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1. 서론
동결건조는 많은 물질을 안정적으로 저장하고 수송하기 위해 이용되는 기술이다. 일반적인 건조 방식에서 발생할 수 있는 문제점을 해결하기 위해 개발된 동결건조 기술은 물질을 동결시킨 뒤 감압 하에서 승화를 통해 건조를 수행한다. 동결건조는 열에 민감한 물질의 손상을 최소화하고, 부서지기 쉬운 다공성 구조를 만들어 신속하고 완벽한 재수화가 가능하다는 장점이 있다. 반면에 장비와 에너지 비용이 높고 공정 시간이 긴 단점도 있다. 동결건조는 제품이 불안정하거나 열에 민감할 때, 미세 입자가 필요할 때, 정밀한 충진이 요구될 때, 빠른 재수화가 필요할 때, 제품 가격이 비쌀 때 등 다양한 경우에 유용하게 활용된다.
2. 동결건조의 의미
동결건조는 많은 물질의 안정적인 저장과 수송을 위해 널리 사용되는 기술이다. 건조 시 잔여 수분이 2% w/w 또는 그 이하로 유지되어야 하는데, Lyophilization 또는 freeze drying이라 불리는 동결건조는 액체 상태로 건조할 경우 발생할 수 있는 대부분의 문제점을 제거할 수 있다.
동결건조는 건조의 한 종류로, 물질을 동결시키고, water vapor의 부분압을 낮춤으로써 얼음을 직접 증기로 만드는 승화에 의해 이루어진다. 부분압을 낮춘다는 것은 물의 3중점 이하로 압력을 낮춘다는 것을 의미한다(6 mbar or 4.6 Torr). 낮은 압력에서 얼음 형태인 물은 열 에너지를 받아 액체로 변하는 것이 아니라 water vapor로 직접 승화한다. 이렇게 승화된 얼음 결정체들은 공간을 남기기 때문에, 건조된 물질은 무수히 많은 틈을 포함하고 있어 수분 흡수가 용이하며 재수화(re-hydration) 시 완전하게 re-solution된다.
이러한 동결건조의 고유한 특성은 "용매를 잘 흡수한다"는 그리스어에서 유래된 "Lyophilization"이라는 용어로 명명되어 사용된다. 물질의 중요한 구성 성분들은 얼음 결정체에 의해 승화 건조 과정동안 고정되어 유지되며, 건조된 물질의 형태는 대체로 젖은 물질의 얼려진 형태와 같고 표면으로의 분자 이동이 줄어든다. 낮은 온도에서의 건조는 손상을 최소화하고 휘발성 성분을 고정시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 젖은 물질이 최종 포장 용기 속에 담겨지기 전 멸균 여과될 수 있기 때문에 동결건조는 특히 주사제 생산에 유용하여 미립자와 박테리아 오염을 감소시킬 수 있다. []
3. 동결건조의 발달
동결건조는 때때로 물질들이 매우 건조한 대기에서 얼려진 상태로 유지된다면 자연에서도 획득될 수 있다. 그러나 만약 멸균 환경이 각별히 필요할 경우에는 건조한 공기를 계속적으로 공급하기는 어렵다. 실제로 진공 하에서 process를 진행하여 증기의 부분압을 낮추는 것이 편리하다. 동결건조는 1909년 단백질을 보호하는...
