人々が健康関連の懸念にますます注意を払うにつれて、体外診断（IVD）の分野は急速に発展しています。特に、COVID-19の出現はIVD市場の拡大を加速させました。現在、RT-qPCRはIVD診断試薬製品の開発に広く使用されていますが、RT-qPCR液体診断試薬は輸送コストが高く、性能が不安定で、保存期間が短いです。乾燥試薬は、RT-qPCR液体診断試薬の欠点を完全に回避できます。では、乾燥試薬はどのように作るべきでしょうか？製造方法をどのように選択すればよいでしょうか？

1. 乾燥試薬とは何ですか?

2. 空気乾燥とは何ですか?

3. 凍結乾燥とは何ですか?

4. 凍結乾燥と空気乾燥の違いは何ですか?

5. 関連製品と実績

1. 乾燥試薬とは何ですか?

乾燥試薬は、サンプルを乾燥させて脱水した後に得られる試薬です。乾燥試薬は室温で配送できるため、コールドチェーン輸送は必要ありません。試薬の繰り返しの凍結と解凍が試薬の性能と保存期間に影響を与えるのを防ぎ、輸送コストを大幅に削減できます。人にとって使いやすいだけでなく、オペレーターの要求も軽減されます。分子診断業界が乾燥試薬に興味を持っているのは、主に室温で輸送および保管できるためです。現在、広く使用されている乾燥技術は、凍結乾燥と空気乾燥の2つです。空気乾燥技術は安価ですが、凍結乾燥技術が最も人気があり、どちらも利点があります。乾燥試薬の製造方法には、空気乾燥と凍結乾燥の2つがあります。それらは何であり、どのように選択する必要がありますか？

2. 空気乾燥とは何ですか?

空気乾燥は、乾燥試薬を調製するために使用できる乾燥技術です。空気乾燥は、自然空気乾燥、熱風乾燥、および模造自然空気乾燥の3つのプロセスに分けられます。工業生産プロセスでは、製品の品質と出力の安定性を確保するために、試薬は熱風乾燥で乾燥されることがよくあります。IVD診断試薬の場合、通常、送風機または真空機能を備えた精密オーブンを使用して、液体を室温よりも高い温度で乾燥させます（50°Cで80分間乾燥）。液体は空気乾燥されて粘性のある乾燥物質になります。具体的なプロセスを図1に示します。

図1. 熱風乾燥

液体分子試薬を乾燥させる鍵は、乾燥後に酵素が素早く水和できるようにするだけでなく、乾燥試薬の安定性、感度、特異性に影響を与えないようにすることです。空気乾燥には精密オーブンだけが必要です。凍結乾燥と比較して、設備が安く、エネルギー消費が少ないため、試薬のコストが低くなります。また、空気乾燥プロセスは簡単で、乾燥時間も短くなります（2時間以内）。空気乾燥には長所と短所があります。空気乾燥プロセス中に、酵素を含むさまざまな成分が水分の蒸発に伴って失われます。それだけでなく、反応溶液とその成分も50℃の高温によって損傷を受けます。一部の成分は酸化されやすいため、空気乾燥試薬の保存期間が短くなります。さらに、空気乾燥試薬は粘性が強く、壁に掛けやすく、再水和能力が低いです。凍結乾燥は空気乾燥の欠点を補うことができます。

3. 凍結乾燥とは何ですか?

空気乾燥とは異なり、凍結乾燥は特殊な乾燥技術であり、その基本原理は水の三相変化に基づいています。水の三相は固体、液体、気体であり、三相は共存し、相互に変化することができます。圧力が610.75 Paを超えると、温度の上昇に伴い、氷は溶けて水になり、水は蒸発して蒸気になります。圧力が610.75 Pa未満の場合は、加熱により氷が直接昇華して水蒸気になります。具体的には、図2に示すようになります。凍結乾燥は、水の相転移の原理を利用しています。まず、液体試薬を-30℃～-40℃に凍結し、物質中の水分のほとんどが氷に凍結します。氷はより高い真空で水蒸気に昇華し、低温の熱源を提供します。水蒸気は真空システム内のコンデンサーによって凝縮され、他の物質は氷の中に残り、乾燥製品が得られます。

図2. 水の状態図

では、凍結乾燥試薬の主な形態は何でしょうか？IVD凍結乾燥試薬は、主にペニシリンボトル凍結乾燥、in-situ凍結乾燥、凍結乾燥マイクロスフェアの3つの形態に分けられます。3つの凍結乾燥製剤を図3に示します。異なる形態にはそれぞれ長所と短所があります。ペニシリンボトル凍結乾燥は最も工業化された形態です。全自動生産ラインがあるだけでなく、完全な検証とリスク管理プロセスもあります。プロセスは最も単純で最も成熟しています。欠点は、ペニシリンボトルのコストが高く、充填量が少なすぎないことです。ただし、各IVD試薬の量は非常に少ないため、複数回分を充填するか、一度に複数回使用する必要があります。使い切らない場合は別々に保管する必要があり、利便性に欠けます。

インサイチュ凍結乾燥とは、試薬のすべての成分がキット内で直接凍結乾燥されることを意味し、使用がより便利です。しかし、凍結乾燥装置内の冷熱の分布は偏っており、キットの配置も異なるため、バッチの一貫性を制御することは困難です。また、インサイチュ凍結乾燥装置の利用率は非常に低いため、償却コストが高くなります。大量のインサイチュ凍結乾燥を実行すると、凍結乾燥粉末が交差汚染されます。

図3. 凍結乾燥試薬の形状

凍結乾燥マイクロスフィアは、正確な定量化、一人分、一食分を実現でき、製品の使用がより便利です。また、特殊なプロセスで処理して吸湿を防ぎ、常温保存を実現し、同時に複数の問題点を解決することもできます。欠点は、凍結乾燥マイクロスフィア技術の開発が難しく、プロセス制御の要件が高いことです。凍結乾燥試薬は、適用シーンに応じて最適な形態を選択する必要があります。凍結乾燥マイクロスフィアには独自の利点があり、さまざまな適用シーンに適しており、市場でより有望です。

4. 凍結乾燥と空気乾燥の違いは何ですか?

凍結乾燥の独特なプロセスにより、その独特な利点が決まります。空気乾燥と比較すると、凍結乾燥は多くの点で空気乾燥よりも優れています。凍結乾燥の利点は次のとおりです。

凍結乾燥は低温で行うため、酵素が変性したり、生物活性を失ったりすることはなく、生物活性は完全です。乾燥は凍結状態で行われるため、乾燥試薬の体積はほとんど変化せず、収縮することなく元の構造が維持されます。低温で乾燥すると、乾燥試薬中の一部の揮発性成分の損失が非常に少なく、試薬の乾燥に適しています。乾燥中に無機塩が材料の表面に沈殿せず、材料の表面が硬化するのを防ぎます。乾燥した材料はゆるく多孔質で、水を加えるとすぐに完全に溶解し、ほとんどすぐに元の特性に戻ります。乾燥は酸素がほとんどない真空下で行われるため、一部の酸化しやすい物質が保護されます。乾燥により95％〜99％以上の水分を除去できるため、乾燥製品は劣化することなく長期間保存できます。

凍結乾燥と空気乾燥の主な違いは次のとおりです。

表1. 凍結乾燥と空気乾燥の違い

凍結乾燥試薬はコストが高く、時間がかかりますが、凍結乾燥によって生成された試薬はより安定しており、使いやすく、診断試薬の開発方向と完全に一致しています。そのため、この技術の登場以来、ますます普及しており、病気の検出、ウイルスや病原体の検出、食品の安全性の検出、動物の検出、環境の検出など、さまざまな分野で広く使用されています。

5. 関連製品と実績

IVD診断試薬の原料は鍵となります。凍結乾燥されていない原料は凍結乾燥された原料から直接取り出すことができず、各成分をスクリーニングしてデバッグする必要があります。そのため、Yeasen Biotechnologyはこの側面への投資を継続的に増やし、顧客に高品質で安定した凍結乾燥原料を提供し、迅速に市場に投入できるよう努めています。

Yeasen が提供できる関連製品を表 2 に示します。

表2. 製品一覧

Hieff Unicon® V Lyo-nCoV マルチプレックス ワンステップ RT-qPCR キット (MgCl2 付き) (カタログ番号 13775) は、グリセロールフリー、凍結乾燥対応 (lyo-ready) の液体診断試薬です。この製品は、室温で安定しており、室温で出荷および保管できるマルチプレックス RT-qPCR の開発に最適です。

パフォーマンス：疑似ウイルステンプレートは、それぞれ液体試薬（赤）と13775凍結乾燥試薬（紫）を使用して、多重RT-qPCRによって増幅されました。左のグラフはFAMチャネル、右はVICチャネルです。結果は、13775試薬の活性が凍結乾燥後も損なわれておらず、依然として高効率の多重反応能力を持っていることを示しました。具体的には、図4に示すように。

図4. 凍結乾燥後の13775製品の性能

13775 凍結乾燥試薬を 37°C (緑) と -20°C (青) に 21 日間置いて、複数の RT-qPCR 増幅テストを実施しました。左のグラフは FAM チャネル、右は VIC チャネルです。結果は、凍結乾燥試薬が 37°C に 21 日間置いた後でも良好な増幅効果を示したことを示しました。具体的には、図 5 に示されています。

図 5. 13775 凍結乾燥試薬の熱安定性 - 37°C、21 日間。

6. 製品選択ガイド

プロセス	説明	製品名	製品コード
サンプル処理	タンパク質の消化	プロテイナーゼK	10401ES
	RNA抽出	組み換えDNase I（RNaseフリー）	10325ES
	RNase阻害	マウスRNase阻害剤（40 U/μL）	10603ES
逆転写	RT-qPCRに適しています	Hifair V 逆転写酵素 (200U/μL)	11300ES
		Hifair V 逆転写酵素 (600U/μL) グリセロールフリー	11301ES
PCR増幅	ホットスタートDNAポリメラーゼ	Hieff UNICON ホットスタート E-Taq DNA ポリメラーゼ	10726ES

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