干燥試劑的優(yōu)勢

隨著人們對健康問題越來越重視，體外診斷（IVD）領(lǐng)域呈快速發(fā)展的趨勢，尤其是的出現(xiàn)，更加促進(jìn)了IVD市場的飛速發(fā)展。目前RT-qPCR已被廣泛用于IVD診斷試劑產(chǎn)品開發(fā)，但是RT-qPCR液體診斷試劑運(yùn)輸成本高，性能不穩(wěn)定，保質(zhì)期短。干燥試劑無需冷鏈運(yùn)輸，可常溫運(yùn)輸，避免了試劑反復(fù)凍融影響試劑的性能和保質(zhì)期，大幅度降低了運(yùn)輸?shù)某杀?。不僅方便用戶使用，也降低了對操作人員的要求。

圖1.干燥形式的優(yōu)勢

常溫運(yùn)輸及保存是促使干燥試劑引發(fā)分子診斷行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的主要原因，目前常見的干燥技術(shù)主要有凍干和風(fēng)干兩種方式，風(fēng)干技術(shù)成本更低，冷凍干燥技術(shù)，二者各有優(yōu)勢。

風(fēng)干的原理和優(yōu)缺點(diǎn)

風(fēng)干分為自然風(fēng)干、熱風(fēng)干燥和仿天然風(fēng)干三種工藝。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的穩(wěn)定性，一般采用熱風(fēng)干燥的方式對試劑進(jìn)行干燥。對于IVD診斷試劑，一般利用有鼓風(fēng)或真空功能的精密烘箱以高于室溫的溫度對液體進(jìn)行烘干（50℃烘干80分鐘)，將液體風(fēng)干為粘稠性的干燥物。

圖2.熱風(fēng)干燥

干燥液體分子試劑的關(guān)鍵在于，除了要保證酶在經(jīng)過干燥后能快速水化，同時(shí)還必須保證干燥試劑的穩(wěn)定性、靈敏度和特異性不受影響。風(fēng)干只需要一臺精密烘箱即可，相較于凍干，設(shè)備更加便宜，能耗更低，因此試劑的成本更低。除此之外，風(fēng)干工藝流程簡單，干燥所需的時(shí)間更短（2小時(shí)以內(nèi)）。風(fēng)干有優(yōu)勢也有不足之處，在風(fēng)干過程中，包括酶在內(nèi)的各種組分會隨著水分的蒸發(fā)而損失，不僅如此，50℃高溫還會對反應(yīng)液及其組分造成損傷，部分組分也更加容易氧化，因此風(fēng)干試劑的保質(zhì)期會更短。另外，風(fēng)干試劑的粘黏性強(qiáng)，容易掛壁的同時(shí)復(fù)水性也更差。

凍干技術(shù)的原理

與風(fēng)干不同的是，凍干技術(shù)是一種特殊的干燥技術(shù)，其基本原理是根據(jù)水的三相變化。水的三相為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，三相之間既可以共存又可以相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)水蒸汽壓大于610.75Pa時(shí)，隨著溫度的升高，冰融化為水，水再蒸發(fā)為水蒸氣；當(dāng)水蒸汽壓小于610.75Pa時(shí)，冰加熱直接升華為水蒸氣。真空冷凍干燥就是利用了水的相變這一原理，先將液體試劑凍結(jié)到-30℃～-40℃，使物料中的大部分水分凍結(jié)成冰，然后在較高的真空度下,提供低溫?zé)嵩?，冰被升華為水蒸氣，再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器將水蒸氣冷凝，使物料本身留在凍結(jié)時(shí)的冰架中，從而獲得脫水干燥的制品。

圖3.水的三相圖

凍干制劑形式

IVD凍干試劑主要分為西林瓶、原位凍干和凍干微芯三種制劑形式，不同制劑形式，各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中，西林瓶是工業(yè)化程度*高的制劑形式，不單有全自動的生產(chǎn)線，并且有完善的驗(yàn)證及風(fēng)控流程，工藝也。不足之處在于硼硅西林瓶成本較高，裝量不宜太少，而IVD試劑每份的量非常微量，因此一次要裝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。

圖4.凍干制劑形式

原位凍干是將試劑的全部組分直接按照單份凍干在試劑盒中，產(chǎn)品使用更加方便。然而凍干機(jī)的冷熱分布是有偏差的，試劑盒放置位置也不同，因此批件的一致性難以控制。另外原位凍干的設(shè)備的使用率非常低，因此攤銷成本高，如果大批量原位凍干，凍干微粉又會交叉污染。

凍干微芯不僅可以做到精準(zhǔn)定量，單人單份，產(chǎn)品使用更加方便，還可以通過特殊工藝處理，防止吸潮，實(shí)現(xiàn)常溫儲存，同時(shí)解決了多個(gè)痛點(diǎn)。不足之處在于凍干微芯的工藝開發(fā)難度大，工藝過程控制要求高。凍干制劑需要根據(jù)應(yīng)用場景選擇最佳的方案，凍干微芯具有*優(yōu)勢，適合多種應(yīng)用場景，更被市場看好。

凍干工藝的優(yōu)勢

        雖然凍干試劑的形式各式各樣，但是得益于相同的凍干原理，與風(fēng)干相比，凍干工藝的優(yōu)勢更加明顯：

(1) 冷凍干燥在低溫下進(jìn)行，因此酶不會發(fā)生變性或失去生物活力，活性完整。

(2) 由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行干燥，因此體積幾乎不變，保持了原來的結(jié)構(gòu)，不會發(fā)生現(xiàn)象。

(3) 在低溫下干燥時(shí)，物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很小，適合試劑干燥。

(4) 干燥中無機(jī)鹽不會在物料表面析出，避免了物料表面硬化。

(5) 干燥后的物質(zhì)疏松多孔，加水后溶解迅速而*，幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。

(6) 由于干燥在真空下進(jìn)行，氧氣極少，因此一些易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。

(7) 干燥能排除95%～99%以上的水分，使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不致變質(zhì)。

凍干與風(fēng)干的區(qū)別

凍干*的工藝決定了其的優(yōu)勢，與風(fēng)干相比，凍干工藝在許多方面都優(yōu)于風(fēng)干工藝，兩者之間的主要差異如下：

表1.凍干與風(fēng)干之間的差異

雖然凍干的成本更高、時(shí)間更長，但是通過凍干工藝生產(chǎn)的試劑更加穩(wěn)定、更加便于使用，這恰好符合診斷試劑的發(fā)展方向。因此，自該技術(shù)問世以來，越來越受到人們的青睞，目前已廣泛應(yīng)用于疾病檢測、病毒和病原菌檢測、食品安全檢測、動物檢測和環(huán)境檢測等各個(gè)領(lǐng)域。

產(chǎn)品性能

IVD診斷試劑中原料是關(guān)鍵，凍干原料不能直接去掉不可凍干物質(zhì)，需要針對每個(gè)組份進(jìn)行篩選、調(diào)試。因此，翌圣生物在此方面上不斷加大投入，力求為客戶提供高品質(zhì)、穩(wěn)定的可凍干原料，幫助IVD企業(yè)快速完成產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)，快速上市。

翌圣生物開發(fā)的Hieff Unicon^® V Lyo-nCoV Multiplex One Step RT-qPCR Kit (with MgCl₂)（Cat#13775）是一種無甘油、即用型的凍干分子診斷試劑，是開發(fā)常溫穩(wěn)定、可室溫運(yùn)輸儲存、多重RT-qPCR的理想選擇。

圖5.凍干試劑13755的性能

對假病毒模板分別使用液體試劑和凍干后13775試劑進(jìn)行多重RT-qPCR擴(kuò)增。結(jié)果表明，凍干后13775試劑活性完好，且依然具有高效多重反應(yīng)能力。

圖6.凍干試劑13775的熱加速穩(wěn)定性

將13775凍干粉分別放置于-20℃和37℃條件下21天，以假病毒為模板進(jìn)行多重RT-qPCR性能測試。結(jié)果表明，凍干粉13775在37℃放置21天后，其外觀及性能仍有良好表現(xiàn)。

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