引言

濕熱滅菌法是指用飽和蒸汽、過(guò)熱水或混合蒸汽一空氣進(jìn)行滅菌的方法,其具有穿透力強(qiáng)、傳導(dǎo)快、滅菌能力強(qiáng)的特點(diǎn),為熱力學(xué)滅菌中最有效及用途最廣的方法之一,故濕熱滅菌柜在制藥行業(yè)的用途十分廣泛,藥品、玻璃器械、培養(yǎng)基、無(wú)菌衣、輔料及其他遇高溫與濕熱不發(fā)生變化或損壞的物質(zhì),均可在濕熱滅菌柜進(jìn)行滅菌。濕熱滅菌柜的部件包括滅菌腔體及夾套、密封門(mén)、管路系統(tǒng)(蒸汽管路、壓縮空氣管路、冷卻水管路)、儀表及控制系統(tǒng)、無(wú)菌過(guò)濾器、真空泵等。本文將以2010版GMP要求為基礎(chǔ),結(jié)合國(guó)內(nèi)外其他最新法規(guī)指南的要求,探討濕熱滅菌柜各部件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1新版GMP要求

《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》(GoodManufacturePractice,簡(jiǎn)稱(chēng)GMP)是藥品生產(chǎn)和質(zhì)量管理的基本準(zhǔn)則,要求企業(yè)從原料、人員、設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程、包裝運(yùn)輸、質(zhì)量控制等方面進(jìn)行管理控制,避免污染和交叉污染。其中2010版GMP對(duì)制藥設(shè)備有如下要求:

第七十一條設(shè)備的設(shè)計(jì)、選型、安裝、改造和維護(hù)必須符合預(yù)定用途,應(yīng)當(dāng)盡可能降低產(chǎn)生污染、交叉污染、混淆和差錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn),便于操作、清潔、維護(hù),以及必要時(shí)進(jìn)行的消毒或滅菌。

第七十四條生產(chǎn)設(shè)備不得對(duì)藥品質(zhì)量產(chǎn)生任何不利影響。與藥品直接接觸的生產(chǎn)設(shè)備表面應(yīng)當(dāng)平整、光潔、易清洗或消毒、耐腐蝕,不得與藥品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、吸附藥品或向藥品中釋放物質(zhì)。

第七十七條設(shè)備所用的潤(rùn)滑劑、冷卻劑等不得對(duì)藥品或容器造成污染,應(yīng)當(dāng)盡可能使用食用級(jí)或級(jí)別相當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑。

以上三條是新版GMP對(duì)制藥設(shè)備設(shè)計(jì)、材質(zhì)、儀器儀表和潤(rùn)滑劑的基本要求,也是濕熱滅菌柜類(lèi)設(shè)備必須遵守的。

2010版GMP附錄1:無(wú)菌藥品對(duì)濕熱滅菌方法有如下要求:

第六十一條采用濕熱滅菌方法進(jìn)行最終滅菌的,通常標(biāo)準(zhǔn)滅菌時(shí)間F0值應(yīng)當(dāng)大于8分鐘,流通蒸汽處理不屬于最終滅菌。

第七十條(一)在驗(yàn)證和生產(chǎn)過(guò)程中,用于監(jiān)測(cè)或記錄的溫度探頭與用于控制的溫度探頭應(yīng)當(dāng)分別設(shè)置,設(shè)置的位置應(yīng)當(dāng)通過(guò)驗(yàn)證確定。每次滅菌均應(yīng)記錄滅菌過(guò)程的時(shí)間一溫度曲線(xiàn)。

采用自控和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的,應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證,保證符合關(guān)鍵工藝的要求。自控和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠記錄系統(tǒng)以及工藝運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障,并有操作人員監(jiān)控。應(yīng)當(dāng)定期將獨(dú)立的溫度顯示器的讀數(shù)與滅菌過(guò)程中記錄獲得的圖譜進(jìn)行對(duì)照。

(三)應(yīng)當(dāng)監(jiān)測(cè)每種裝載方式所需升溫時(shí)間,且從所有被滅菌產(chǎn)品或物品達(dá)到設(shè)定的滅菌溫度后開(kāi)始計(jì)算滅菌時(shí)間。

(四)應(yīng)當(dāng)有措施防止已滅菌產(chǎn)品或物品在冷卻過(guò)程中被污染。除非能證明生產(chǎn)過(guò)程中可剔除任何滲漏的產(chǎn)品或物品,任何與產(chǎn)品或物品相接觸的冷卻用介質(zhì)(液體或氣體)應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)滅菌或除菌處理。

第七十一條濕熱滅菌應(yīng)當(dāng)符合以下要求:

(一)濕熱滅菌工藝監(jiān)測(cè)的參數(shù)應(yīng)當(dāng)包括滅菌時(shí)間、溫度或壓力。

腔室底部裝有排水口的滅菌柜,必要時(shí)應(yīng)當(dāng)測(cè)定并記錄該點(diǎn)在滅菌全過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)。滅菌工藝中包括抽真空操作的,應(yīng)當(dāng)定期對(duì)腔室作檢漏測(cè)試。

結(jié)合新版GMP對(duì)制藥設(shè)備和濕熱滅菌工藝的基本要求,以下簡(jiǎn)要探討濕熱滅菌柜各部件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1材質(zhì)要求

為了符合新版GMP"生產(chǎn)設(shè)備不得對(duì)藥品質(zhì)量產(chǎn)生任何不利影響"的要求,同時(shí)考慮到與蒸汽接觸的材料應(yīng)能耐受蒸汽以及冷凝物的侵蝕[3],并不會(huì)導(dǎo)致蒸汽質(zhì)量的下降,滅菌柜腔體的材質(zhì)通常選擇奧氏體不銹鋼[4],如316L或316Ti。316系列不銹鋼因添加了Mo元素,使其耐蝕性和高溫強(qiáng)度有了較大的提高,耐高溫可達(dá)到1200~1300℃,可在苛酷的條件下使用。滅菌柜夾套材料通常也是不銹鋼,如304、316或316L。如滅菌柜夾套使用工業(yè)蒸汽加熱,夾套也可采用碳素鋼。然而,若腔體使用不銹鋼而夾套使用碳素鋼,需考慮接觸部位的腐蝕問(wèn)題。

2.2滅菌柜腔體及夾套

滅菌柜腔體通常設(shè)計(jì)成弧形內(nèi)角的矩形容器或圓桶形結(jié)構(gòu),以便冷凝水排放。腔體板層應(yīng)適當(dāng)傾斜及開(kāi)孔以最大限度減少冷凝水聚集。腔體排水口應(yīng)當(dāng)有一個(gè)擋板來(lái)保護(hù)整個(gè)排水管路或真空系統(tǒng)不被碎玻璃或其他碎片損壞。通常還應(yīng)有一個(gè)蒸汽夾套來(lái)隔離腔體以改善溫度分布。但為避免過(guò)熱影響滅菌效果,夾套的蒸汽壓力和溫度通常比腔體的蒸汽壓力和溫度要低。同時(shí)為減少熱損失,提供更好的溫度分布及為操作人員提供保護(hù),滅菌柜外表面應(yīng)該是隔熱的。為了符合新版GMP要求,便于進(jìn)行滅菌柜的驗(yàn)證,滅菌柜腔體上應(yīng)當(dāng)預(yù)留有溫度測(cè)試口,便于插入熱電偶進(jìn)行溫度分布測(cè)試。滅菌柜腔體和夾套還應(yīng)參照壓力容器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),如有相應(yīng)安全減壓裝置。

2.3密封門(mén)

腔體門(mén)可設(shè)計(jì)成平移式或旋轉(zhuǎn)式。其中平移門(mén)沿著軌道滑動(dòng),可以使用氣體或電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)其開(kāi)關(guān),平移門(mén)應(yīng)有安全裝置來(lái)保證當(dāng)門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中有障礙物時(shí),門(mén)不會(huì)關(guān)閉。旋轉(zhuǎn)門(mén)沿一個(gè)軸旋轉(zhuǎn),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)是否有足夠的空間允許門(mén)旋轉(zhuǎn)打開(kāi)。旋轉(zhuǎn)門(mén)可采用徑向臂或機(jī)械關(guān)閉擠壓密封圈實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)。門(mén)密封圈是實(shí)現(xiàn)門(mén)密封的重要部件,可采用硅橡膠材質(zhì),硅橡膠具有極好的密封性能,防水不漏,可置高強(qiáng)溫下加熱,不變形,不產(chǎn)生有害物質(zhì)。門(mén)密封圈應(yīng)設(shè)計(jì)安裝在錐形槽中,在壓縮空氣或蒸汽作用下延伸膨脹實(shí)現(xiàn)滅菌柜門(mén)的密封。雖然驅(qū)動(dòng)門(mén)密封圈的蒸汽或壓縮空氣不與產(chǎn)品接觸,然而腔體的這個(gè)區(qū)域還是可能會(huì)發(fā)生泄漏。如果泄漏發(fā)生,將導(dǎo)致滅菌柜的熱分布不均勻。因此為保證滅菌柜門(mén)的密封嚴(yán)密性,必須對(duì)門(mén)密封圈施加壓力高于腔室壓力。

2.4管路系統(tǒng)

管路通常采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料,如304、304L、316或316L。與內(nèi)室腔體相接的宜采用316L衛(wèi)生級(jí)管路,其余管路可采用304不銹鋼。墊片作為管道的重要連接密封部件,有PTFE(聚四氟乙烯)、FKM(氟橡膠)和VM0(硅橡膠)等材質(zhì)可選擇,用于蒸汽管路的墊片推薦使用PTFE、FKM。管路內(nèi)表面光潔度必須滿(mǎn)足工藝和相關(guān)法規(guī)要求,根據(jù)ASMEBPE一2016[5]要求,管路內(nèi)表面的光潔度在0.6μm(25μin)以?xún)?nèi)。若客戶(hù)對(duì)管路光潔度有不同的要求,可參考ASMEBPE一2016的要求進(jìn)行處理。同時(shí),管道的尺寸應(yīng)能提供足夠的流量,以滿(mǎn)足工藝需求。為了安全以及減少熱損失及冷凝水形成,當(dāng)蒸汽和水的管道溫度高于60℃,應(yīng)進(jìn)行保溫隔熱處理,保溫材料應(yīng)當(dāng)無(wú)石棉、無(wú)氯、無(wú)脫落。管路還應(yīng)設(shè)計(jì)有一定的坡度以利于污水和冷凝水排放。根據(jù)ASMEBPE一2016,管道排凈推薦使用重力自排,其坡度要求不應(yīng)低于GSD2(相當(dāng)于1%)。管路的死角應(yīng)當(dāng)最少,如果滅菌工藝需要使用注射用水,死角管路應(yīng)當(dāng)允許吹掃。閥門(mén)也應(yīng)滿(mǎn)足工藝需求,例如,蒸汽管路選用氣動(dòng)不銹鋼角座閥,其他管路選用衛(wèi)生級(jí)隔膜閥。如果滅菌柜蒸汽進(jìn)口壓力超出滅菌柜的建議值,應(yīng)當(dāng)考慮使用蒸汽調(diào)節(jié)閥或減壓閥調(diào)節(jié)蒸汽壓力。為了快速排除腔體中大量空氣和冷凝水,應(yīng)選用一個(gè)合適的恒溫式疏水閥。

2.5無(wú)菌空氣過(guò)濾器

為保證冷卻干燥過(guò)程中滅菌物品不被空氣二次污染,滅菌柜的呼吸器應(yīng)采用0.22μm除菌過(guò)濾器。過(guò)濾器外殼可選用不銹鋼或一次性的,可以在線(xiàn)滅菌,并有進(jìn)行在線(xiàn)完整性測(cè)試的接口。過(guò)濾器與滅菌室之間應(yīng)裝有止回閥,以避免蒸汽進(jìn)入過(guò)濾器。

2.6儀表和控制系統(tǒng)

2.6.1控制面板、儀表、傳感器

本地控制面板應(yīng)包括開(kāi)始/停止按鈕、門(mén)控制按鈕、腔室/夾套壓力/溫度顯示儀表、滅菌詳細(xì)數(shù)據(jù)的本地打印機(jī)、滅菌圖表的本地打印機(jī)、聲光報(bào)警顯示器、本地人機(jī)界面。

滅菌柜的儀表和按鈕應(yīng)設(shè)計(jì)安裝在操作者易于觀(guān)察和操作的地方,儀表上的讀數(shù)應(yīng)易于被正常視力人員在最小照度(215±15)lx下距1m左右遠(yuǎn)的地方讀出。

為符合新版GMP要求"在驗(yàn)證和生產(chǎn)過(guò)程中,用于監(jiān)測(cè)或記錄的溫度探頭與用于控制的溫度探頭應(yīng)當(dāng)分別設(shè)置,設(shè)置的位置應(yīng)當(dāng)通過(guò)驗(yàn)證確定",滅菌柜應(yīng)包括兩種溫度傳感器并分別設(shè)置:溫度記錄傳感器、溫度控制傳感器。這些傳感器與滅菌柜的連接如圖1所示。

溫度傳感器應(yīng)采用精度至少為±1%的鉑電阻或熱電偶,當(dāng)一個(gè)移動(dòng)式溫度傳感器及其接線(xiàn)放置于滅菌室內(nèi),它在設(shè)計(jì)上應(yīng)能抗高溫并采用壓力、真空和蒸汽密封措施。

2.6.2控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以下功能:(1)選擇并啟動(dòng)不同種類(lèi)的滅菌程序(如織物程序、器械程序、液體程序、BD、保壓測(cè)試等);(2)滅菌程序編程功能;(3)維護(hù)功能;(4)滅菌程序狀態(tài)和報(bào)警掃描;(5)遇到特定報(bào)警時(shí)自動(dòng)停止以達(dá)到安全狀態(tài);(6)本地顯示報(bào)警和確認(rèn)。

以下關(guān)鍵數(shù)據(jù)要被控制并記錄:滅菌日期、滅菌時(shí)間、批號(hào)、滅菌程序、溫度、壓力、滅菌循環(huán)階段、滅菌持續(xù)時(shí)間、報(bào)警等。

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還應(yīng)符合GMP最新附件1:計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)的要求,如:密碼控制和權(quán)限等級(jí)、數(shù)據(jù)審計(jì)跟蹤功能、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)功能。

若采用電子數(shù)據(jù)和電子簽名的還應(yīng)符合21CFRpart11的要求。

3結(jié)語(yǔ)

本文以2010版GMP要求為基礎(chǔ),結(jié)合國(guó)內(nèi)外其他最新法規(guī)指南的要求對(duì)濕熱滅菌柜的材質(zhì)、腔體及夾套、密封門(mén)、管路系統(tǒng)、空氣過(guò)濾器和儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析,用以幫助藥機(jī)企業(yè)更好地進(jìn)行濕熱滅菌柜的設(shè)計(jì),制藥企業(yè)在濕熱滅菌柜選型、滅菌柜URS開(kāi)發(fā)時(shí)也可以參考以上要點(diǎn)。