Замораживание и сушка - это процесс удаления влаги или других растворителей из замороженных биологических продуктов путем сублимации. Сублимация относится к растворителям, таким как вода, как сухой лед, без жидкого состояния, из твердого состояния непосредственно в газообразное. Продукт, полученный в результате замораживания и сушки, называется лиофилизатором (lyophilizer), и этот процесс называется лиофилизацией (lyophilization).
Традиционная сухость вызывает морщины материала и разрушает клетки. Структура образца не разрушается во время замерзания и сушки, так как твердый состав поддерживается твердым льдом на его месте. При сублимации льда он оставляет поры в сухом оставшемся материале. Это позволяет сохранить целостность биологической и химической структуры продукта и его активности.
В лабораториях существует множество различных применений лиофилизации, и это * во многих биохимических и фармацевтических применениях. Он используется для получения биологических материалов, которые могут быть сохранены в течение длительного времени, таких как микробиологические культуры, ферменты, кровь и лекарства, которые, помимо стабильности долгосрочного сохранения, сохраняют присущую им биологическую активность и структуру. Для этого замороженная сушка используется для подготовки образцов тканей для структурных исследований (например, электрозеркальных исследований). Замораживание и сушка также используются в химическом анализе, который позволяет получать сухие образцы или концентрировать образцы для повышения чувствительности к анализу. Замороженная сушка стабилизирует состав образца и не требует изменения химического состава, что является идеальным аналитическим вспомогательным средством.
Замораживание может происходить естественным образом. В естественных условиях этот процесс является медленным и непредсказуемым. С помощью системы замораживания и сушки люди улучшают, подразделяют многие шаги, ускоряя этот процесс.
Основная система охлаждения и сушки включает:
• Одна сушилка или несколько труб
• Вакуумная система для преодоления препятствий и ускорения потока газа
• Один источник тепла обеспечивает энергией
• Криогенный конденсатор, используемый для увеличения перепада давления пара Zui и захвата пара, чтобы заморозить его, чтобы избежать загрязнения водяным паром вакуумных насосов.
Процесс замораживания состоит из трех этапов:
· Предварительное замораживание, подготовка образцов для последующего процесса сублимации.
· Первичная сушка, в ходе которой лед сублимируется без таяния.
• Вторичная сушка, в ходе которой удаляется остаточная влага, связанная с твердым веществом, оставляя сухие образцы, является важным шагом для сохранения стабильности образца. При предварительном замораживании в корпусе образец в бутылке с замороженной сушкой погружается в криогенную теплопроводную жидкость и вращается, а образец жидкости замерзает вдоль внутренней стенки окружности бутылки с замороженной сушкой для достижения большей площади поверхности. Этот тонкий слой мерзлоты облегчает прохождение молекул воды. Как только образец замерзает, его можно подключить к системе охлаждения и сушки. Первичная и вторичная сушка происходит, когда баллон образца подключается к системе лиофилизации, и образец сразу же подвергается воздействию вакуума, который преодолевает сопротивление потоку воздуха. В то же время тепло подается как энергия. Источником тепла для охлаждающих и сухих бутылок и других стеклянных контейнеров, подсоединенных к сушильным ящикам или многотрубным трубам, является воздушная ванна комнатной температуры. На автоматической крышке ящика подается нагревательный слой. Вакуум и тепло эти условия могут способствовать более быстрому вытеснению водяного пара из льда из проб и высушенных поверхностей.
Эффективность сублимации замороженных образцов зависит от нескольких факторов. Среди них Zui имеет важное значение разницу в давлении между замороженными продуктами и коллекторами. Эффективное замораживание и сушка zui происходит, когда образец выдерживает высокую температуру zui, сохраняя при этом замороженное состояние, в то время как температура коллектора и вакуум системы остаются на низком уровне, который может быть достигнут zui. Изменение времени сушки зависит от низкой общей температуры плавления замороженного сухого материала. Для подавляющего большинства биологических материалов эта температура ниже 0°C, а некоторые даже ниже - 40°C. Высокие перепады давления и температуры создадут эффективную сушку. После завершения первичного замерзания и высыхания весь лед сублимируется. Но вода, связанная с водой, все еще присутствует в продукте, при вторичной сушке, сушка задней фазы zui, прочная связь с твердыми образцами воды, называется поглощение воды в пар. Этот процесс называется десорбцией. Десорбция является медленным процессом, так как поглощающая вода имеет более низкое давление, чем жидкая вода при той же температуре. Замораживание и сушка осуществляются при равном давлении паров образца и коллектора *. Если образец преждевременно выходит из системы, когда он не высох *, он может быстро разлагаться и терять свои структурные и биологические свойства.