干法氣化過氧化氫滅菌系統(tǒng)于1991年開始投放歐美市場，2000年以后，廣泛應用于制藥行業(yè)空間滅菌，歐美應用干法氣化過氧化氫滅菌技術已近30年，是十分成熟的工藝，目前已越來越多的被中國制藥行業(yè)接受和應用，其滅菌效果也能得到驗證支持。

隨著新版GMP的實施和推廣，我國對無菌藥品的生產提出了更高的要求。尤其是隨著生物制藥的快速發(fā)展，Single Use 技術越來越被廣泛應用，廠房布局也越來越靈活，空間滅菌一直以來都是生物制藥生產過程中的關鍵環(huán)節(jié)，為了提高產品的質量，選擇合適的滅菌方式就顯得尤為重要。在當前各種滅菌技術當中，干法氣化過氧化氫(H 2 O 2 )滅菌被公認為最理想的滅菌方式。 干法氣化過氧化氫滅菌方式正迅速成為生物制藥行業(yè)尤其是抗體、疫苗、CAR-T、干細胞等領域生物凈化的新選擇，其對生物指示劑——嗜熱脂肪芽孢桿菌能夠達到10 6 的殺滅率。

一、什么是干法氣化過氧化氫滅菌？

干法（圖2）過氧化氫滅菌的特點主要體現(xiàn)在“干”上面，“干”是指干的工藝，能使液態(tài)過氧化氫完全氣化，并實時監(jiān)控滅菌區(qū)域的相對濕度，嚴格控制在飽和濕度以下，避免過氧化氫在物體表面結露，大大降低腐蝕的風險。

圖1. 干法工藝

濕法（圖3）過氧化氫滅菌工藝主要技術特征為：整個滅菌過程不除濕，其滅菌相對濕度維持在95%-120%RH之間的過飽和狀態(tài)，利用高濕高濃度快速達到滅菌效果。濕法工藝因其設備小巧，滅菌時間短，多應用在醫(yī)院，政府科研單位。

圖2. 濕法工藝

客觀地說，為了有效控制微生物污染，大大降低過氧化氫對無菌生產環(huán)境的腐蝕風險，生物制藥企業(yè)往往優(yōu)先選擇干法工藝應用在無菌生產過程中。

二、影響干法氣化過氧化氫滅菌效果的因素有哪些？

首先，目標環(huán)境的溫度不均勻，可能會造成滅菌氣體在表面產生凝結。一般溫度+/-2.5℃是能被接受的范圍。需要注意的是那些環(huán)境中的高溫表面，例如，凍干機、灌裝機等設備的CIP/ SIP功能，會造成局部表面的高溫，需要待這些位置冷卻（一般低于40℃）才能進行過氧化氫滅菌。另外，高溫會由于熱輻射改變環(huán)境中氣流的狀態(tài)，使得局部的過氧化氫氣體無法到達這些部位。

其二，若目標環(huán)境的初始相對濕度過高，環(huán)境能容納和吸收的水分只需很少就能達到飽和，這就使滅菌過程越容易產生凝結，氣態(tài)過氧化氫濃度會降低，影響滅菌效果。濕度的均勻性會受溫度均勻性影響，溫度高的表面相對局部的濕度也會偏低一些。

第三，過氧化氫的用量是滅菌過程中較為可靠也是較為可控的參數(shù)。因此過氧化氫的總用量對于滅菌的效果而言是關鍵參數(shù)。滅菌區(qū)域體積確定的情況下，過氧化氫的用量是滅菌效果的重要考量因素。

第四，環(huán)境中過氧化氫的濃度。在滅菌過程中，過氧化氫本身在不斷產生，同時也在不斷分解。維持過氧化氫濃度在一定的水平是大多數(shù)滅菌系統(tǒng)廠家的做法，目前大多使用電化學的過氧化氫濃度傳感器作為檢測手段，但作為干法工藝的代表---德國PEA過氧化氫滅菌系統(tǒng)采用的是電容式過氧化氫濃度傳感器，其自動加熱功能可以避免過氧化氫在傳感器表面產生結露，從而使測量更精確，該電容式過氧化氫傳感器廠家在國內設有校準實驗室。但是需要注意的是，空間中的過氧化氫濃度并不能直接說明滅菌效果的好壞。但是作為一個滅菌循環(huán)的參數(shù)，檢測其濃度卻是必須的，可以通過濃度的數(shù)據(jù)分析滅菌循環(huán)中的問題。

第五，滅菌維持時間也是需要考慮的因素，一方面要有一定的時間讓過氧化氫氣體擴散和接觸，另一方面不同滅菌空間布局，用量不同，維持的時間長短也不一樣，這需要在滅菌前進行參數(shù)開發(fā)。

第六，滅菌區(qū)域里的裝載條件如設備設施的位置會影響過氧化氫氣體的分布，從而影響滅菌效果，對于一些特別難于分布的遠角，死角，設備背面等地方，需要在參數(shù)開發(fā)時進行重點考量。

第七，將滅菌氣體傳送到目標環(huán)境（如潔凈區(qū)）的方式盡量避免利用長管路傳送，如果沒有對管路進行保溫，背景環(huán)境溫度又相對較低，那么過氧化氫會在管道內部產生凝結，傳遞到目標環(huán)境中的H 2 O 2 就會相對降低。

總之，滅菌效果是目標環(huán)境溫濕度條件、過氧化氫溶液用量、過氧化氫氣化狀態(tài)及濃度、滅菌時間、裝載條件、過氧化氫傳送方式等綜合的影響結果。判斷是否達到滅菌效果的唯一標準是生物指示劑：嗜熱脂肪芽孢桿菌ATCC 12980或ATCC 7953（數(shù)量級≥1.0×10 6 ），在培養(yǎng)箱[55℃-60℃]中培養(yǎng)7天，結果無微生物生長證明達到6log滅菌效果。

三、干法氣化過氧化氫滅菌可選擇的兩種方式

1.傳統(tǒng)型：集成式過氧化氫滅菌系統(tǒng)

圖3. 集成式過氧化氫滅菌示意圖

集成式是將過氧化氫滅菌系統(tǒng)集成到空調管路上（圖4），滅菌過程是由空調機組運行內部循環(huán)，將過氧化氫傳送到各滅菌區(qū)域，這就對空調管路的材質，密封性要求比較高，如果傳輸管路太長，如何監(jiān)控和保證空調管路內的冷凝狀況仍然是一大難題，對于房間多，空間大的廠房，驗證會受到挑戰(zhàn)，雖然一套過氧化氫滅菌系統(tǒng)可以對不同的空調機組控制區(qū)域進行分別滅菌，因管路設計及安裝施工復雜，前期投入大，大多數(shù)企業(yè)只用集成式過氧化氫滅菌系統(tǒng)應用到AB級區(qū)，滿足其無菌保證需求，而AB級空間也相對較小，根據(jù)工藝不同，使用頻次也較低，雖然其操作比較方便，但從性價比角度來說這并不是最好的選擇，同時，選擇集成式過氧化氫滅菌之前需要考慮以下幾方面：

廠房設計時要考慮好方案，需確認安裝位置，管路材質，與空調系統(tǒng)的連接方案等；

如何監(jiān)控和保證過氧化氫氣體在空調管路里不冷凝？

管路材質的選擇，管路的密封性等；

事先考慮房間布局結構，房間空氣流型，對頂部死角的滅菌效果影響；

2.新趨勢：移動式過氧化氫滅菌系統(tǒng)

隨著生物制藥的快速發(fā)展，工藝的靈活性越來越高，功能性房間數(shù)量達到幾十甚至上百個，為了避免交叉污染，降低風險，除了AB級區(qū)需滅菌外，CD級也有滅菌需求，集成式過氧化氫滅菌系統(tǒng)因其安裝位置固定，需要分別對單獨空調機組對應的功能區(qū)域滅菌，越來越不能滿足生物制藥工藝靈活的發(fā)展趨勢。近年來，隨著抗體行業(yè)，細胞治療行業(yè)的興起，采用移動式過氧化氫滅菌系統(tǒng)因其使用效率高，能靈活組合對不同生產區(qū)域進行一次性滅菌（圖4），操作簡便，數(shù)據(jù)完整，過程控制，易驗證等諸多優(yōu)點，越來越被生物制藥行業(yè)廣泛應用，大多移動式滅菌系統(tǒng)具備以下特征：

兼容性：采用知名品牌PLC，進行過程控制，能與BMS連接；

安全性：遠程控制，緊急停止，審計追蹤；

數(shù)據(jù)完整性：實時監(jiān)測和記錄測試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)PDF輸出，數(shù)據(jù)精確可靠；

合規(guī)性：符合現(xiàn)行GMP,FDA法規(guī)

便利性：安裝調試周期短，操作簡便，易通過驗證；

靈活性：靈活組合對不同空間大小，不同功能區(qū)域滅菌，使用效率高；

EHS：滅菌結束后，過氧化氫快速降解為水和氧氣，能保證對環(huán)境和人的安全；

圖4. 移動式過氧化氫滅菌組合圖

四、干法移動式滅菌應用實例分析

中國GMP 2010修訂版附錄三，關于生物制品的廠房與設備第十五條有如下表述：在生產過程中使用某些特定活生物體的階段，應當根據(jù)產品特性和設備情況，采取相應的預防交叉污染措施，如使用專用廠房和設備、階段性生產方式、使用密閉系統(tǒng)等。

抗體藥物作為生物制品的典型代表，需要遵循以下特點：平面布局合理，嚴格劃分區(qū)域，防止交叉污染，方便生產操作，盡量減少潔凈區(qū)面積，提高生產線的使用效率。同時控制不同批次間活生物體的相互污染，包括未除病毒中間體污染已除病毒中間體的風險，要求做到不同的操作間處理不同的工序，各工序在空間完全隔離，且空調系統(tǒng)相對獨立，這對空間滅菌的靈活性提出了更高的要求，以下將結合抗體藥物某條生產線工藝，以其生產車間的空間滅菌為例，闡述某抗體企業(yè)選擇干法移動式滅菌的合理性。首先見下圖抗體的工藝和車間布局圖：

圖5 種子擴增環(huán)節(jié)（C+A級）

圖6 生物反應器，生產罐，收獲環(huán)節(jié)（C+A級）

圖7 捕獲，滅活，純化環(huán)節(jié)（C+A級）

圖8 配制分裝環(huán)節(jié)（B+A級）

抗體藥物為非最終滅菌產品，生產過程中非常注重物理隔離和過程控制，以防止微生物污染，所以整個工藝需要對生產環(huán)境進行有效控制，保證生產環(huán)境潔凈無污染。該抗體公司生產區(qū)（圖10）有超過10組空調系統(tǒng)，所需滅菌房間數(shù)約100多間，面積多達1600㎡，需滅菌的空間體積共計超過4500m³，以下是兩種滅菌方式的設計方案（圖11和圖12）：

圖10 生產車間布局圖（局部）

根據(jù)不同的空調機組分別滅菌，需要分13次才能將所有生產區(qū)域完成滅菌。

圖11集成式過氧化氫滅菌系統(tǒng)方案

2套過氧化氫發(fā)生系統(tǒng)和3套分布降解系統(tǒng)根據(jù)不同的拆分和組合方案，滅完所有6個區(qū)域所需的次數(shù)僅8次

圖12 移動式過氧化氫滅菌系統(tǒng)方案

以上兩種不同滅菌方案的成本分析：

圖13. 成本分析

綜上，由上述方案我們可以看出：

一套集成式過氧化氫滅菌系統(tǒng)，需要根據(jù)不同機組分13次才能對整個生產車間進行全部滅菌；

而移動式過氧化氫滅菌系統(tǒng)，因其靈活的組合性，只須分8次就可以對整個生產車間區(qū)域進行全部滅菌，為客戶能大大節(jié)約時間成本，滿足其靈活的生產方式；同時，由于集成式管路設計及安裝調試復雜，成本上移動式滅菌系統(tǒng)更具價格優(yōu)勢；

移動式過氧化氫滅菌系統(tǒng)可以用于不同生產線的滅菌，大大提高使用效率；

集成式滅菌系統(tǒng)需要在廠房設計階段就要介入，尤其是對于生產車間已經(jīng)建好了的公司，移動式過氧化氫滅菌系統(tǒng)是其最好的選擇；

移動式過氧化氫滅菌由于其靈便性，可以滿足緊急滅菌需求，如梅雨季節(jié)洗衣房長霉菌等；

移動式過氧化氫滅菌可以靈活的適用于滅菌區(qū)域布局及功能性房間的變動和改造。

總之，隨著2010修訂版GMP的頒布和執(zhí)行，干法移動式氣化過氧化氫滅菌系統(tǒng)已在GMP生物制品的廠房及無菌轉運過程中發(fā)揮重要作用，廣泛應用于生物制品制藥行業(yè)各個領域，它將開創(chuàng)中國空間滅菌的新市場，在今后幾年內，一定會迅速成為制藥空間滅菌設備市場的主流產品和選擇趨勢。

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