FD-1冷冻干燥机的研制及生物材料的冷冻干燥

目前冷冻干燥机种类很多，己广泛用于生物工程、医学研究及其它科学研究和生产的领域中由于市售的冷冻干燥机的结构和功能不能满足工作的需要，而且价格昂贵，对此我们设计并研制了一种能适合于实验和批量冷冻干燥生物材料的中等机型。本研究对该机进行了负载和空载实验，并冷冻干燥了胶原海绵、菌种等多种多批的生物材料，现将结果报告如下。
2材料和方法2.1冷冻干燥机的设计我们研制的FD-1冷冻干燥机在设计上不仅考虑了制冷温度和制冷量，而且也考虑了冷冻干燥胶原海绵膜散热面大加温等特殊功能的需要制冷系统采用R502进口压缩机（法国泰康）和R502制冷剂（美国产），管道采用全封闭式，蒸发器以串连方式连接冷冻箱蒸发器为镀镍的铜质螺旋管，冷冻箱内胆为不锈钢，其容量为15L蒸发器外罩为透明有机玻璃圆筒（容量9L），拆卸方便。本机配有两个冷冻干燥室，小干燥室采用透明有机玻璃圆筒，其容量为8L（内直径240mm）使用时放在蒸发器外罩筒顶，即可形成独立的真空干燥室为了满足干燥面积大的材料如胶原海绵冻干和高温交联的需要，我们改造了ZK~82B真空干燥室（上海），可与FD-1冷冻干燥机联合使甩本机选用国产XZ-2型真空泵（5\"△联系人lmailinzgcayeaTetc吴志谷等。FD-1冷冻千燥机的研制及生物材料的冷冻千燥xicr4乇）以维持干燥系统的真空2.2冷冻干燥样品000ml倒入两个mm），作负载试验。
mm厚的胶原月吴。
2.2.3菌种溶液350~600ml，分别倒入三角烧瓶和平皿内，预冻厚度分别为15~ 12mm对冻干种进行活力检查。
2.2.4GF去纤酶溶液635ml，分别倒入4个大平皿内，预冻厚度分别为10~ 3冷冻干燥机及样品温度的测量2.3.1FD-1冷冻干燥机蒸发器管壁内侧装有温度传感器，可间接测定蒸发器温度每10~60min记录一次2.3.2LTM-1超低温测温仪1号温度传感器放置在蒸发器冷凝管壁上，2号温度传感器分别置冷冻箱冷凝管壁上各点温度定时测定打印出来2.3.3水银及酒精温度计监测干燥箱及箱内样品的温度。
2.4冷冻干燥室真度的测量ZDO-2型热偶真空计（中国）2.5冷冻干燥样品的预冻样品在冷冻干燥前，分别置-30*C冰箱内冷冻3h以上，使样品彻底冻结3结果3.1制冷温度及负载试验该机无负载时蒸发器及冷冻箱降温曲线及停机后的升温曲线见在冻干机上温度显示，开机40min内冷凝温度达到-42°C，小冰箱载达到-23*C.而直接贴在蒸发器管壁上的传感器显示开机20min时蒸发器温度能达到低点，其温度比前者低5~（低温度可达到50°C）开动真空泵后约1min蒸发冷凝器及冷冻箱分别下降3*C~空度达到20Pa，30min达到10Pa左右。关闭制冷机后30min蒸发器冷凝器及冷冻箱温度将回升至5C当ZK-82B真空干燥箱内放入1 000m栋结自来水，冷冻箱放入1100m自来水时，从显示蒸发冷凝器和冷冻箱内温度稍回升，持续约3h后再恢复到原来的温度3.2胶原海绵冷冻干燥FD-1冷冻干燥机与ZK-82B型真空干燥箱联用冻干胶原海绵30批，均获得满意效果显示600ml（厚1mm）胶原海绵溶液冻干过程中蒸发冷凝器及真空干燥箱内样品温度的变化样品放入干回升并达到室温（25C）箱内样品温度从预冻的- 30°约30爪回升到-12，持续约4匕随后逐渐回升到室温冻干后加热，干燥箱外30min可达到预置温度（120C），加热1h箱内可升温到100C，中心样品温度为82C，约4h后升温并恒定在105C燥箱后蒸发器温度回升约5C，1h后蒸发器恒定在（见）冻干的胶原海绵成典型的多孔结构（见图冷冻干燥胶原海绵的温度曲线冷冻干燥后的胶原海绵（X25）3.3菌种的冷冻干燥装6个三角烧瓶，每瓶50~100ml，预冻厚度为15~30mm，样品置小干燥室，经46h冷冻干燥全部冻干，冻干的菌种活力达90以上当500~600ml菌种分装于两个大平皿和4个小平皿，经-30*C冷冻过夜再转入小干燥室或ZIK~82B真空干燥箱内600ml菌种（6个平皿，厚8-12mm）在ZK-82B真空干燥箱冷冻干燥23h箱内温度便回升到室温，表明菌种己基本冻干冷冻13h后蒸发冷凝管温度回升较快，持续时间亦长，随后温度下降恒定在-35C左右样品放入箱内便逐渐回升，13h达到0C，23h回升到室温并菌种全部冻干停机后收集到解冻的凝集水450m……
3.4GF-去纤酶溶液过程中干燥箱内样品温度在0*C下持续时间约38h，40h后逐渐达到室温并全部冻干5冻干样品容量厚度与冻干时间表1显示胶原溶液、菌种和去纤酶液量和冻结厚度与冻干时间的关系400ml以下胶原液需要5~12h，450~600ml则需要15~24h预冻厚度为15~35mm的350ml菌种液，冻干时间为46h；而冷冻厚度较薄的550~600ml的菌种液，冻干时间约为24hGF去纤酶冻干时间与液量和厚度相同的菌种大体相似4讨论1FD1冷冻干燥机空载及负载温度变化特点本机在无负载情况下，开机后40min间接测得20min，LTM-1超低温测温仪直接测得蒸发冷凝管温度达到-42C.开真空泵后冷凝器外壁温度再度下降2C~3°C，即达到R502制冷剂的蒸发温度（-），小冰箱温度达到-29*C.间接和直接测温的温差约2°C~3C，但直接测温法效应时间比间接测温法明显快，显然与传感器放置的位置及方式不同有较大关系当真空干燥箱内放入1000ml冷冻自来水和冰冻箱放入1100ml自来水时（）小冰箱温度回升3°C~5C，7h后便下降到-27C；蒸发冷凝管壁的温度急剧回升，5h回升约9*C，持续约2h温度下降并维持在-45C.冷冻干燥23h脱水量至少550ml以上，冷冻相可使1100ml水全部冻结。结果说明该冻干机有较好预冻和冷冻干燥能力。
4.2冷冻干燥生物样品的特点从几种生物样品冻干结果表明冻干时间与样品液量和冷冻厚度有密切关系样品蒸发面的大小，样品冻结厚度直接影响冷冻干燥时间和效果，即液量或厚度加，冻干时间也就相对延长液量相同而材蒸发冷凝管温a——A小冰腧-124C遍机Mshfg不Ju的生物材其冷干燥的降温过程略同。但不管是蒸发面较大的胶原海绵，还是蒸发面较小的菌种，冷冻干燥开始2~3h，蒸发冷凝管温度都将回升几度，数h后便可恒定在低温度上从上述结果发现各种样品在干燥箱内的温度变化是不同的。胶原海绵由于蒸发面大，预冻较薄，因而便很快从样品的预冻温度回升到-12°C~- 16C，持续15h后才逐渐回升，20h回升到0C以上，24h内达到室温蒸发面较小的菌种组，样品放入箱内后，温度很快回到-7*C，14h回升到°C以上如果菌种样品量虽不多预冻较厚，则冻干时间明显延长GF-去纤酶与同量的菌种冻干时间大致相当。所有样品在干燥过程中箱内温度始终维持在0*C以上，这样有利于冷冻样品结晶水的升华和样品中残余水的排除。为了促进冷冻样品结晶水的蒸发，缩短冻干时间，促使胶原海绵在高温下交联，可以向箱内加热改良的ZK-82B型干燥箱是在箱外加热，实验证明预置温度必须高于所需温度。如果胶原的高温交联加热2h左右才能达到所需温度，那么箱内中部样品要达到此温度则需要更长的时间。
4.3真空干燥需要注意的几个问题开机约40min蒸发冷凝器到达-4左右，无负载真空度达到30Pa以下，方可进行冷冻干燥一次冷冻干燥样品量要适当；冷冻样品不宜过厚；样品在冷冻干燥前必须预冷，大多数样品在-30*C即可满足要求；为样品提供热量不能过大过快；即使样品己达到室温，也必须继续冷冻干燥3h左右；样品冻干后，应及时放入干燥容器或密封保存；停机后，及时清除解冻水；真空泵油使用时间较长或污染应及时更换通过以上实验及多年冷冻生物材料结果表明FD-1冷冻干燥机基本上达到了设计要求对研究创伤修复材料如冷冻干燥胶原海绵非常适用，对冷冻干燥菌种等其他生物样品也很适用。FD-1冷冻干燥机为中型冷冻干燥机，它具有体积小，重量较轻，移动方便，冷冻速度快，脱水量较大，真空度较高，有预冻箱等优点，蒸发冷凝及干燥筒均采用透明的有机玻璃，能方便地观察蒸发冷凝器结霜及样品的冷冻干燥情况该机可独立或联合改造的高温真空干燥箱使用，适用于不同生物样品的冷冻干燥，是实验室和中小批量冷冻干燥生物样品较好的冻干设备但该机没有配置监测样品温度和真空度的专用仪表，尚待进一步改进完善。