近年来,随着蛋白和多肽类药物的应用日趋广泛,如针对于一些疾病(癌症、糖尿病及呼吸道疾病)的抗体、疫苗和生物酶,其制备工艺得到了密切地关注。然而,干燥工艺及药物前驱液的配方选择对其最终生物活性具有较高的影响。本文分别选取胰蛋白酶作为药物模型酶,海藻糖和甘露醇作为保护剂,配制不同质量比例的前驱液进行喷雾干燥及喷雾冷冻干燥工艺的研究。通过使用一种自主研发的微流体气溶胶雾化器(Micro-fluidic aerosol nozzle,MFAN),能够制备大小均一的单分散液滴,从而制备出形貌和性能均一的酶-保护剂微球颗粒。首先,通过扫描电子显微镜观察发现,在喷雾干燥工艺中,胰蛋白酶/海藻糖微球颗粒呈褶皱状,可能是因为具有表面活性的胰蛋白酶吸附在液滴-气表面;胰蛋白酶/甘露醇表面光滑,可能与甘露醇在干燥过程中易结晶、溶解度低有关。喷雾冷冻干燥所得微球颗粒都表现出球型多孔的形貌,并且在形成的微球中,胰蛋白酶越多,表面褶皱越明显,这也表明可能更多的胰蛋白酶富集在微球颗粒的表面。另一方面,通过热重曲线发现,海藻糖的加入能够提升胰蛋白酶的热稳定性,并且相比喷雾干燥工艺,在喷雾冷冻干燥工艺中加入较少量的海藻糖能够提高颗粒的热稳定性;当使用甘露醇作为保护剂时,颗粒的热稳定有所提高的原因可能是因为甘露醇结晶,分子间作用力较强使得样品的整体热稳定性提高。相比较发现,在未加入保护剂时,通过使用酶标仪进行酶动力学底物降解法测定发现,喷雾冷冻干燥所得酶的活性比喷雾干燥酶样品活性高,分别是87.7 ±3.4%和79.9 ±0.7%,通过红外表征,证明这很可能是由于喷雾干燥过程中热影响导致胰蛋白酶二级结构发生变化的趋势更大。当加入海藻糖之后(胰蛋白酶与海藻糖质量比为1:1)时,通过喷雾干燥及喷雾冷冻干燥制备的胰蛋白酶活性得到了很大的保护,活性分别为97.7 ± 2.6%和97.3±1.6%,而甘露醇作为保护剂时,所制备的胰蛋白酶微球颗粒活性没有发生明显的提高。就工艺可操作性而言,喷雾干燥提供了一种更加简单,并且在加入适量海藻糖的条件下,能够获得与喷雾冷冻干燥所制备的酶具有同样的活性效果。通过进一步考察喷雾干燥工艺中干燥温度(120 ℃,150 ℃,180 ℃)对胰蛋白酶的影响发现,干燥温度越高,颗粒的流动性越好,含水量越低,生物活性越低,相对热稳定性没有发生变化;但是通过加入海藻糖作为保护剂时,干燥温度对样品含水量的影响仍保持同样关系,但对样品的生物活性影响已不再明显,而颗粒的热稳定性有了明显地提高,而甘露醇的加入可以看出,无论低温条件下干燥还是高温环境下干燥,其对胰蛋白酶的活性保护已无过多影响,其主要原因在于甘露醇在干燥过程中发生结晶,无法与胰蛋白酶分子之间产生相互作用力固定其结构,导致无法保护其活性。这一系列发现为工业级使用喷雾热风或冷冻干燥工作制备生产高生物活性颗粒产品奠定了部分的理论基础,具有一定的实践指导价值。最后,研发设计了一种结冰温度可控的用于制备微米级冰球颗粒的喷雾冷冻塔设备。该设备设计一方面能够控制雾化后物料的结冰温度,范围为使0～80 ℃,从而可以研究不同冷冻温度下液滴固化过程对产品颗粒物化性质及性能影响机理;另一方面从实际应用成本考虑,避免了致冷媒介的浪费,达到了节能环保的目的。