干燥试剂如何选择：风干与冻干的区别

2022-7-17 09:42| 编辑: 小桔灯网| 查看: 3404| 评论: 0|来源: 翌圣生物

摘要: 随着人们对健康问题越来越重视，体外诊断（IVD）领域呈快速发展的趋势，尤其是新冠肺炎的出现，更加促进了IVD市场的飞速发展。目前RT-qPCR已被广泛用于IVD诊断试剂产品开发，但是RT-qPCR液体诊断试剂运输成本高，性 ...

随着人们对健康问题越来越重视，体外诊断（IVD）领域呈快速发展的趋势，尤其是新冠肺炎的出现，更加促进了IVD市场的飞速发展。目前RT-qPCR已被广泛用于IVD诊断试剂产品开发，但是RT-qPCR液体诊断试剂运输成本高，性能不稳定，保质期短。干燥试剂无需冷链运输，可常温运输，避免了试剂反复冻融影响试剂的性能和保质期，大幅度降低了运输的成本。不仅方便用户使用，也降低了对操作人员的要求。

图1.干燥形式的优势

常温运输及保存是促使干燥试剂引发分子诊断行业重点关注的主要原因，目前常见的干燥技术主要有冻干和风干两种方式，风干技术成本更低，冷冻干燥技术最受欢迎，二者各有优势。

风干的原理和优缺点

风干分为自然风干、热风干燥和仿天然风干三种工艺。在工业生产过程中，为了保证产品质量和产量的稳定性，一般采用热风干燥的方式对试剂进行干燥。对于IVD诊断试剂，一般利用有鼓风或真空功能的精密烘箱以高于室温的温度对液体进行烘干（50℃烘干80分钟)，将液体风干为粘稠性的干燥物。

图2.热风干燥

干燥液体分子试剂的关键在于，除了要保证酶在经过干燥后能快速水化，同时还必须保证干燥试剂的稳定性、灵敏度和特异性不受影响。风干只需要一台精密烘箱即可，相较于冻干，设备更加便宜，能耗更低，因此试剂的成本更低。除此之外，风干工艺流程简单，干燥所需的时间更短（2小时以内）。风干有优势也有不足之处，在风干过程中，包括酶在内的各种组分会随着水分的蒸发而损失，不仅如此，50℃高温还会对反应液及其组分造成损伤，部分组分也更加容易氧化，因此风干试剂的保质期会更短。另外，风干试剂的粘黏性强，容易挂壁的同时复水性也更差。

冻干技术的原理

与风干不同的是，冻干技术是一种特殊的干燥技术，其基本原理是根据水的三相变化。水的三相为固态、液态和气态，三相之间既可以共存又可以相互转换。

当水蒸汽压大于610.75 Pa时，随着温度的升高，冰融化为水，水再蒸发为水蒸气；当水蒸汽压小于610.75 Pa时，冰加热直接升华为水蒸气。真空冷冻干燥就是利用了水的相变这一原理，先将液体试剂冻结到-30℃～-40℃，使物料中的大部分水分冻结成冰，然后在较高的真空度下，提供低温热源，冰被升华为水蒸气，再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸气冷凝，使物料本身留在冻结时的冰架中，从而获得脱水干燥的制品。

图3.水的三相图

冻干制剂形式

IVD冻干试剂主要分为西林瓶、原位冻干和冻干微芯三种制剂形式，不同制剂形式，各有优缺点。其中，西林瓶是工业化程度最高的制剂形式，不单有全自动的生产线，并且有完善的验证及风控流程，工艺最简单也最成熟。不足之处在于硼硅西林瓶成本较高，装量不宜太少，而IVD试剂每份的量非常微量，因此一次要装多人份或多次的使用的量，使用不完需要另外保存，便捷性有所欠缺。

图4.冻干制剂形式

原位冻干是将试剂的全部组分直接按照单份冻干在试剂盒中，产品使用更加方便。然而冻干机的冷热分布是有偏差的，试剂盒放置位置也不同，因此批件的一致性难以控制。另外原位冻干的设备的使用率非常低，因此摊销成本高，如果大批量原位冻干，冻干微粉又会交叉污染。

冻干微芯不仅可以做到精准定量，单人单份，产品使用更加方便，还可以通过特殊工艺处理，防止吸潮，实现常温储存，同时解决了多个痛点。不足之处在于冻干微芯的工艺开发难度大，工艺过程控制要求高。冻干制剂需要根据应用场景选择最佳的方案，冻干微芯具有独特优势，适合多种应用场景，更被市场看好。

冻干工艺的优势

虽然冻干试剂的形式各式各样，但是得益于相同的冻干原理，与风干相比，冻干工艺的优势更加明显：

冷冻干燥在低温下进行，因此酶不会发生变性或失去生物活力，活性完整。
由于在冻结的状态下进行干燥，因此体积几乎不变，保持了原来的结构，不会发生萎缩现象。
在低温下干燥时，物质中的一些挥发性成分损失很小，适合试剂干燥。
干燥中无机盐不会在物料表面析出，避免了物料表面硬化。
干燥后的物质疏松多孔，加水后溶解迅速而完全，几乎立即恢复原来的性状。
由于干燥在真空下进行，氧气极少，因此一些易氧化的物质得到了保护。
干燥能排除95%～99%以上的水分，使干燥后产品能长期保存而不致变质。

冻干与风干的区别

冻干独特的工艺决定了其独一无二的优势，与风干相比，冻干工艺在许多方面都优于风干工艺，两者之间的主要差异如下：

表1.冻干与风干之间的差异

虽然冻干的成本更高、时间更长，但是通过冻干工艺生产的试剂更加稳定、更加便于使用，这恰好符合诊断试剂的发展方向。因此，自该技术问世以来，越来越受到人们的青睐，目前已广泛应用于疾病检测、病毒和病原菌检测、食品安全检测、动物检测和环境检测等各个领域。

产品性能

IVD诊断试剂中原料是关键，冻干原料不能直接去掉不可冻干物质，需要针对每个组份进行筛选、调试。因此，翌圣生物在此方面上不断加大投入，力求为客户提供高品质、稳定的可冻干原料，帮助IVD企业快速完成产品研发及生产，快速上市。

翌圣生物开发的Hieff Unicon® V Lyo-nCoV Multiplex One Step RT-qPCR Kit (with MgCl2)（Cat#13775）是一种无甘油、即用型的冻干分子诊断试剂，是开发常温稳定、可室温运输储存、多重RT-qPCR的理想选择。

图5.冻干试剂13755的性能

对假病毒模板分别使用液体试剂和冻干后13775试剂进行多重RT-qPCR扩增。结果表明，冻干后13775试剂活性完好，且依然具有高效多重反应能力。

图6.冻干试剂13775的热加速稳定性

将13775冻干粉分别放置于-20℃和37℃条件下21天，以假病毒为模板进行多重RT-qPCR性能测试。结果表明，冻干粉13775在37℃放置21天后，其外观及性能仍有良好表现。

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