产品塌陷 （Collapsed Cake）

在初次干燥过程中，当产品温度超过冷冻浓缩溶液的玻璃态转化温度(Tg')或在二次干燥早期超过玻璃态转化温度（Tg）时，都可能会发生冻结产品的崩塌，从而导致粘性流动和冷冻过程形成的微观结构损失。在初次干燥过程中，当产品温度超过崩塌温度（Tc）时（Tc通常比Tg' 高几度），会发生崩塌。

下图显示了完全崩塌和部分崩塌的产品，以及显示没有崩塌迹象的西林瓶产品。除了失去药物的“优美”外观之外，冻干产品崩塌会导致冻干固体的比表面积（specific surface area，SSA）相对于正常冻干固体的比表面积（SSA）减小，SSA的减少可导致最终产品中残余水分水平升高，也可能导致制剂复溶时间的增加。

但另一方面，如果在微观结构仍完整完好的前提下，SSA较低的冻干产品，则比同种拥有较高SSA的产品具有某些理想的性能，比如低SSA可降低药物分子（如蛋白质）暴露于产品/空气界面的可能性。最近的研究还表明，低SSA的冻干饼（如受控冰核冷冻的结果）可能具有更短的重构时间。

冻干产品崩解对药物稳定性的影响取决于药物和制剂的属性。

以蛋白产品为例，一些数据和研究认为，崩塌对冻干蛋白质药物产品只是一个外观问题，对蛋白质稳定性没有负面影响。然而，也有一些不同的声音，对这个观点持谨慎态度，认为崩塌相关的残留水分水平升高会对某些蛋白质的固态稳定性产生不利影响，稳定性受损的一个可能原因是稳定溶质（如蔗糖）的结晶，但这在生产过程中很少发生。但必须认识到，崩塌不仅可能发生在冷冻干燥过程本身的时间过程中，而且也可能发生在储存过程中。当然，在后一种情况下，储存温度接近冻干固体的玻璃化转变温度（Tg），粘性流动在更长的时间尺度上发生。下面是含有蔗糖作为稳定剂的冻干蛋白质配方在稳定性试验期间不同程度的蛋糕崩塌的照片。产品崩塌最终可能伴随着蔗糖的结晶和赋形剂的稳定作用的丧失。

因此作为制剂和工艺开发的一部分，区分崩塌是一种外观缺陷还是一种可能导致患者安全问题的缺陷是很重要的，特别是当崩塌影响药品的稳定性时。

在目视检查期间，从批次中剔除所有明显产品崩塌迹象的西林瓶的方法，不代表可以不进行崩塌对产品稳定影响的研究。因为，有可能在产品内部体积中存在部分塌陷的区域，并且可视检查看不到。在这种情况下，关于崩塌对稳定性影响的数据的可用性可以保证，如果部分崩塌的材料在目视检查中没有被拒绝，患者也不会受到产品使用的不利影响。

冻干产品上移 （Lifted Cake）

在冷冻干燥过程中，冻干饼有时会在西林瓶中向上移动，如下图所示，同时还可以在西林瓶底部看到一些从冻干饼中分离出来的固体。冷冻干燥后立即观察到，冻干产品完好无损，但只是从瓶底分离升高。这个现象形成的物理机制还没有定论。一个合理的解释是此提升过程可能发生在初次干燥过程中，冻干产品与西林瓶内壁略微分离，这为溢出的升华水汽提供了一个低阻力路径，而此处水汽气流对冻干饼施加力，导致其从瓶底部提起。通常，在初次干燥后冻干饼会回落到西林瓶底部，但并不总是这样，如果总质量较低，这种提升且停留现象可能会进一步被夸大。

这种提升现象是否能成为产品剔除的原因，需要具体问题具体分析。如果此提升情况导致产品接近胶塞，需假设容器密封完整性受到影响。此外，如果在正常处理和剂量制备过程中，提升位置靠近接近胶塞，则会对产品使用时的复溶重构造成挑战，因此，应考虑拒收剔除。

从过程控制的角度来看，在初次干燥过程中，冻干产品位置变化会减少产品与热源之间的热接触，从而延长初次干燥时间，换句话说，在设定好的冻干周期内，其可能干燥不充分，这会使其最终水残留量变得不确定。然而这点，可以通过产品质量分析验证，并且，如果对残余水分或任何其他CQA没有影响，则不一定拒收剔除。另一方面，如果残留水分量产生负面影响，则必须剔除。

当然，如果可能的话，这种提升现象需要在开发过程中解决，因为提升的产品表明这个冻干过程没有得到足够的控制。

收缩、开裂 （Cake Shrinkage、 Cracked Cake）

冻干产品收缩如下图所示，是指冻干饼体积的明显损失，通常是体现在冻干产品从西林瓶壁和瓶底回缩分离。需要小心对待冻干产品的收缩，因为收缩可能是崩塌的第一个表现。

然而，大多数冻干饼的收缩似乎与崩塌无关。早期的一项研究提出了这样一个观点，即收缩和开裂是同一物理机理的不同表现。“冻结”的无定形结构中存在的未冻结水含量，与冻干产品的萎缩存在相关性。当这些未冻结的水在干燥过程中被除去时，导致体积收缩，从而有应力在冻干产品中形成。

这种应力可以通过收缩或开裂来消除，其中发生的决定因素可能是产品与西林瓶内壁的粘附程度。实际上，粘附力是收缩还是开裂的一个重要决定因素，因为在产品收缩发生之前，固体必须先与西林瓶内壁分离。

收缩与黏附是导致冻干产品损坏的重要原因之一，因为产品在运输过程中经受不同程度的颠簸搅动，可能造成西林瓶中产品的碎裂成松散的块状物，但由于这些块状物是在冷冻干燥过程完成后形成的，因此不应影响药物产品的稳定性，并且只是外观问题。

回熔（Meltback）

回熔可能意味着冷冻干燥过程中冷冻基质的熔化或崩塌，因为两者都可能导致产品看起来不像是升华干燥的结果。回熔通常由于初次干燥结束/二次干燥初期仍有冰的存在。如果回熔是由干燥过程引起的，则应改进该工艺过程。如果在批内和批间随机地观察到回熔，则可以尝试调查冻干机的装载情况。

西林瓶接触不良，从而减少了西林瓶内的热传递，也可能导致在初次干燥步骤中不能完全去除冰，导致回熔。如果回熔实际上是塌陷（下图也可以是塌陷的一种形式），那么同样的考虑也适用于产品塌陷 （Collapsed Cake）。回熔通常表示配方和工艺理解不好，因此，含有回熔的产品应被拒收。

产品喷射或残留胶塞、瓶口（Product Ejection/ leave between Vial and Stopper）

产品喷射是指干燥或部分干燥的粉末在一次干燥过程中西林瓶中“吹出”。这可能是由于初次干燥过程中的熔融，或者更常见的是，由于冻干产品的粘性不足以承受从升华水汽的影响。在含有有机溶媒（如叔丁醇或乙醇）的配方中，以及在含有非常低水平的总溶解固体的配方中，易产生粘性较差的冻干饼，则产品喷射似乎也就更常见。代表性照片如下图所示。应将其视为严重缺陷，因为固体材料也可能存在于小瓶的密封面和封盖之间，这将损害产品的无菌保证（容器密封完整性失效）和可实际交付剂量，从而危及患者。

但下图这种情况，可能是由于灌装过程中，有液滴残留在瓶口靠近胶塞的区域。当然，不排除如上所述，产品喷出将导致产品位于瓶子和胶塞之间的区域。无论究竟那种情况造成的，这种现象也可能会对容器密封完整性和可交付剂量的潜在影响，应考虑剔除。

雾化（Fogging）

雾化是指出现西林瓶内表面残留一层产品的现象。它常常被误认为只是由于在灌装和装入冻干机之间的搬运过程中，西林瓶内的液体搅动引起的。但实际有相当多的观点认为，雾化是由马兰戈尼效应造成的，即由表面张力梯度驱动的流动。就像在红酒可以在玻璃酒杯放置，酒杯内部出现一层酒膜。

虽然雾化的驱动力是在空气/液体界面上，但一个令人信服的假设，表明该机制也涉及液体/固体界面能的驱动力。

雾化常见于含有表面活性剂或某些表面活性成分（有时是药物本身）的配方中。但为了了解对雾化形成的影响因素，一些研究对配方组成（表面活性剂的类型和浓度，包括不含表面活性剂的对照组）、玻璃瓶处理（清洗/去热原）和表面构成（非硅化与硅化内表面），和灌装后西林瓶的温度历史进行了研究，发现即使在不含表面活性剂的配方组中，表面张力约为72 dynes/cm的配方组也出现雾化现象。

事实上，雾化总是出现在具有亲水性内表面的西林瓶中。减少或消除雾化的一种方法是使用带有硅化内表面的玻璃瓶。

雾化可能被认为是一种外观缺陷，除非流动的程度将溶液带入西林瓶的颈部区域（靠近塞子），在那里容器的密封完整性可能会受到影响。因此需要确定导致拒收的标准，即雾化所处于西林瓶的高度。为避免不必要的误剔废，可能需要对冻干产品的自动可视检验技术或参数进行调整。

冻干环，轻微挂壁和严重挂壁（Lyo Ring, Minor Splashing, and MajorSplashing）

冻干环主要是由于溶液从灌装针滴落造成的，也可能是由于灌装后在向冻干机中装载过程中出现搅动形成的。根据配方性质，如表面张力和粘度，决定了溶液是留在西林瓶颈部，还是通过重力回落到西林瓶底部的溶液中。如果溶液留在颈部，然后在相同的相对位置进行冷冻干燥，则显示为冻干环，而如果溶液从小瓶壁滴下，则冷冻干燥后，小瓶壁上会出现干燥产物的条纹（轻微挂壁）。通常，冻干环或瓶内壁上的轻微挂壁对CQAs没有影响（只要它不是出现在瓶和胶塞之间的），因此通常二者是可以接受的。但是，严重挂壁（也可能是雾化，或两者兼而有之）表示灌装和装载过程理解和控制较差，因此，即使对CQAs没有影响，也可能需要解决。

膨化 、起泡（puffing 、Bubble or Foam）

“膨化”指的是下图中所示的类型，干燥固体的顶面上出现这种明显的气泡。膨化可能是由于干燥过程中的塌陷或少量共晶熔化造成的。在冷冻过程中，溶质的浓缩通常会导致冷冻浓缩液中产生小气泡。无论是超过崩塌开始的温度，还是超过共晶混合物的熔化温度，变成液态的过程都可能导致这些气泡膨胀，然后上升到表面。如果气泡的物理稳定性足以承受进一步的干燥，这些气泡的残余物就会留在最终产品中。然而，膨化的出现并不一定意味着显示这种外观属性的产品应该被丢弃。如果一批中只有少数几瓶观察到膨化，则应丢弃显示此外观现象的产品。然而，如果在一批中的所有小瓶中观察到膨化而对CQAs没有影响，那么膨化很可能是配方和工艺的一种特有特征，因此是可接受的。

而下图出现的起泡外观则有可能是灌装过程引起的。如果在灌装过程中产生气泡，气泡保持在溶液中，并且如果因配方的粘度或表面张力等特性，导致这些气泡不会消散，则在冷冻和干燥程中，气泡始终完整地保持在溶液表面。一般来说，气泡或泡沫对CQAs没有影响，因此，带有气泡或泡沫的产品是可以接受的。

倾斜（Slanted Cake）

如果不是整张板层上的西林瓶都出现这种情况，那么应该西林瓶底没有在完全接触板层表面，造成西林瓶瓶中有外观倾斜面的冻干产品（如下图）。

这可能是向冻干板层上装载西林瓶过程中出现的问题。即西林瓶虽以紧密六边形瓶组状态进行装载，但少数西林瓶可能失去了与板层的完全接触。一般来说，带有倾斜产品外观的西林瓶会被拒收剔除，因为这种西林瓶的干燥条件被认为与其它正常装载的西林瓶不同，可能会导致残留水分增加，从而影响产品的稳定性和活性。

不均匀冻干纹理（Inconsistent Texture）

通常我们认为，冻干产品整个外观最好是一致均匀的，但实际情况也并非总是如此。比如下图所示的例子中，冻干后的纹理在底部和顶部是非常“细腻”的，但是中心部位有一个粗糙的，颗粒感的外观。

研究人员 (M.J.P.) 观察到，此产品的冻结首先发生在西林瓶底部，然后形成的冰上升到溶液顶部，然后在西林瓶底部进行再次冻结，从而在两层溶液冻结混合物之间出现尚未含有冰晶的溶液“断层”。在后续预冻阶段，由于中心“断层”相比上下两层没有明显的过冷阶段，因此，所形成的冰晶结构相对上下两层大，导致在冷冻干燥后冻干饼中部出现非常粗糙的孔隙结构。这种纹理变化通常会导致SSA降低，但不会对任何CQA造成已知或可疑的不利影响。因此，这种情况的冻干产品纹理不均匀通常不导致拒收。

摘译自：Lyophilized Drug Product Cake Appearance: What Is Acceptable?

作者：Shengyi 

来源：拾西 公众号

日期：2020年7月20日