Was ist ein Lyophilisator? Wie funktioniert es? Millrock Technology, Inc.

Ein Lyophilisator arbeitet in drei Phasen, wobei die erste und kritischste die Gefrierphase ist. Die richtige Lyophilisierung, auch Gefriertrocknung genannt, kann die Trocknungszeiten um 30% verkürzen.

Gefrierphase

Ein Lyophilisator verwendet verschiedene Methoden, um das Produkt einzufrieren. Das Einfrieren kann in einem Gefrierschrank, einem gekühlten Bad (Shell-Gefrierschrank) oder auf einem Regal im Lyophilisator erfolgen. Der Lyophilisator kühlt das Material unter seinen Tripelpunkt, um sicherzustellen, dass Sublimation, anstatt zu schmelzen, auftritt. Dadurch bleibt die physische Form des Materials erhalten.

Ein Lyophilisator friert am einfachsten große Eiskristalle ein, die durch langsames Einfrieren oder Glühen hergestellt werden können. Bei biologischen Materialien können Kristalle jedoch, wenn sie zu groß sind, die Zellwände brechen, was zu nicht idealen Gefriertrocknungsergebnissen führt. Um dies zu verhindern, erfolgt das Einfrieren schnell. Für Materialien, die zum Niederschlag neigen, kann Glühen verwendet werden. Dieser Prozess beinhaltet ein schnelles Einfrieren und dann eine Erhöhung der Produkttemperatur, damit die Kristalle wachsen können.

Phase der Primärtrocknung (Sublimation)

Die zweite Phase eines Lyophilisators ist die Primärtrocknung (Sublimation), bei der der Druck gesenkt und dem Material Wärme zugesetzt wird, damit das Wasser sublimiert. Das Vakuum des Lyophilisators beschleunigt die Sublimation. Der kalte Kondensator des Lyophilisators stellt eine Oberfläche zur Verfügung, damit der Wasserdampf haftet und sich verfestigt. Der Kondensator schützt auch die Vakuumpumpe vor dem Wasserdampf. Etwa 95% des Wassers im Material wird in dieser Phase entfernt. Primärtrocknung kann ein langsamer Prozess sein. Zu viel Wärme kann die Struktur des Materials verändern.

Phase der sekundären Trocknung (Adsorption)

Die letzte Phase eines Lyophilisators ist die sekundäre Trocknung (Adsorption), bei der die ionisch gebundenen Wassermoleküle entfernt werden. Durch die Erhöhung der Temperatur höher als in der primären Trocknungsphase werden die Bindungen zwischen dem Material und den Wassermolekülen gebrochen. Gefriergetrocknete Materialien behalten eine poröse Struktur. Nachdem der Lyophilisator seinen Prozess abgeschlossen hat, kann das Vakuum mit einem Inertgas unterbrochen werden, bevor das Material versiegelt wird. Die meisten Materialien können auf 1-5% Restfeuchte getrocknet werden.