Hirakura在2004 年，在配有磷酸盐缓冲液和甘氨酸的冻干重组蛋白中证明了磷酸氢二钠的结晶。在加热冷冻溶液期间观察到结晶，导致安瓿破裂。其通过在-6 °C下进行长时间冷冻预处理（过夜），让磷酸氢二钠完全结晶，从而降低碎瓶概率。

Ito 及其同事于 2006 年发表的一项研究表明，100 mg/mL 硫喷妥钠与 6 mg/mL 碳酸钠的水溶液在冷冻干燥过程中导致 9% 的安瓿破裂。作者报告提出，增加氯化钠或氯化钾的用量可减少破损。作者认为，减少破损的方法是添加无定形溶质，从而减少结晶的水量。

2007 发表的Milton等人的研究，也是溶质结晶导致西林瓶破裂的典型例子。作者让破裂现象与相关的热力现象关联起来，发现西林瓶应变的增加与氯化钠结晶放热相对应。

2007 Jiang 等人在冻融freeze-thaw实验中，研究了影响含有可结晶赋形剂的制剂的西林瓶破损的变量。这些研究变量包括甘露醇浓度（5%和15%）、不同的冻融条件（快速、慢速和分段）、灌装配置（不同的灌装量/西林瓶尺寸比）和包装。较高的甘露醇浓度、快速冻融和大灌装量会导致较高的破损率。快速冻融会导致升温解冻Thaw过程中更多的西林瓶破损。然而，缓慢冻融会导致降温冷冻Freeze过程中更多的瓶子破损。这被认为是与冷冻期间的初始结晶和解冻期间的二次结晶带来的突然体积膨胀相关。而分阶段逐步降温，允许甘露醇完全结晶，从而减少了破损概率。另外，较高的灌装量始终表明较高的破损率。

在另一篇配套论文中，Jiang等人又对具有不同蛋白质浓度、灌装配置和冻融条件的无定形蛋白质制剂的西林破裂机制进行了研究。较高的破损率与较高的蛋白质浓度和较高的灌装量相关。此外，在冻融过程中，-70℃的冷冻温度比-30℃的更高冷冻温度导致更多的破损，原因是冷冻过程中西林瓶破裂是由于冷却至 -30°C 以下时蛋白质制剂的热收缩thermal contraction造成的。收缩让冻结块与瓶壁的快速分离，而蛋白质浓度越高导致越显著的玻璃向内变形（负应变），这会让玻璃和冷冻制剂分离期间释放更高的势能，从而导致更高的破损率。而解冻过程中的热膨胀解释了解冻过程中偶尔出现的破裂。

在《冻干过程中管制西林瓶破损现象》中也提到，Machak等人2019 年发表的文章中，对管制瓶进行了断裂分析，以了解冻干过程中断裂所涉及的力。结论是，冻干过程中最常见的破损类型是冷冻产品向外膨胀力造成的破损，这与过程中热梯度造成的破损不同。此外作者认为，玻璃瓶热性能的变化不太可能对典型冻干过程中可能经历的破损频率产生显著差异。

另外在《灌装过程中玻璃粒子的产生原因》中提到，Timmons 等人2017研究认为，商业化生产线上西林瓶转运过程中的瓶与瓶摩擦和碰撞会带来潜在伤害的可能性，从而产生玻璃粒子。在实验室研究中，他们发现这种瓶与瓶之间的碰撞所涉及的力高达 30 牛顿 (N)。当施加的应力超过材料局部强度时，机械接触就可能造成瓶子的表面损伤。

2022年，Sahni等人发现在做一些“挑战性”冻干周期时，放置在工业冻干机最上面板层和板层周围的西林瓶更容易破损，其认为这是由于工业冻干机相比实验室冻干机而言，其拥有金属质量更大的重型钢结构，而且工业冻干机为了保证无菌条件，需要做SIP/CIP，这会导致残余热量影响初次干燥时的产品温度，更高温度的产品热膨胀对瓶壁施加的力会导致破损率增大。此外还通过实验室冻干破损“挑战”测试，发现经过加工处理的（清洗和去热原）、更薄和未涂层的玻璃瓶的破损率更高。

作者：Shengyi
来源：拾西
公众号日期：2024年4月17日