真空冷凍干燥制品在升華干燥過程中，其物理結構不變，化學結構變化也很小，制品仍然保持原有的固體結構和形態，在升華干操過程中，固體冰晶升華成水蒸氣后在制品中留下孔隙，形成特有的海綿狀多孔性結構，具有理想的速溶性和近乎完全的復水性，冷凍真空干燥過程在極低的溫度和高真空的條件下進行的干燥加工，生物材料的熱變性小，可以最大限度地保證材料的生物活性。制品在升華過程中溫度保持在較低溫度狀態下（一般低于-25℃)，因而對于那些不耐熱者，諸如酶、抗生素、激素、核酸、血液和免疫制品等熱敏性生物制品和生物組織的干燥尤為適宜。干燥的結果能排出97%～99%以上的水分，有利于生物物質的長期保存。物質干燥過程是在真空條件下進行的，故不易氧化。實踐證明，由于部分生物制品有特殊的化學、物理、生物不穩定性，凍干技術用于對它們的加工非常適合。

生物制品（如疫苗、菌種、病毒等）和生物組織（人體、動物體的器官等）的凍干與其他物品凍干工藝不同之處在于，它們在凍干過程中除了要達到一般物品凍干的指標要求外，在凍干過程中還要求不染菌、不變性，保留其生命力，保持生命活性，所以它們是所有凍干物品中工藝要求最為嚴格的。

疫苗、菌種、病毒等生物制品凍干后一般要制成注射劑，因此，總是先配成液態制劑，經凍干后封存，使用時加水還原成液態，供注射用。凍干生物制品注射劑是直接注射到人、畜血液循環系統中的。藥劑若有污染，輕者造成感染，重者危及生命。因此，生產的各個環節都要特別注意消毒滅菌，保證產品的“無菌”要求。因此要對包括從盛裝容器（安瓿、瓶塞等)到分裝機、凍干箱、操作環境等所有可能與制品接觸者進行滅菌消毒。

對生物組織的低溫冷凍，可能引起細胞損傷，造成細胞損害的主要因素是冷凍引起的細胞內脫水，其次是機械性擠壓作用。顯微鏡下觀察紅細胞在鹽水和水溶液內冷凍時，可見到透明的網狀冰結晶內有暗紅色的紅細胞聚積物。冰結晶開始呈網狀，然后形成管狀，最后形成一大片冰結晶。這樣，細胞就可能被冰結晶擠壓而受損傷。將細胞組織在冷凍過程中所受損害減低到最低限度，使細胞處于“生機暫停狀態”主要的方法是應用冷凍保護劑、控制冷卻速度和復溫速度，以提高細胞在低溫保存后的活力。

除人血漿等少數含干物質多的原料可以直接凍干外，大多數生物制品在凍干時都需要添加某種物質，制成混合液后才能進行凍干。這種物質在干燥后起支撐作用，在凍干過程中起保護作用，因此稱為保護劑。有時也稱填充劑、賦形劑、緩沖劑等。

冷凍保護劑能防止冰結晶對細胞的損害，可能是冷凍保護劑使最低共熔點降低，從而減輕或避免冷卻或復溫過程中冰結晶對細胞的損傷。冷凍保護劑依據其能否通過細胞膜而分為穿透性保護劑與非穿透性保護劑。穿透性保護劑，如二甲基亞砜(DMSO)的作用是：①使細胞外液溶質濃度降低，冷卻時細胞攝取溶質量減少，為DMSO所取代：②DMSO進入細胞內，改變細胞內的過冷狀態，使細胞內蒸發壓接近細胞外，從而減輕細胞內脫水和細胞皺縮的速度與程度；③減少進入細胞內的陽離子量；④由于DMSO容易進出細胞，在復溫時很少發生滲透性細胞腫脹。此外，業已證實DMSO是經皮膚真皮層斷面穿透至皮膚內部，尤以在4℃下5～15min穿透量最多。非穿透性保護劑，如羥乙基淀粉由于不能穿透細胞膜，僅使細胞外環境保持過冷狀態，在特定溫度下減低細胞外溶質濃度，延緩細胞破裂；或者在冷卻前使細胞內脫水，減輕細胞內結晶。凍干人用生物制品活菌菌苗、凍干活毒以及凍干其他生物制品通常所用的保護劑依次見表5-1～表5-3。