凍干樣品表面裂紋深度剖析

在凍干實驗或生產流程中，若發(fā)現凍干樣品上表面產生裂紋，著實令人困擾。下面就深入探究一下其成因。

一、產品自身特性相關因素

（一）成分與結構

當樣品包含大量溶質，例如高濃度的蛋白質、糖類或鹽類時，在凍干過程中，隨著水分升華，溶質逐漸濃縮。結晶過程所引發(fā)的應力變化，極有可能致使表面開裂。以高濃度蔗糖溶液的凍干為例，蔗糖結晶就會產生不良影響。此外，若樣品微觀結構不均衡，像是由不同粒徑顆粒構成的復合材料，凍干時不同顆粒間結合力存在差異，水分散失速率也不一致，應力便會在表面聚集，進而產生裂紋。

（二）初始形狀和厚度 樣品厚度過大是不可取的。厚樣品內部水分擴散至表面的路徑漫長，表面水分升華迅速，率先形成硬殼，而內部水分持續(xù)升華會使壓力增大，最終導致硬殼無法承受而破裂。例如部分塊狀生物樣品，厚度超過 10mm 時就容易出現這種狀況。形狀不規(guī)則且?guī)в屑怃J邊角的樣品同樣存在問題，邊角處水分升華速度快，應力集中，棱柱形樣品的棱角部位就極易出現裂紋。

二、凍干過程參數相關因素

（一）冷凍速度

冷凍速度過慢，冰晶會生長得較大，升華后留下的空隙大，結構疏松，容易出現塌陷和裂紋；冷凍速度過快，內部微小冰晶在升華時也可能引發(fā)應力變化，從而導致裂紋產生。對于溫度敏感的生物樣品凍干而言，冷凍速度不當就會引發(fā)嚴重后果。

（三）干燥速度（升華和解析干燥） 升華速度過快時，表面水分迅速消失，內部水分來不及補充，硬殼就會破裂。這通常是在真空度高且加熱溫度控制不佳的情況下發(fā)生的。解析干燥階段，若溫度過高或時間過長，樣品會過度干燥而變脆，在內部應力作用下，表面便會開裂。

1.真空度

真空度高時，水分升華速度快，容易造成硬殼破裂；不穩(wěn)定的真空度會使樣品內外壓力差不斷變化，同樣會產生裂紋。一旦凍干設備的真空系統(tǒng)出現故障，樣品就會受到影響。

2.擱板溫度

擱板溫度升高，樣品表面升溫迅速，水分升華加快，溫度梯度增大，內部水分遷移不均勻，應力集中于表面，從而產生裂紋。某些藥品在擱板溫度超過 30℃時就可能出現問題。