究（例如電鏡研究）的組織樣品。冷凍干燥也應用于化學(xué)分析中，它能得到干燥態(tài)的樣品，或者濃縮樣品以增加分析敏感度。凍干使樣品成分穩定，也不需改變化學(xué)組成，是理想的分析輔助手段。 

冷凍干燥的實(shí)現:

冷凍干燥可以自然發(fā)生。在自然情況下，這一過(guò)程緩慢而且不可預測。通過(guò)冷凍干燥系統，人們改進(jìn)、細分了很多步驟，加速了這一過(guò)程。

冷凍干燥系統:

 一個(gè)基本的冷凍干燥系統包括： · 一個(gè)干燥室或者多歧管 · 一個(gè)抽真空系統克服阻礙因素和加速氣體流動(dòng) · 一個(gè)熱源提供能量 · 一個(gè)低溫冷凝器，用于使蒸氣壓差最大化并捕捉蒸氣使之凍結，避免水蒸氣污染真空泵

冷凍干燥的步驟

冷凍干燥過(guò)程包含三個(gè)步驟： · 預凍，為接下來(lái)的升華過(guò)程準備樣品。 · 初級干燥，在此過(guò)程中，冰升華而不融化。 · 次級干燥，在此過(guò)程中，鍵和于固體物質(zhì)的殘留水分被除去，從而留下干燥樣品，這一步驟對保存樣品的穩定性非常重要。在殼式預凍中，凍干瓶中的樣品浸放在低溫熱傳導液體里旋轉，液體樣品沿凍干瓶圓周內壁結凍，以達到更大的表面積。這層薄的結凍層能讓水分子更加容易地穿過(guò)。一旦樣品結冰，就可以與冷凍干燥系統連接了。初級和次級干燥發(fā)生在樣品瓶被連接到凍干系統時(shí)，樣品立刻暴露在一個(gè)真空條件下，從而克服氣流阻力。同時(shí)熱量被提供做能量。為接在干燥箱或多歧管的凍干瓶和其它玻璃容器提供熱量的熱源是室溫空氣浴。在自動(dòng)壓蓋上箱，是加熱層供給。真空和熱量這些條件可幫助從冰中升華出的水蒸氣更容易地流離樣品和表層已凍干的物質(zhì)。

冷凍干燥過(guò)程的幾個(gè)因素:

冰凍樣品的升華效率取決于幾個(gè)因素。其中最重要的冷凍產(chǎn)品與收集器之間的氣壓差。有效的冷凍干燥發(fā)生在樣品在它所能承受的溫度，同時(shí)仍能保持冰凍狀態(tài)，與此同時(shí)收集器溫度和系統真空度保持在所能達到的低值。干燥時(shí)間的變化依賴(lài)于被冷凍干燥的材料的低共熔溫度。對于絕大多數的生物材料，這個(gè)溫度低于0oC，有的甚至要低至-40 oC。高的氣壓差和溫差將產(chǎn)生有效的干燥。 在初級凍干完成后，所有的冰即被升華。但是結合水仍舊存在于產(chǎn)品中，在次級干燥時(shí)，最后相的干燥，牢固鍵合于固體樣品的水，被稱(chēng)為吸收水轉變成蒸氣。這一過(guò)程被稱(chēng)為解吸作用。解吸是一個(gè)緩慢的過(guò)程，因為吸收水比液體水在同一溫度下氣壓更低。冷凍干燥在樣品和收集器的蒸氣壓力相等時(shí)徹底完成。如果樣品在未完全干燥時(shí)過(guò)早的脫離系統，它也許會(huì )很快的降解和失去結構及生物性能。