凍結乾燥製品の生産・製造プロセスの基礎からシミュレーション・品質安定化・評価分析技術

フリーズドライ (凍結乾燥) とは凍結した製品中の水分を昇華によって取り除くことを特徴とする乾燥手法です。質の保持に最も優れた乾燥方法として知られており、抗がん剤、抗生剤、ワクチンをはじめ、インスタント食品などの製造にもその利用はますます拡大しています。その反面、その背景で起こっている現象は非常に複雑で、一見静かにゆっくりと進行している凍結と乾燥の過程では、いくつもの現象が同時に起こっています。 　本講演では、それらの現象をひとつずつ丁寧に取り上げ解説します。これらの現象はいずれも最終的な製品の品質と結びついており、これを理解することで品質安定化のために必要な考え方を身につけて貰います。また、乾燥の進行速度がどのように決定しているかといった数学を使った解説を通じ、凍結乾燥がどのようなメカニズムで進行し、どうすれば乾燥を速く進行させられるかの考え方を身につけて貰います。

1. 凍結乾燥にとって重要な 物理化学を理解する
   1. 溶解度・溶解度曲線
   2. 結晶・結晶多形・ガラス転移
   3. 乾燥製品の物性
2. 凍結乾燥の工程と装置を知る
   1. 凍結乾燥と他の乾燥手法との違い
   2. 凍結乾燥の工程
   3. 医薬用・食品用の凍結乾燥装置
   4. 凍結乾燥装置内で水はどう動くか
   5. 凍結乾燥過程の温度チャートの読み方
3. 凍結乾燥過程で起こる さまざまな現象を理解する
   1. 凍結過程で起こる現象
   2. 過冷却現象の解除
   3. 固液相平衡図上で理解する凍結
   4. 氷晶が作るミクロ構造
   5. アニーリング操作で変わる氷晶のミクロ構造
   6. 凍結乾燥製品の氷晶サイズの推算と分布
   7. 乾燥過程で起こる現象
   8. コラプス・発泡の発生
4. Excelでできる凍結乾燥の シミュレーション
   1. 伝熱方程式・拡散方程式
   2. 凍結乾燥を数学的に記述する
   3. 棚板式バイアル凍結乾燥モデル
   4. モデルを用いたシミュレーションの方法
   5. シミュレーションの実施例
   6. デザインスペースの推算
5. 凍結乾燥を実施しよう
   1. 凍結乾燥プログラムの設定
      • 一次乾燥温度
      • 二次乾燥時間
   2. 凍結乾燥の実施 (ラボ試験)
6. 品質を安定化させる
   1. 製品品質の変化はいつ起こるか
   2. 品質安定化のためのアプローチ
   3. 保護物質の役割と選定
   4. 復水性・再水和特性の保持
   5. 吸湿のメカニズムと湿度管理
   6. 好気成分の保持
   7. ナノ粒子の凝集抑制
   8. エクストリーム条件による安定性保持
7. 分析手法
   1. 含水率測定
   2. コラプス温度の測定
   3. コラプス発生の評価
   4. X線CTによる分析
   5. 凍結乾燥過程の温度計測