1、材料系统公式
在对药物和细胞进行冻干之前，需要加入一些保护剂和添加剂，以保证冻干效果，维持药物的活性和细胞的存活。 材料、保护剂和添加剂共同形成一个多组分系统，称为“材料系统”。 由于保护剂与添加剂和材料之间的相互作用，不同的材料具有不同类型和浓度的保护剂和添加剂。 近年来，几乎所有生物制药的重大进展都与新“鸡尾酒”材料系统的开发有关。 保护剂和添加剂的问题值得讨论。
2、材料系统物理特性研究
材料体系的凝固温度、相变热、玻璃化转变温度、玻璃化转变前后的热容等物理性质对冷冻干燥过程有显着影响。 在干燥过程中，如果要提高物料的升华速度，就需要有更多的空隙而不使物料塌陷。 这些也与材料系统的物理性质有关。 近年来，人们发现当材料系统经历不同的“温度历史”（热历史）时，例如在不同温度和不同时间的“退火”，它们可以使物理性能发生显着变化。
差示扫描量热法（Differential Scanning calorimetry，DSC）是测量材料体系物理性能最有效和广泛认可的技术。
3、冷却固化过程的选择及实现的技术
对于物料系统的冷却固化过程，要解决两个问题，一个是冷却最终温度的确定；另一个是选择合适的降温程序。冷却固化过程的最终温度应当是完全固化温度，它应低于物料系统的共晶点温度，或玻璃化转化温度。冷却固化后的物料系统，实际上是既具有晶态，又具有玻璃态的的混合系统。为确定降温的最终温度，就要先测量物料系统的共晶点温度和玻璃化转化温度。
对于合适降温程序的选择，就是希望活性药物、或细胞在冷却固化过程中不受损伤或少受损伤，这是细胞低温保存的基本问题。分析物料系统的冻结过程诸多现象、对细胞损伤及防治办法；讨论程序降温的理论和实施技术。
