Лиофилизация

Лиофилизация (от греч. lyo — растворяю и philia — склонность) — высушивание в вакууме предварительно замороженных биологических препаратов, термолабильных соединений и пищевых продуктов. Применяется как лабораторный метод в микробиологии для консервирования на длительный срок бактерий, вирусов с целью создания «музеев» культур, в гистохимии для фиксирования и сохранения гистологических препаратов. Широко используется в медицинской промышленности при производстве лечебных, профилактических и диагностических препаратов — вакцин и сывороток, антибиотиков, консервированных препаратов крови (сухой плазмы для переливания, кровезаменителей), а также для создания «банков» сухих препаратов (гомокости, гомокожи, гомососудов), применяемых при хирургических операциях. Лиофилизированные препараты могут сохраняться длительное время; они малочувствительны к колебаниям температуры в процессе хранения, легко переводятся в нативное состояние после введения растворителя (вода, физиологический раствор).

Лиофилизация состоит из предварительного замораживания и сублимационного высушивания. Консервирование препарата осуществляется при замораживании с отвердением жидкой фазы (среды); практически приостанавливаются все биохимические, химические и физические процессы. Для микробиологических и вирусных препаратов среду подбирают таким образом, чтобы предотвратить возможное разрушение отдельных клеток при отвердевании раствора и образовании льда. Подобные среды обычно состоят из комбинации кристаллоида и коллоида (например, сахарозно-желатинная среда).



Тканевые препараты требуют специального подбора режимов замораживания, поскольку введение каких-либо сред в такие препараты обычно недопустимо. Основное требование к режимам замораживания тканевых препаратов состоит в том, чтобы не происходило механического повреждения клеточных мембран и оболочек образующимися кристаллами льда, а также чтобы было предотвращено фракционирование растворов внутри и вне клеток, наблюдающееся при медленном замораживании сложных белково-солевых растворов. Конечная температура при замораживании должна быть ниже точки отвердевания наиболее легкоплавкой фракции препарата. При очень высоких скоростях замораживания, достижимых только в тонких срезах или мелко распыленной жидкости, кристаллизация не успевает произойти и вода переходит в твердое (аморфное) состояние без кристаллизации (витрификация). Таким путем удается получить гистологические и тканевые препараты, полностью восстанавливающие нативные свойства после деконсервации.

В лабораториях замораживание производят в смесях льда с солью, сухого льда со спиртом или ацетоном, в жидком азоте; в промышленности используют низкотемпературные холодильные шкафы с принудительной циркуляцией воздуха, лари с рассолом, охлажденным до низких температур. Наибольшей скорости замораживания достигают при быстром охлаждении тонких пленок или срезов, помещаемых в контактную легкоплавкую жидкость (например, изопентан), охлажденную жидким азотом.

В процессе высушивания воду удаляют путем сублимации (лед непосредственно переходит в пар, минуя жидкую фазу). Высушивание идет послойно. С целью сокращения сроков высушивания при замораживании жидких препаратов стремятся к получению тонких слоев и большой поверхности; для этого флакон или бутыль с материалом медленно вращают вокруг горизонтальной оси в ванне с охлаждающей смесью. При этом материал намораживается на боковых стенках сосуда. Первичная, полученная при замораживании, структура не должна нарушаться при высушивании. Для этого температура препарата в процессе высушивания должна быть ниже точки плавления наиболее легкоплавкой фракции препарата. Высушивание осуществляют в специальных аппаратах под вакуумом (остаточное давление менее 10-1—10-3 мм рт. ст.). Отсутствие воздуха, непрерывно откачиваемого вакуум-насосом, обеспечивает беспрепятственное движение пара от поверхности испарения до поглотителя (химического или холодной ловушки). В связи с поглощением большого количества тепла при испарении льда температура высушиваемого материала поддерживается на необходимом низком уровне без специального охлаждения.

Конечная цель лиофилизации — получение препарата с низкой остаточной влажностью (менее 1 % к весу сухого остатка). Процесс высушивания складывается из удаления свободной воды из препарата и досушивания — удаления связанной воды. Связанная вода удаляется плохо, поэтому досушивание проводят при повышенной температуре (20° и выше) и улучшении вакуума в системе. В отдельных случаях на этой стадии применяют специальные химические поглотители (Р2O5) и высоковакуумные диффузионные насосы в дополнение к насосам и поглотителям, используемым на стадии удаления свободной воды. Высушенные препараты хранят в герметизированной посуде — флаконах, банках, ампулах — для предотвращения их увлажнения при контакте с влажным воздухом. Гистологические препараты после высушивания пропитывают парафином под вакуумом и сохраняют в парафиновых блоках.

См. также Высушивание.