湿热灭菌设备（共4篇）
湿热灭菌设备 篇1
1 我国制药工业所用灭菌设备的常用灭菌方法
1.1 湿热法
湿热法是在高压灭菌器中使用高压蒸汽或高温水进行灭菌的方法。因微生物在湿热的环境中, 一些重要的蛋白发生变性和凝固, 会使微生物死亡, 从而达到灭菌的目的。较之干热灭菌, 在湿热的条件下, 微生物可在相对较低的温度下被杀死。高压灭菌器的常规操作温度是121℃, 时间是10～20 min;也可选择达到相同杀灭效果的115℃, 一般时间45 min。
通常湿热灭菌方法适用于可承受所需温度, 且能被湿气穿透但不会受到不良影响的、包装在密闭容器中的药物制剂。蒸汽灭菌对油类、脂肪类、油性制剂、其他不能被湿气穿透的制剂, 以及可能会被凝结水破坏的粉末无效。
1.2 干热法
干热法是在特别设计的灭菌设备中进行灭菌的方法, 通过气体或电加热, 设备内温度是可控的。干热灭菌是基于焚化或氧化使微生物脱水死亡, 从而达到灭菌的目的。因干热灭菌在杀灭微生物方面的效果较差, 故需要更高的温度和更长的时间。具体的温度和时间需根据产品的装量大小和类型、容器及其热分布特性来确定。一般来说, 进行灭菌处理的个体单位应尽量小, 装载灭菌设备时热空气应能在设备容器室内自由循环。干热灭菌的温度通常是160～170℃, 时间≥2 h。更高的温度可缩短时间, 反之, 较低的温度则需要更长的时间。
干热灭菌通常用于湿热灭菌无效的物质, 包括不挥发油、甘油及各种热稳定的粉末等。干热灭菌也是玻璃器皿和手术器具灭菌的有效方法。
1.3 过滤法
过滤法是通过过滤介质吸附或过筛去除微生物的方法, 一般用于热敏性溶液的灭菌。但是, 采用过滤灭菌方法的制剂必须进行严格的无菌检查和验证, 因为针对制剂的过滤灭菌的有效性主要取决于被滤溶液中存在的微生物。所以, 要根据被滤溶液中所存在的微生物情况选择适宜孔径的滤膜。
1.4 环氧乙烷法
环氧乙烷是常用的气体灭菌剂。其灭菌基理是通过与细胞内的大分子起化学反应而破坏和消除蛋白的活性, 使微生物死亡, 达到灭菌的目的。通常用于热敏感和湿敏感的物质。气体灭菌的设备与高压灭菌的设备类似, 蒸汽高压灭菌器与环氧乙烷灭菌器联用的装置已经上市。气体灭菌法的可变因素较多, 如温度 (27～63℃, 通常在38～54℃) 、气体的浓度 (300～1 200 mg/ml, 通常在400～600 mg/ml) 、湿度 (RH 30%～90%, 通常在RH50%～60%) 和时间, 故较之蒸汽灭菌法和干热灭菌法, 气体灭菌法不能严格定量。一般来说, 增加系统的相对湿度和温度可以增强气体灭菌的效果, 并可缩短时间。如果被灭菌物质不能承受增加的湿度和温度, 则需要延长时间。通常环氧乙烷气体灭菌的时间为4～16 h。
因为环氧乙烷气体具有较强的穿透能力, 常用于医疗器械、外科手术用具和一次性塑料注射器等的灭菌。还可用于不与气体发生化学反应的不稳定的酶制剂、抗生素和其他药物的灭菌。
1.5 辐射法
辐射法是使用γ射线或阴极射线进行灭菌, 是基于通过射线照射后, 微生物中的化学物质 (DNA) 发生了变化, 使细胞活性丧失, 从而达到灭菌的目的, 通常剂量1.5 Mrad。
辐射灭菌可对某些药物制剂进行灭菌, 但需要非常特殊的设备, 因此在实际的应用过程中受到限制。
1.6 常用灭菌方法比较
在上述灭菌方式中, 辐射灭菌的安全性有待验证, 欧盟将辐射灭菌限定为只有当不能采取其他灭菌方式时才考虑使用的灭菌法;环氧乙烷灭菌容易造成残留, 灭菌后需要采取措施去除残留, 并且时间较长, 仅仅在一些不易采用其他灭菌方式的情况下使用;过滤法除菌效果的可靠性较差, 对无菌的检查和验证较为严格, 实际应用较为困难, 因此也仅仅在一些不宜采用其他灭菌方式的情况下使用;干热灭菌需要较高的温度和时间, 效率较低, 一般适用于器械和玻璃器皿的除热原灭菌;湿热灭菌因为使用简单, 经济可靠, 因此在无菌制剂生产中得到广泛应用。国内湿热灭菌器的主要技术、性能指标已经接近或达到国际先进水平。
2 灭菌设备的现状
随着我国制药装备行业的发展, 国内的灭菌设备不论是技术还是品质方面都有了长足的进步。灭菌设备种类更加齐全, 分类更加细化。湿热灭菌除了原有的饱和蒸汽灭菌和高温水灭菌, 还有了低温的蒸汽和压缩空气的混合气体灭菌;就灭菌物品的状态来分不仅具有静态灭菌, 还有动态灭菌;气体灭菌不仅有环氧乙烷 (EOS) 而且利用了过氧化氢 (H2O2) 以及臭氧灭菌 (O3) 。
单纯就各种大输液药品的灭菌来说, 其灭菌设备分类就很大, 图1可以大致描述其分类。
以湿热灭菌设备为例, 从以下3方面来探讨目前我们国内灭菌设备的现状。
2.1 在硬件配置方面
随着我国制造工业的发展, 国内的部分灭菌设备生产厂家也购进先进的加工制造以及检测设备, 来保证灭菌设备零部件的加工质量。例如, 为了保证灭菌器主体和密封门的焊接质量, 新华医疗器械股份有限公司就采用了机器人焊接技术。同时, 为了更好地检测灭菌器管路的焊接效果, 新华医疗使用了内窥镜检测仪。
随着制药工艺的要求越来越严格, 对灭菌设备的管路配置提出了更高要求。例如, 灭菌器内室内压缩空气的无菌过滤器的选用以及自身需要的CIP和SIP程序;管路设计中灭菌盲区的要求;双扉灭菌器密封门的单独密封;法兰连接的阀门取代螺纹连接的阀门;卫生级管件的应用等。目前, 这种高端配置的灭菌设备越来越普及, 这也反映了我们国内制药企业中灭菌设备的技术和品质在不断发展和进步。
2.2 在软件系统方面
目前国内无菌制剂生产中使用的灭菌设备普遍采用自动控制方式, 只有极少数厂家还在使用手动或半自动控制的灭菌设备。可以说, 国内湿热灭菌设备的主要技术、性能指标已经接近或达到国际先进水平, 但在设备性能的稳定性方面与国外先进水平还有一定的差距。设备的稳定性主要体现在控制系统方面, 控制系统是整个设备的稳定工作的核心。目前, 有些厂商出于成本考虑, 控制系统一般采用低端的工业PLC, 这种PLC在普通设备上使用还是可以的, 但在灭菌器这样的重要设备上则应该使用可靠性更高的PLC。同时, 其他电气元件也应尽量使用可靠性高的产品, 这样才能确保整个系统、设备的高可靠性。
除了选用高可靠性的元器件来提高系统的可靠性之外, 还应该通过采用冗余式的设计方案来进一步提高系统的可靠性。冗余式的控制系统一般采用热备份的方式来实现冗余, 当主控系统发生故障时, 立即切换到备份系统, 实现主控系统和备份系统的平稳切换, 进一步提高设备运行的可靠性。
2.3 在文件体系方面
经过十几年的发展和进步, 制药企业和药机企业都已逐步接受FAT的理念, 对灭菌设备的验证也提高了认识。我们国内灭菌设备的验证文件已经由最初的十几页纸发展到目前十几本的文件体系。这其中制药企业和药机企业的技术人员都付出了辛勤的劳动, 他们积极借鉴国外同行的经验, 结合自身的情况进行积累与整理。内容由最初的压力容器资料和简单的使用说明书发展到目前的包含DQ、OQ、PQ、PV等文件, 安装手册, 操作手册, 维修手册, 软件安装手册, 外购配置清单及外购件的使用说明书, 过程控制文件, 压力容器资料等。因为文件体系是灭菌设备不可分割的一部分, 所以药机企业会收取一定的文件费用, 目前制药企业也慢慢接受了这一理念。
3 国外先进设备的对比分析
虽然我们国内的灭菌设备取得了长足发展, 但和国外同类产品相比还存在较大的差距, 特别是在一些高端产品上, 我们的一些技术和理念不够先进, 创新力度不够。
依据节约型社会发展的形势, 药品的新型包装形式不断出现, 其灭菌工艺也需要更新或改进, 这就要求国内的制药企业和灭菌设备生产企业联合起来做好这项工作, 也可以借鉴国外同行的经验, 制造出合适的设备。本文也以湿热灭菌设备为例进行分析。
3.1 胶塞的清洗灭菌
对于胶塞清洗灭菌, 我们过去采用的是先对胶塞清洗, 然后放入灭菌器内进行脉动真空灭菌和脉动干燥, 由于胶塞在灭菌过程中会汇集蒸汽的冷凝水, 所以脉动干燥的过程会很长, 一般需要3 h, 这样延长了胶塞灭菌的整个周期。国外胶塞清洗灭菌设备 (图2) 采用的是胶塞清洗灭菌一体机, 将胶塞倒入一个附带旋转构件的容器内, 这个容器可以通透蒸汽和冷凝水;然后将整个容器推入灭菌器内进行旋转清洗和灭菌, 这样清洗、灭菌、干燥一体完成。因为容器旋转不仅使得灭菌均匀, 而且可以尽快地把冷凝水从胶塞内排放出来, 缩短干燥周期。
3.2塑瓶安瓿的灭菌
塑瓶安瓿在国内算是一种比较新颖的药品包装形式, 其灭菌工艺和玻瓶安瓿会有所不同。目前, 我们国内对塑瓶安瓿的灭菌还处在研究试验阶段, 特别是对塑瓶安瓿灭菌之后的检漏问题, 还在探讨之中。
国外对于塑瓶安瓿的灭菌处理一般由两种设备完成:一是灭菌设备, 无论是水浴灭菌还是饱和蒸汽灭菌都只是灭菌;二是专门的检漏设备, 一般采用真空设备进行检漏。
3.3 连续灭菌方式
对于大输液药品的灭菌, 国外不仅有常规的灭菌设备, 还有连续灭菌机, 可以不间断地对瓶装、袋装大输液进行灭菌。
4 灭菌设备的发展方向
以湿热灭菌设备为例, 未来的灭菌设备会向两个方面发展, 一是“专”, 二是“通”。
“专”指的是灭菌器具有完善的灭菌功能, 特别是无菌要求很高的情况下, 灭菌设备一定要考虑到威胁无菌状态的任何因素, 确保无菌的保证。对于器具、无菌衣等物品的灭菌来说, “专”字体现在灭菌器对环境的无污染和灭菌后无菌状态的保持上;对于脂肪乳、氨基酸等治疗性输液的灭菌来说, “专”字体现在灭菌器对药品的抗氧化保护上。“通”指的是灭菌器不再是一台单纯的灭菌设备, 而是附带辅助功能的灭菌处理系统。一台灭菌器除了灭菌功能外, 还具有清洗、检漏、干燥除湿等功能;一台灭菌器不仅要可以对安瓿灭菌, 还要能对器具、衣物进行灭菌处理。
此外, 湿热灭菌设备的发展方向还有以下方面: (1) 硬件配置的完善。对设备的使用安全提出了更高的要求, 要增加各种安全保护装置来确保设备使用者的人身和财产安全;在设备的设计时要充分考虑各种情况, 合理配置各种安全装置, 确保设备在各种意外情况下的安全。比如, 现在很多压力灭菌器的门只有电气连锁保护而没有机械连锁保护, 而当电气连锁措施失效时就容易发生安全事故。同时, 针对各种意外情况应当设置各种警报和提示信息, 提请操作人员注意, 确保使用安全。 (2) 控制软件的完善。灭菌设备的操作要有严格的权限分级控制, 对设备进行的各种操作、修改都要有不可篡改的记录, 满足FDA 21 CFR PartⅡ的要求;要求控制系统的温度和压力等关键工艺参数应有双重不同系统记录, 便于随时校对和确保记录可靠安全。 (3) 文件体系。根据国外发达国家的现行管理规范, 整个药品的生产过程都要求可追溯。对于灭菌设备同样有类似的要求。灭菌设备的设计、生产、安装、调试和验收等各个环节都要求有相应的过程记录, 并同步生成DQ、IQ、OQ、PQ、FAT和SAT等各种验证文档。
5 结语
随着制药行业的发展, 国内的制药企业应努力使产品出口进入国际市场。以此同时, 要不断研究发达国家关于药品生产的各种规范要求。为了满足这些要求, 灭菌设备作为无菌保障的关键设备应在硬件配置、软件控制、文件体系方面不断完善, 为国内医药企业迈向世界提供技术支持。
摘要：以湿热灭菌设备为例, 从技术角度阐述了制药工业所用灭菌设备的一些现状, 并与国外先进设备进行对比分析, 对存在的问题提出了改进建议。
关键词：灭菌方法,湿热灭菌,灭菌设备,现状,改进,分析
湿热灭菌及验证综述性探讨 篇2
湿热灭菌工艺是无菌药品生产过程中至关重要的工艺。无论是终端灭菌, 还是采用无菌工艺生产药品, 灭菌工艺都是最重要的工艺环节之一。其广泛应用于对无菌衣、玻璃器械、最终灭菌药品 (尤其是注射剂) 的灭菌处理, 湿热灭菌具有传导迅速、穿透能力强、灭菌效果好的特点。
1 灭菌及灭菌物品
灭菌法是用适当的物理或化学手段将物品中活的微生物杀灭或除去, 从而使物品残存活微生物的概率下降至预期的无菌保证水平的方法。灭菌法适用于制剂、原料、辅料及医疗器械等物品的灭菌。
无菌物品是指物品中不含任何活的微生物。对于任何一批灭菌物品而言, 绝对无菌无法保证, 也无法用试验来证实。一批物品的无菌特性只能相对地通过物品中活微生物的概率低至某个可接受的水平来表述, 即无菌保证水平 (Sterility assurance level, 简称SAL) 。实际生产过程中, 灭菌是指将物品中污染微生物的概率下降至预期的无菌保证水平。最终灭菌的物品微生物存活概率, 即无菌保证水平不得高于10-6。已灭菌物品达到的无菌保证水平可通过验证确定。
灭菌物品的无菌保证不能依赖于最终产品的无菌检验, 而是取决于生产过程中采用合格的灭菌工艺、严格的GMP管理和良好的无菌保证体系。
灭菌工艺的确定应综合考虑被灭菌物品的性质、灭菌方法的有效性和经济性、灭菌后物品的完整性和稳定性等因素。
2 灭菌方法
常用的灭菌方法有湿热灭菌法、干热灭菌法、辐射灭菌法、气体灭菌法和过滤除菌法。可根据被灭菌物品的特性采用一种或多种方法组合灭菌。
2.1湿热灭菌法
湿热灭菌法指将物品置于灭菌柜内利用高压饱和蒸汽、过热水喷淋等手段使微生物菌体中的蛋白质、核酸发生变性而杀灭微生物的方法。该法灭菌能力强, 为热力灭菌中最有效、应用最广泛的灭菌方法。药品、容器、培养基、无菌衣、胶塞以及其他遇高温和潮湿不发生变化或损坏的物品均可采用本法灭菌。
2.2干热灭菌法
干热灭菌法指将物品置于干热灭菌柜、隧道灭菌器等设备中, 利用干热空气达到杀灭微生物或消除热原物质的方法。其适用于耐高温但不宜用湿热灭菌法灭菌物品的灭菌, 如玻璃器具、金属制容器、纤维制品、固体药品、液状石蜡等均可采用本法灭菌。
2.3辐射灭菌法
辐射灭菌法指将灭菌物品置于适宜放射源辐射的γ射线或适宜的电子加速器发生的电子束中进行电离辐射而达到杀灭微生物的方法。本法最常用的为60Co-γ射线辐射灭菌。医疗器械、容器、生产辅助用品、不受辐射破坏的原料药及成品等均可用本法灭菌。
2.4气体灭菌法
气体灭菌法指用化学消毒剂形成的气体杀灭微生物的方法。常用的化学消毒剂为环氧乙烷、气态过氧化氢、甲醛等。采用气体灭菌法时, 应注意灭菌气体的可燃可爆性、致畸性和残留毒性。本法适用于在气体中稳定的物品灭菌。
2.5过滤除菌法
过滤除菌法利用细菌不能通过致密具孔滤材的原理以除去气体或液体中微生物的方法。常用于气体、热不稳定的药品溶液或原料的除菌。
3 湿热灭菌条件
湿热灭菌条件的选择应考虑灭菌物品的热稳定性、热穿透力、微生物污染程度等因素。
湿热灭菌条件通常采用121 ℃×15 min、121 ℃×30 min或116 ℃×40 min的程序, 也可采用其他温度和时间参数, 但无论采用何种灭菌温度和时间参数, 都必须证明所采用的灭菌工艺和监控措施在日常运行过程中能确保物品灭菌后的SAL≤106。
当灭菌程序的选定采用F0值概念时 (F0值为标准灭菌时间, 系灭菌过程赋予被灭菌物品121 ℃下的灭菌时间) , 应采取特别措施确保被灭菌物品能得到足够的无菌保证, 此时, 除对灭菌程序进行验证外, 还必须在生产过程中对微生物进行监控, 证明污染的微生物指标低于设定的限度。
对热稳定的物品, 灭菌工艺可首选过度杀灭法, 以保证被灭菌物品获得足够的无菌保证值。热不稳定性物品, 其灭菌工艺的确定依赖于在一定的时间内, 一定的生产批次的被灭菌物品灭菌前微生物污染的水平及其耐热性。因此, 日常生产全过程应对产品中污染的微生物进行连续地、严格地监控, 并采取各种措施降低物品微生物污染水平, 特别是防止耐热菌的污染。
热不稳定性物品的F0值一般不低于8 min。
4 湿热灭菌原理
湿热灭菌的原理是使微生物的蛋白质及核酸变形导致其死亡。这种变形首先是分子中的氢键分裂, 当氢键断裂时, 蛋白质及核酸内部结构被破坏, 进而丧失了原有功能。蛋白质及核酸的这种变形可以是可逆的, 也可以是不可逆的。若氢键破裂的数量未达到微生物死亡的临界值, 则其分子很可能恢复到它原有的形式, 微生物就没有被杀死。为有效地使蛋白质变形, 如采用高压蒸汽灭菌时, 就需要水蒸气有足够的温度和持续时间, 这对灭菌效果十分重要。高温饱和水蒸气可迅速使蛋白质变形, 在规定操作条件下, 蛋白质发生变形的过程即微生物死亡的过程, 是可预见和重复的。微生物的灭活符合一级动力学方程, 微生物死亡速率是微生物耐热参数D和杀灭时间的函数。即在给定的时间下被灭活的微生物与仍然存活数成正比。
lg Nt=lg N0-F (T, Z) /DT
式中Nt———t分钟后微生物计数值;
N0———初始微生物计数值;
DT——在T温度下的微生物降低一个对数单位所需要的时间;
F (T, Z) ———灭菌程序在确定温度系数Z的T温度的等效灭菌时间。
5 湿热灭菌法方法
5.1流通蒸汽灭菌法
流通蒸汽灭菌是指在常压条件下, 采用100 ℃流通蒸汽加热杀灭微生物的方法, 灭菌时间通常为30~60 min。该法适用于消毒以及不耐高热制剂的灭菌, 但不能保证杀灭所有芽孢, 是非可靠的灭菌方法。
5.2间歇蒸汽灭菌法
间歇蒸汽灭菌法利用反复多次的流通蒸汽加热, 杀灭所有微生物, 包括芽胞。方法同流通蒸汽灭菌法, 但要重复3次以上, 每次间歇是将要灭菌的物体放到37 ℃孵箱过夜, 目的是使芽胞发育成繁殖体。若被灭菌物不耐100 ℃高温, 可将温度降至75~80 ℃, 加热延长为30~60 min, 并增加次数。该法适用于不耐高热的含糖或牛奶的培养基。
5.3高压蒸汽灭菌法
高压蒸汽灭菌法是指压力在103.4 k Pa下, 蒸汽温度达121.3 ℃, 维持15~20 min杀灭微生物的方法。
6 湿热灭菌过程
大多数湿热灭菌循环依赖接触的饱和蒸汽, 饱和蒸汽是与液态水保持平衡的水蒸气。饱和蒸汽只存在于液态和气态分界线上, 也就是说, 温度和压力的关系是固定的, 饱和蒸汽对灭菌过程是最有效的。
湿热灭菌通过热量从蒸汽转移到装载物和通过生成冷凝液的水合作用影响实现 (水合过程将放出热量) , 冷凝是从蒸汽状态转变成低能量的液体状态, 这个阶段蒸汽释放的热量转移到周边环境中 (在121 ℃时, 蒸汽变到液态释放热量39.6 k J/mol) 。
6.1饱和蒸汽程序
在大多灭菌器的设计中, 空气去除是一个关键的要素, 在相同压力下空气-蒸汽的混合气体比不含空气的蒸汽 (纯蒸汽) 所含有的潜热少, 因此会降低热量从蒸汽转移到装载物的效能。设计为去除腔体和装载物内空气的抽真空法比重力置换法更有效, 然而, 基于工艺能力灭菌器内所有空气不可能全部被移除, 灭菌器装载影响去除的数量。例如, 一个含有诸如衣服、过滤器和软管的装载比没有此物品的装载保留更多的空气, 所以必须通过确认措施证明此类低水平的空气残留将不会对灭菌循环产生不利影响。
饱和蒸汽通过冷凝传递的热量是从高于饱和点的蒸汽 (即过热蒸汽) 转移热量的许多倍。用过热蒸汽灭菌是一种干热现象, 效率低于饱和蒸汽工艺。过热蒸汽温度改变1 ℃只有1.5 k J/mol的能量转换。而饱和蒸汽释放39.6 k J/mol的热量使之成为更有效的工艺。过热蒸汽也被称作“干蒸汽”, 因为它一旦接触冷的表面不会立即形成冷凝水。因而, 当过热出现时重要的水合作用将不会发生, 为了维护一个饱和蒸汽条件, 应避免突然的压力降低。过热能通过维持蒸汽发生器中的蒸汽与水相平衡进行避免, 灭菌腔体周围蒸汽的夹套可能被用于降低升温时间和提高腔体温度均匀性。但是, 该夹套在升温和灭菌暴露阶段应该被控制在低于腔体温度, 以避免腔体中过热的产生。
对饱和蒸汽循环来说, 冷凝成水将导致气体体积压缩超过99%, 如果冷凝的蒸汽没有立即用额外的蒸汽填充到灭菌器中, 这通常将导致一个实质性的压力降, 这时允许蒸汽快速加热装载物表面, 直到达到一个有效灭菌温度的冷凝/补给循环。
6.1.1 重力置换程序
重力置换程序是基于灭菌器腔体内空气比蒸汽更冷更重而将下沉到腔体底部的原理, 由于蒸汽进入腔体, 空气被排挤至腔体底部排水沟, 并且连同冷凝水一起从疏水阀排出腔体外。
疏水阀是被设计为有效地允许大量空气通过的通道。该循环 (重力置换程序) 排除空气的成功与否取决于疏水阀的正确运行和蒸汽的适当分布。蒸汽通过导流板或散流器注入灭菌器, 蒸汽注入的速率是关键的, 如果蒸汽进得过快或分布不合理, 装载的顶部或周围可能会夹带空气层。如果进汽过于缓慢, 空气受热而扩散入蒸汽中, 从而使排除空气更加困难。
从腔体中去除空气的有效性通过测量排水沟处温度进行确定, 因为空气和冷凝水下沉到腔体底部, 由于空气被消除, 它首先被热冷凝水取代, 最后被饱和蒸汽取代, 该处温度从冷空气和冷凝水的温度变化到更热的蒸汽, 导致疏水阀关闭。随着工艺循环进展, 灭菌器腔体逐渐达到符合期望温度相对应的压力。
一个重力置换循环的变化是一个强迫空气去除的循环。强迫空气去除确保空气从腔体快速去除, 比重力空气去除方法更可靠更有效, 它被设计为引入蒸汽强迫空气从排水管排出达到从灭菌腔体去除空气。一个附在排水管的真空泵同时运行帮助从系统中去除空气, 在该阶段腔体压力和温度被控制。
6.1.2 预真空程序
预真空程序灭菌开始之前, 用一个机械真空泵或蒸汽喷射器将空气抽走或排出, 该方法适宜于带有内部体积的装载物诸如管道、过滤器、缠绕的灭菌包以及灌装组合体。
蒸汽脉冲是用来快速填充由真空脉动创造的空间, 使得残留空气减少。蒸汽和真空脉冲间大的压力差提高空气去除速度, 需要脉动的次数应该在灭菌工艺开发时确认。蒸汽和真空交替脉冲对去除空气比单一的抽真空更有效。
真空脉动工艺在制药工业中用于灭菌去除空气较困难的装载物是最常用的方法, 蒸汽脉动和真空水平间的压差越大, 空气去除能力越强。
6.2空气加压
6.2.1 为何有时要求空气存在
尽管空气通常被认为是一个会降低蒸汽灭菌工艺效率的潜在的问题, 但有的时候空气又是被要求存在的。注射液体制剂经常在灭菌器中被最终灭菌, 在这种情况下蒸汽冷凝的主要功能是提供快速的热量转移到产品容器壁上, 几乎在所有容器内溶液上方的空间中有空气 (氮气或其他惰性气体) , 由于溶液被加热, 气体膨胀并加入因容器内水演变成蒸汽而压力上升, 因而, 容器内压力将超过灭菌器内的压力。
玻璃小瓶用专门的密封盖进行密封用来承受压力, 只要在排气过程中压力差不变得太大, 玻璃小瓶将不会破裂或爆炸。装载物快速冷却时, 压力差可能变得非常关键足以能导致容器破裂或密闭性损坏。
灌封注射器、塑料袋和半刚性容器表现出一个较大的问题, 因为它们没有玻璃那种固有的强度, 其随着压力差的上升而有爆炸或打开的趋向, 为预防这种情况, 必须向灭菌器腔体中注入空气以增加压力直到确定的压力水平。
6.2.2 空气混合加压
空气的存在, 尽管必要, 但会降低热传递效率。因此, 当一个空气加压循环被使用时, 维持一个良好的混合腔体环境以保证热传递到装载物是均匀的非常重要。混合有几种方法达到, 两个主要方法是:蒸汽空气混合工艺和过热水工艺。
过热水指在100 ℃以上并需一定压力才能保持液态的水。而过热水程序是指在空气加压条件下, 以不断循环的过热水为灭菌介质的灭菌工艺。
理解空气与蒸汽混合的物理原理是非常重要的, 混合气体的压力和温度之间的关系不同于饱和蒸汽, 混合可通过以下几种方法完成:
(1) 蒸汽与空气:可能用风扇或另一种持续循环手段, 混合空气和蒸汽;
(2) 蒸汽/水/空气:灭菌器用一个外部泵循环过热水, 从腔体底部通过一系列分布于灭菌器顶部或侧面的喷嘴使水循环到装载物上方淋下来, 通过“雨淋”作用用来混合空气、水及蒸汽。
这两种设计在最终灭菌产品冷却时都有一个额外的用途, 水或空气通过一个热交换器循环有助于更快冷却容器从而提高灭菌器生产能力, 快速冷却对加强产品稳定性是必要的。
7 灭菌器设计
对工艺的认识决定了最适合该产品的湿热灭菌方式。
影响因素包括产品类别、工艺类别、包装和制备。例如, 部分产品的摆放和包装要求对于空气排出和湿热蒸汽灭菌穿透十分重要;产品和组件可能需要正压行程对密封的液体进行有效灭菌。
风险评估是湿热灭菌器系统设计过程的重要部分。评估首先要考虑产品和工艺过程, 以及灭菌温度、设施的损失、灭菌数据丢失、冷却要求、蒸汽要求、正压要求。
7.1用户需求
正确选择灭菌器需要确定灭菌器的性能要求和期望。
用户要确定:如何使用灭菌器?灭菌物是否为坚实的物品?灭菌物是否为已灌装的注射剂?灭菌物是否为液体装载物?灭菌物品的尺寸和可能的装载密度是什么?
7.1.1 设备需考虑的若干问题
7.1.1.1 密封的考虑
当灭菌器两端洁净级别不同时, 应考虑密封 (例如生物密封、气压密封) 。密封类型取决于空间大小和生物危害防护要求, 应保持一定压差, 防止颗粒进入洁净区, 防止微生物从一个密闭环境中扩散出来。
7.1.1.2 环境影响的考虑
灭菌器的操作能够影响环境的温度和湿度, 因此必须了解所在区域的温度、湿度要求。在灭菌器运行时 (如卸载) , 必须考虑温度、湿度提高对洁净厂房环境的影响, 可在天花板安装排气口, 排出过量湿气, 可能还需要高湿喷水装置和烟雾感应器。
7.1.1.3 公用系统的考虑
灭菌器操作应考虑所需配套的公用系统设施, 如清洁蒸汽、工业蒸汽、工艺气体、水、电等。并说明设施工作条件, 如清洁蒸汽和工艺气体的最低和最大压力范围, 水温、电流和电压。
7.1.1.4 操作、验证的考虑
(1) 阀门位置 (如隔离和关闭) 、灭菌器腔体验证口、压力表、蒸汽疏水阀和蒸汽质量检测口应有明显标识;
(2) 日常监控和验证取样点应合理设置;
(3) 取样口应避免任何冷凝水聚集;
(4) 灭菌器运行产生的排出物 (如冷凝水体积和温度) , 需要时应指明处理要求, 例如增加热交换器将冷凝水温度降至允许的排放温度。
7.1.1.5 空间的考虑
对于灭菌器所在区域的设置, 应有进行维护的足够空间。有足够空间存放和操作装载设备, 特别是灭菌柜前方应有足够空间。
7.1.2 评估工艺要求
(1) 温度探头验证口, 指定接口的数量、尺寸、位置和类别;
(2) 装载和卸载要求 (如步入式或手伸入式) ;
(3) 门密封介质 (如清洁蒸汽或医用气体) 的要求, 确定是否需要备用门密封;
(4) 完成灭菌行程所需时间、生产能力要求;
(5) 对于多孔/坚实物品 (设备、管道、衣服) 的灭菌, 空气排出效果对热传递至装载物十分关键。在灭菌开始前, 应将空气从灭菌柜和装载物中排出, 使用饱和蒸汽, 饱和蒸汽不得含有可能污染灭菌物品的化学物质。
(6) 对于已经包装产品的最终灭菌, 重点要确定灭菌行程, 在装载的所有位置都能获得足够杀灭效果, 但不影响物品或产品质量。因此, 必须保证装载的温度是均匀的。
7.2系统控制
对于灭菌设备的技术要求、建造、测试和运行, GMP要求系统控制能符合设备设计要求和预期用途。
7.2.1 控制系统的设计考虑
(1) 控制系统与安装区域的其他系统可能存在的相互干扰。 (2) 数据采集 (如本地打印报告、网络打印报告、建筑控制系统报告、历史数据趋势分析) 。 (3) 用于药品生产, 具备电子数据采集的控制系统应符合法规要求。 (4) 确定需记录的工艺变量清单和记录频次, 如腔体压力、腔体温度、夹套温度、运行时间。 (5) 如果系统能够提供报告, 确定报告需保护哪些信息。 (6) 控制系统复杂或简单程度。根据手动、半自动或自动操作来描述控制系统要求。 (7) 系统的运行控制是在灭菌器上操作界面, 还是通过外部控制系统完成。系统的进入是否通过数据通信连接完成。根据操作、灭菌行程设计、维护, 确定不同安全访问等级。 (8) 系统报警要求, 包括关键报警或提示报警。
7.2.2 控制系统的总体要求
(1) 控制系统首先一定要稳定; (2) 灭菌周期计时和顺序控制器要准确; (3) 灭菌能力要达到灭菌要求。
7.2.3 系统互锁功能
(1) 在关闭并锁死前, 门没有完全密封; (2) 只有在门处于密封状态下, 才能启动灭菌行程; (3) 只有当没有报警时, 才可启动灭菌行程; (4) 在灭菌行程结束, 以及腔体压力降至大气压力前, 不得打开门; (5) 当灭菌行程中止, 但保温阶段尚未结束时, 只能从装载侧打开; (6) 如果门是打开的或未密封, 控制器不得开启腔体蒸汽阀; (7) 确定急停按钮的布置, 双门灭菌器应在灭菌器两侧均有急停按钮; (8) 操作者启动灭菌行程中止时, 系统反馈的描述是在中止步骤结束后灭菌器所处的最终状态。
7.3详细设计
(1) 应包括所有灭菌器通用的基本要素, 以及满足特定操作的特定要求; (2) 基本要素包括灭菌器描述、尺寸和结构、所需灭菌行程类别和最大装载尺寸或重量; (3) 安装区域的设施可作为限制性因素; (4) 应涵盖控制系统的类别及其验证要求; (5) 要考虑不同洁净级别对清洁要求的不同, 这将影响灭菌器面板的材质, 也可能影响墙体密封的设计, 所处区域的洁净级别也影响面板的装饰; (6) 应指明设施管路要求, 指明清洁蒸汽、工艺气体、卫生腔体排出和无菌系统的管路焊接和坡度要求。
8 设备验证及确认
湿热灭菌验证的目的, 就是通过一系列验证试验提供足够的数据和文件依据, 从而找到最有效最合理的灭菌参数, 并把已经验证过的饱和蒸汽灭菌设备和灭菌工艺参数应用到药品生产的除菌过程中去, 以证明用于药品生产过程中的每一台饱和蒸汽灭菌设备都能起到灭菌的效果。并且, 对不同灭菌物品的灭菌过程和灭菌效果具有可靠性和重现性, 即验证结果必须证明生产中所采用的灭菌过程对经过灭菌的物品能够保证残存微生物污染的概率或可能性低于百万分之一。
8.1工厂验证测试
工厂验证测试应该成为供应商生产质量保证项目完整的部分。工厂现场验收测试是指导供应商工厂, 证明设备是根据设计说明和符合功能需求和用户需求的性能来建造的。
8.2软件测试
软件测试程序开发应当与指导方针一致。很多情况下, 灭菌器主要软件程序根据多种设置建立。这些软件模块取决于选择的项目开启或关闭, 每个基本程序应该进行软件测试, 软件测试应该在模拟环境下执行。
测试一般包括:屏幕导航测试、安全性测试、输入值的边界测试、过程顺序和过渡条件测试、报警测试、互锁测试、版本确认和审计跟踪、可配置的参数、数据传输到拥有者提供的硬件和软件。
8.3安装确认
安装确认的目的是确认和记录灭菌器的安装符合规定。
8.3.1 主机安装
(1) 确认主机已安装稳固; (2) 确认设备安装位置有充分的回转空间和维修空间; (3) 确认设备与界面安装的密封性符合要求; (4) 确认设备的设计制造符合合同要求; (5) 确认设备安装的空间符合相应法规要求; (6) 确认设备符合国家有关压力容器的安装要求; (7) 确认主控柜与主机连线正确; (8) 确认真空系统与主机连接正确, 且运行正常。
8.3.2 压缩空气确认
(1) 确认压缩空气系统与主机连接正确, 且运行正常; (2) 确认压缩空气应无油、无水、无菌; (3) 确认压缩空气管道为优质卫生级不锈钢; (4) 确认压缩空气压力≥0.55 MPa。
8.3.3 电源确认
(1) 检查并确认主机电源为380 V; (2) 检查并确认PLC电源为24 V。
8.3.4 纯蒸汽确认
(1) 检查并确认设备与纯蒸汽的连接正确; (2) 检查并确认管道为316 L不锈钢; (3) 检查并确认纯蒸汽压力为0.15~0.2 MPa; (4) 蒸汽质量测试。
纯蒸汽冷凝水的水质必须符合注射用水标准。表1是《中华人民共和国药典》 (2010年版) 规定的注射用水标准。
8.3.5 冷却水确认
(1) 检查并确认冷却水的安装和质量符合要求:温度为8~14 ℃, 压力大于0.2 MPa; (2) 管道为优质卫生级不锈钢。
8.3.6 过滤器的确认
检查并确认过滤器与设备的连接正确, 并经过完整性测试。
8.3.7 压力表确认
检查并确认设备的各种压力表连接正确, 并通过校验, 且现场校验合格。
8.3.8 温度探头确认
检查并确认设备的温度探头连接正确, 并通过校验。
8.3.9 安全温度计的确认
检查并确认设备的安全温度计安装正确, 并通过校验。
8.4运行确认
运行确认测试证明蒸汽灭菌器和配套组件按照预先确定的循环参数运行。
8.4.1 密封门的开关与安全温度计的连接
8.4.1.1 验证目的
确认密封门系统正常, 门与安全温度计的连接正常。
8.4.1.2 可接受标准
(1) 在灭菌的第一阶段, 如果柜门没有关闭, 灭菌不能自动进行; (2) 安全温度计的设定温度为75 ℃, 在灭菌循环结束时, 如果温度高于75 ℃, 按开门键不能打开柜门; (3) 在从灭菌循环的第二阶段开始到循环结束时, 密封门不能被打开。
8.4.2 紧急停机功能检查
8.4.2.1 验证目的
确认紧急停机功能正常。
8.4.2.2 可接受标准
程序循环过程中, 按“紧急停止”物理开关, 程序立即停止循环, 并且电源被切断。
8.4.3 真空度及灭菌腔室内泄露试验
8.4.3.1 验证目的
确认真空状态下灭菌柜内泄露正常。
8.4.3.2 可接受标准
抽真空后暴露10 min, 腔室内压力变化应<1.3×105MPa/min。
8.4.4 温度控制器及温度记录仪误差试验
8.4.4.1 验证目的
检查程序运行过程温度显示记录值与热电偶指示数之间的误差, 以及程序控制时间与标准计时器之间的误差均符合设计要求和允许的误差范围。
8.4.4.2 验证标准
允许的误差范围为0.5%。
8.4.4.3 验证设备的校正
将经过校正的7个温度探头编好号固定在灭菌柜箱体内的不同位置。根据湿热灭菌器操作的方法。设定121 ℃、40 min灭菌, 试验前后都要将温度探头放进冰点槽和油浴缸中进行校正。
8.4.5 空载热分布试验
8.4.5.1 验证目的
在设备空载的情况下, 检查腔室内的热分布情况, 调查可能存在的冷点。
8.4.5.2 可接受标准
最冷点温度与腔室平均温度之差应≤±1 ℃。
8.4.5.3 操作
将经过校正的10个温度探头编好号固定在灭菌器箱体内的不同位置。
温度探头的安放位置包括可能的高温点及低温点, 如蒸汽入口处和抽真空口, 另外温度探头均匀地放在小车的不同层, 所有的温度探头都不能与柜体表面接触, 从而使温度的检测具有良好的代表性。
根据湿热灭菌器操作方法, 设定121 ℃、40 min灭菌, 试验前后都要将温度探头放进冰点槽和油浴缸中进行校正。
8.4.6 负载热分布试验
8.4.6.1 验证目的
在设备装载灭菌物品的情况下, 将温度探头放在被灭菌的物品以外, 确认灭菌柜内空气的热分布均匀性并确定装载中空气的“最冷点”。
8.4.6.2 可接受标准
确定热分布均匀性, 确定最冷点的空气的F0≥15 min。
8.4.6.3 操作
将经过校正的10个温度探头编好号固定在满载的灭菌柜箱体内的不同位置。
温度探头的安放位置包括由空载热分布确定的高温点及低温点, 另外温度探头均匀地放在小车的不同层, 所有的温度探头都不能与柜体表面接触。装载时应选用最难穿透物质的最大装载, 从而使温度的检测具有良好的代表性。
根据湿热灭菌器操作的方法, 设定121 ℃、40 min灭菌, 试验前后都要将温度探头放进冰点槽和油浴缸中进行校正。
8.5生物指示剂试验
8.5.1 生物指示剂
生物指示剂是一类特殊的活微生物制品, 可用于确认灭菌设备的性能、灭菌程序的验证、生产过程灭菌效果的监控等, 对特定灭菌处理有确定的抗力, 并装在内层包装中可供使用的染菌载体。
8.5.2 湿热灭菌生物指示剂
湿热灭菌生物指示剂由嗜热脂肪杆菌芽孢 (ATCC7953) 菌片、培养基 (密封在玻璃管内) 及塑料外壳组成。
8.5.3 测试方法
在最大装载量的情况下, 每层布置5个嗜热芽胞杆菌生物指示剂, 其中应有一点位于最冷点。设定温度为121 ℃, 开启仪器, 连续运行15 min, 待灭菌后培养观察生物指示剂变色情况。
嗜热芽胞杆菌生物指示剂使用方法: (1) 将压力蒸汽灭菌生物培养指示剂放于标准测试包中; (2) 按照国家规范, 分别将测试包放于灭菌柜中的不同位置; (3) 灭菌完毕, 取出生物指示剂; (4) 挤破内含的安瓿, 与一支对照管一起放于56 ℃培养箱内; (5) 培养48 h后, 观察结果。
8.5.4 结果判定
培养后, 指示管不变色 (呈紫色) , 表示灭菌通过;培养后, 指示管变黄 (呈黄色) 表示灭菌不通过。同时, 培养的对照管应为阳性 (呈黄色) 。
9 结语
浅谈对湿热灭菌柜的改造 篇3
脉动真空蒸汽灭菌柜是无菌原料药生产中的关键设备, 主要由灭菌柜主体、控制系统、蒸汽系统、压缩空气系统、水系统等组成。其工作原理是:借助水的流动, 用真空泵抽出灭菌柜腔室的冷空气, 使其处于负压状态, 然后输入纯蒸汽, 使蒸汽迅速穿透到物品内部, 如此反复数次, 在高温和高压作用下, 微生物将会因蛋白质和核酸变性而死亡, 从而达到灭菌要求;灭菌后, 需要抽真空使灭菌物品迅速干燥。整个灭菌工作流程采用微机控制, 具有方便、省时、省力、总灭菌时间短、灭菌彻底可靠、物品干燥等特点。
1 新版GMP的相关要求和设备情况
在2010版GMP的附录1无菌药品中的第70条规定, 热力灭菌通常有湿热灭菌和干热灭菌2种, 应当符合以下要求:
在验证和生产过程中, 用于监测或记录的温度探头与用于控制的温度探头应当分别设置, 且设置的位置应当通过验证确定。每次灭菌均应记录灭菌过程的时间-温度曲线。
采用自控和监测系统的, 应当经过验证, 保证符合关键工艺的要求。自控和监测系统应当能够记录系统以及工艺运行过程中出现的故障, 并安排相关操作人员进行监控。应当定期将独立的温度显示器的读数与灭菌过程中记录的图谱进行对照。
另外, 第71条规定:湿热灭菌工艺监测的参数应当包括灭菌时间、温度、压力。对于腔室底部装有排水口的灭菌柜, 必要时应当测定并记录该点在灭菌全过程中的温度数据。
我厂现有的脉动真空灭菌柜都是只有自控系统, 没有监测系统, 不符合2010版GMP的要求, 因此需要对设备进行改造。由于3台脉动真空灭菌柜的规格型号和工作方式类似, 因此以QC实验室的灭菌柜为例介绍改造过程。
2 改造方案
2.1 具体要求
QC实验室的灭菌柜主要用于微生物班组的工、器具和培养基的灭菌。对于培养基的灭菌, 要求培养基内的温度达到115℃或121℃, 并能够保持足够长的时间。这就需要在灭菌柜内室安装一个活动的探头, 将探头插入培养基或液体内, 监测灭菌过程中的温度。对于工、器具等物品的灭菌, 要保证灭菌柜内室最冷点达到121℃以上, 并且整个灭菌过程中, 内室温度都应保持在灭菌温度以上, 同时要求保持足够长的时间以满足F0值的要求。另外, 要求灭菌柜内热分布均匀, 同一时刻内室各处的温差应不超过3℃。对于上述2个温度控制点还需要设置监测探头, 以起到记录灭菌过程和复核的作用。
2.2 硬件改造
2.2.1 温度探头
根据对原湿热灭菌柜的分析结果可知, 灭菌柜运行过程中的最冷点在内室的排水口。新版GMP第71条要求对湿热灭菌柜的排水口温度进行全过程测定, 因此灭菌柜的温度探头应安装在内室排水口处, 这样不仅可以继续用于温度控制, 还可以满足新版GMP要求。
为了把监测探头和控制探头分开, 该探头改为耐高温的双支高精度探头。同时, 为了方便插入带塞子的锥形瓶等玻璃容器, 要求探头是尖头的, 且直径尽量小。探头的导线为柔软的耐高温导线。另外, 灭菌柜一般都会预留1~2个验证口, 且配有验证口专用的接头, 安装内室探头时可将温度探头穿过接头放入验证口, 并在内室预留足够长的导线, 然后上紧验证口, 即完成了探头的安装。
2.2.2 记录仪
记录仪用于记录灭菌过程的时间—温度曲线, 同时对控制系统显示的温度进行复核。考虑到直观、真实、不可修改、使用方便等因素, 选择嵌入安装的2通道有纸记录仪。有纸记录仪有毡笔和热敏2种, 厂里原先有1台毡笔的记录仪, 但是由于长时间不用而容易洇纸, 且笔头变干, 因此选择使用热敏记录纸的记录仪。
2.2.3 控制系统
排水口和内室温度探头共4组探头线, 2组接至PLC控制系统, 另外2组接至2通道有纸记录仪。
2.3 控制程序的改造
由于在液体或培养基灭菌过程中, 液体内部的升温速度相对较慢, 因此将控制方式由原来的排水口温度单独控制改为排水口和内室温度共同控制。当2处温度都达到设定的灭菌温度时, 灭菌过程开始计时;当温度发生波动时, 只累计当前温度值高于灭菌温度的时间, 并在累计时间达到灭菌设定时间后, 结束灭菌过程, 进入干燥或排气阶段。
另外, 需要在触摸屏画面增加内室探头的温度显示, 以方便观察内室温度。
3 设备确认
改造完成后, 需要对灭菌柜进行设备确认, 包括安装确认、运行确认和性能确认。根据这次灭菌柜的改造情况, 确认内容的重点包括:外观确认、电气连接确认、气密性确认和空载及满载的性能确认。
通过验证来检查并确认该脉动真空灭菌柜的各项指标能否满足生产要求, 同时还可以验证灭菌柜在空载及满载时的温度分布情况、满载时不同位置的热分布试验、热穿透和生物指示剂试验, 从而确保灭菌柜的灭菌能力能够满足生产工艺和生产能力的要求。每个确认项目都要做3次, 以观察确认结果的重现性。
4 结语
灭菌柜改造完成后, 增加的内室活动探头使操作人员能够直观地了解热穿透情况和内室位置温度变化情况, 并能随时对灭菌柜的灭菌温度进行复核, 及时发现探头温度的偏差情况。经过设备确认, 改造后的脉动真空灭菌柜能够符合已定的各项指标, 同时满足2010版GMP对灭菌柜的相关要求。
摘要：根据2010版GMP规范对湿热灭菌柜新增的相关要求, 从制定方案、硬件选型、控制程序、设备确认这4个方面介绍了灭菌柜的改造过程。
湿热灭菌设备 篇4
随着新版GMP的推出, 国家对于制药企业的软硬件水平提出了进一步的要求。同时, 企业对于国际市场的开拓, 也面临着欧盟GMP与FDA更为严苛的认证要求。其中, 制药设备的设计与验证工作正是能否达到这些要求的关键点。
湿热灭菌柜作为制药企业各个环节中最为常见的一种关键设备, 其设计与验证工作是不容忽视的。
本文将对湿热灭菌柜整个生命周期中各个环节的要点进行分析, 其验证V模型如图1所示。
1 初步工艺风险评估、系统设备影响性评估 (SIA) 及验证总计划 (VMP)
在对湿热灭菌柜进行设计与验证时, 首先, 要将该车间/剂型所生产产品的质量标准、物料的性质、基本工艺进行罗列, 经过综合分析, 列出设备的关键质量、工艺属性, 提出湿热灭菌柜需满足这些关键质量、工艺属性的基本要求, 这些要求将在URS中得到体现。
其次, 在系统设备影响性评估 (SIA) 中, 根据设备是否直接接触产品、是否生产辅料或溶剂、是否用于保护产品质量防止其受到污染等几个方面, 判断设备是属于直接影响设备、间接影响设备还是无影响设备, 以决定是否采取调试、验证措施。一般湿热灭菌柜不论是作为终端灭菌还是无菌衣灭菌, 都判定为关键设备。
最后根据SIA的评估结果, 结合验证总计划 (VMP) , 以决定后面验证活动的具体实施过程。
2 用户需求规范 (URS)
对于湿热灭菌柜的用户需求分析, 可从以下几个方面进行:
2.1 法规要求
要根据项目/产品对于设备的要求, 确定其需要满足的法规、标准与指南要求。例如, 在法规方面, 是否需要满足美国c GMP;在工程方面, 管道、阀门等与药品直接接触的材质以及其安装是否应符合ASME BPE2009要求;设备是否需要满足EN285的要求等。
2.2 文件要求
湿热灭菌柜的用户需求分析需明确对于文件体系的要求, 明确说明需要供应商提供哪些文件, 包括图纸、验证文件、工程文件、维护保养手册、说明书等。同时, 要明确文件的数量、语言、格式、内容 (包括其深度、是否有可追溯性等) 。
2.3 容积、尺寸要求
根据生产情况及厂房情况, 明确湿热灭菌柜对于容积与尺寸的要求, 需要考虑到扩大生产的情况, 但尽量不要考虑复用的情况, 尽量做到专柜专用。对于重力置换程序, 装载量不能大于容积的80%;对于脉动真空程序, 装载量不能大于容积的90%。
除了设备的外观尺寸, 还需明确设备与公用系统的连接方式、尺寸以及连接位置, 方便现场安装。另外, 还需明确公用介质的用量。
2.4 材质要求
目前湿热灭菌柜的内室多采用304或316L不锈钢材质。其中, 316L不锈钢材质因为添加了2%~3%的Mo元素, 使得该钢材拥有优异的抗点蚀能力, 可以安全应用于含Cl-等卤素离子环境, 但是价格要高很多, 可以根据生产实际选择相应的材质。除了内壁的板材材质, 对于与内室直接连通的管道、阀门、换热器、过滤器以及传感器, 其材质与内室材质要求应一致。另外, 还需考虑的是, 过滤器的滤芯应不会掉落纤维, 隔膜阀的膜片耐温性能满足要求等。
除了对于连通内室部分的材料有要求以外, 对其表面抛光度也应作出要求。良好的表面光洁度可以减少异物的附着, 保证良好的清洁效果, 提高耐腐蚀性。抛光可分为机械抛光和电解抛光2种, 其中电解抛光不仅可以达到更高的光洁度, 表面也更加平整。
2.5 部件要求
阀门:与内室连通的气动阀多选择卫生级隔膜阀, 隔膜阀的优点是其操纵机构与介质通路隔开, 不但保证了工作介质的纯净, 还使位于隔膜上方的阀杆、阀瓣等零件不受介质腐蚀, 省去了填料密封结构, 且不会导致介质外漏。另外, 如果对于温度波动要求较高, 内室的进蒸汽阀可以采用PID调节阀, 可以精细地控制蒸汽进入内室的流量, 对温度的控制更为精确。或者出于成本的考虑, 可以采用大小双阀控制进汽, 避免升温时温度冲高和灭菌时温度波动过大。其他方面, 阀门 (如单向阀、疏水阀、手动阀) 除了注意材质要求外, 还需注意其安装位置是否需要达到卫生级要求。
水环式真空泵:需要考虑水环式真空泵的极限真空值, 根据EN285对于真空泄漏测试的要求, 真空泵需达到-93 k Pa及以下的真空度。
空气过滤器:考虑是否需要安装无菌级过滤器, 是否需要做完整性测试。如果需要做完整性测试, 则需要供应商提供完整性测试的参数。
温/湿度传感器:内室传感器以及在线灭菌的传感器都需要采用双芯铂电阻, 其中一芯数据进入PLC系统作为控制和显示, 另一芯则直接连接到记录仪。各传感器与管道阀门的连通方式如图2所示。
以上所有与内室直接连通的管道阀门与传感器必须采用卡箍连接, 不可以使用螺纹连接, 一方面是方便装卸, 另一方面是防止存在缝隙死角污染和生料带的污染。
控制系统:在控制系统方面, 需要考虑的问题有采用何种品牌/类型的PLC、HMI、打印机、记录仪等;是否需要配备特殊的模块以连接其他的网络系统;是否需要上位机以及使用何种品牌的上位机等。更细化的要求包括PLC是否需要配备电池卡防止参数丢失;HMI是否需要配备SD卡 (如有) 来储存电子数据;打印机不可以采用热敏式打印机, 因其字迹无法长时间保存;记录仪需要有足够的通道以记录必要的参数。
3 功能要求
对于湿热灭菌柜的功能, 首先是考虑需要采取哪些灭菌方式, 根据PDA湿热灭菌的验证, 确定设备所需的灭菌程序, 灭菌科学的应用如图3所示。
确定了灭菌程序的类型后, 还需确定对流程各阶段的参数设定要求, 根据灭菌物的特殊性, 可能对脉动、升温、灭菌、干燥、排气中的任何一个步骤都有着特殊的要求。如干燥过程可以采用可设定时间的持续真空或者采用脉动真空, 升温的速度需要控制等。
除了灭菌程序, 还需确定所需的测试程序, 如BD程序、检漏程序。此外, 还需确认设备有无安装无菌过滤器、是否需要配置在线灭菌程序等。
设备有权限控制, 一般设置3级权限控制, 各权限可设定注销时间。参数的输入需有安全限制, 不安全的参数应无法进行输入。
4 功能说明 (FS) 、硬件/软件设计说明 (HDS/SDS) 、部件影响性评估 (CIA) 与设计确认 (DQ)
一般功能说明 (FS) 或功能设计说明 (FDS) 是必须要编写的。硬件/软件设计说明 (HDS/SDS) 可以独立, 也可以包含在FDS中。编写这些文件的主要目的是为了说明设备可以满足用户需求规范 (URS) 中描述的用户需求。因此, 文件的编写要清晰明了, 针对URS中的条款必须做出对应的、确切的响应, 对设备硬件、软件、功能做出全面而详细的说明, 使用户对设备有全面深入的了解。
当用户认可了FS/HDS/SDS等设计文件之后, 设备的设计阶段基本完成, 设备软硬件结构也基本定型, 相关图纸 (如P&ID、电气图纸等) 也应确定。这时用户可以编写部件影响性评估 (CIA) 。CIA与系统设备影响评估 (SIA) 类似, 只不过CIA是针对单一系统/设备的内部各个部件进行评估, 目的是确定哪些部件可能对产品的质量产生直接的影响, 以将其纳入验证的范畴。这些部件需要在DQ、IQ或OQ时进行专门的确认。事实上, 在以上的过程中, 如发现URS没有描述相关内容, 则需要修改URS, 升级其版本。
完成了上述工作以后, 需要进行设计确认 (DQ) , 这是验证周期的起点。设计确认是通过文件化确认设施、系统和设备符合适当的标准和设计意图, 并符合GMP的要求以及用户需求说明。设计确认的内容应响应URS和CIA, 但并不仅限于这两者。设计确认过程应结合生产、质量、工程各方面负责人对设备GMP相关条款进行再次梳理, 避免对后期进度、费用产生影响。DQ可能产生偏差, 应按照相关质量文件进行管理。
5 工厂验收测试 (FAT)
在工厂验收测试的阶段, 主要考虑以下问题:
5.1 文件的编写
FAT虽然是作为工程文件, 但却是设备到场调试验证前的最后一道关卡。如果FAT没有做好, 可能会给以后的调试、验证和使用带来很大的麻烦。测试项目要对照URS的内容, 检查其是否有遗漏。对于URS里没有提出但对今后的安装、使用可能造成影响的问题, 也要尽量加入测试, 例如灭菌推车与设备的对接是否正常、灭菌推车高度是否有充分的调整空间、管道/阀门的滴漏是否会影响电气部件等。若在工厂内及时发现解决这些问题, 可以避免拖延后期进度, 降低使用中的维护成本。
测试内容要切实详尽、步骤具体, 填写结果要明确, 需要填写数据的地方不可仅用“满足”、“不满足”代替。测试方法、填写方式、修改方式都应明确。测试附件需有清单, 附件需盖上FAT测试章。
5.2 FAT的实施
FAT的实施必须切实进行, 不可未进行测试就随意填写。填写与签字必须完整, 附件需签字并标注日期, 粘贴的附件应跨缝签字。图纸按照管线、部件逐项检查, 并标记正确与否。灭菌柜的图纸较为简单, 可以进行100%检查, 以避免日后使用不便。同样, 报警与连锁测试也需要全部检查。材质除了检查材质证明以外, 有条件的话, 应尽量使用荧光光谱分析仪对设备材质进行直接检查。
FAT时还需明确仪表的校准工作, GMP规定设备仪表在使用前都必须经过校准, 所以需决定是否由供应商提供可靠的仪表校准证书。
6 现场验收测试 (SAT)
SAT作为设备到场后的第1次测试, 建议可以做得较为详细, 以避免给后期验证人员造成不必要的麻烦, 耽误进度。其具体操作基本可以参照FAT的内容进行。同时, SAT虽然是工程文件, 但是建议可以按照质量验证文件的体系要求进行, 方便IQ/OQ的引用。
7 安装确认 (IQ)
如果SAT的执行过程满足公司的质量体系要求, 一些文件、图纸与功能测试的工作可以不用进行, 直接引用SAT的结果。但是有一些要点需要注意:
(1) 如果真空管路上安装有无菌过滤器, 则需要进行完整性测试, 可采用水侵入法对疏水性滤芯进行测试。
(2) 应检查公用工程参数, 防止运行确认 (OQ) 、性能确认 (PQ) 时公用介质出现问题以损坏设备或导致验证失败, 如软化水供水不足导致水环真空泵损坏。
8 运行确认 (OQ)
运行测试需在IQ执行完毕并经质量授权人签字后方可进行, 时间上不可提前。其测试要点如下:
(1) OQ测试时, 仪器仪表必须处于已校准且未过期状态。
(2) OQ测试前, 湿热灭菌柜的操作规程和维护保养规程应已生效。
(3) 对于权限控制需进行详细测试, 需测试正确和错误的密码以及注销时间。
(4) 控制器、记录仪的计时器需用校准过的秒表进行确认, 误差不可超过1%。记录仪的走纸速度应在300 mm/h以上。
(5) 进行空载热分布试验时, 验证仪探头的布置数量应足够, 上中下各层、四角与中部都需布置有探头, 设备本身的控制传感器需与验证仪探头绑定, 需绘制清晰的布点图作为测试附件。
(6) 如有在线灭菌程序, 也可进行热分布试验, 可以在滤芯和下游控温探头2处布置验证仪探头。
(7) 满载热分布试验与热穿透试验可以在OQ中进行, 也可以在PQ中进行。如果探头足够多, 这2个测试可以合并进行。
(8) 对于热分布的参数要求可参见EN285的“温度特性”章节, 对于真空泄露测试的参数要求可参见EN285的“真空泄漏测试”章节。
9 性能确认 (PQ)
性能确认主要包括满载热分布试验、热穿透试验与生物指示剂测试。前2个试验主要是找出满载时可能存在的冷点, 以确定生物指示剂测试时指示剂的放置位置。
根据灭菌物的不同, 冷点的位置也不同。一般可能存在金属制品和橡胶制品等透水透气性较差的位置以及可能积水的位置, 需要在所有具有特性的位置布点, 以免导致灭菌失败。
1 0 偏差分析
在湿热灭菌柜的各种验证活动中, 不可回避或掩盖偏差, 应对其原因进行分析并切实解决问题。分析应有数据支持, 不可用“可能”、“大概”的原因来解释。偏差应形成文件并得到各相关部门和质量授权人的签字认可。
下面举一实例进行偏差分析:
1 0.1 偏差内容
2012年12月28日工程部的设备工程师在进行某型脉动真空灭菌柜OQ空载热分布试验时发现, 控制探头T1显示的温度同其附近的TC12号探头显示的温度差值在3次热分布试验中分别为1.22℃、1.39℃、1.27℃, 不符合“温度探头旁热电偶的读数与触摸屏显示一致”以及“微型打印机和记录仪记录的数值差距不能超过1℃”的接受标准。
1 0.2 原因调查
本验证中使用的温度分布验证仪为Kaye Validator, 此仪器为GE公司生产, IRTD、SIM均经过校准且在校准期内, 设备控制探头T1也经过校准且在校准期内。
通过EXCEL分析热分布数据可以看出, 设备控制探头T1与Kaye的TC12号热电偶对温度的响应时间不一致。以Run1数据分析 (图4) 为例, TC12与T1差值超过1℃的点都处在波动峰谷相反的位置, 且通过线性趋势线可以看出TC12与T1的稳定温差大约为0.8℃。
为了证明这一结论, 采用Kaye温度干井、IRTD对设备的控制探头T1进行了温度对照, 结果证明, 在稳定的温度环境下, 设备控制探头T1与IRTD温差最大为0.766℃, 符合要求, 因此, 此偏差无需纠正。
1 1 结语