生物技術發酵車間設計問題分析

朱亞京

（浙江省天正設計工程有限公司，浙江杭州 310000）

由于很多制藥企業都在不斷擴大生產規模，因此陸續出現了各種制藥生產車間建設項目，生物技術發酵車間就是之一。生物技術發酵車間主要是進行生物技術發酵產品生產，但是由于該類產品生產周期比較長，同時涉及到諸多原輔料的應用，而且工序非常復雜，在生產過程中存在諸多污染風險，為了有效規避各種污染問題的發生，最重要的就是確保車間工藝布局設計的合理性，可見很有必要對生物技術發酵車間人物單向流、工藝設備管道化、密閉化、自動化等各項設計進行有效分析探討。

1 平面布局圖設計

實際設計車間工藝布局過程中，必須充分衡量包括經濟學和GMP合規性等在內的各項因素，以此實現既具備美觀性，又具備良好功能性的車間布局。

從圖1可以看出，應用了緊湊平層式設計，出入口位置應用了傳統物流及人流進出方法，而受控普通區則應用了環形外走廊設計方法，以實現高質量和高效率應急處理的目的。同時，將單獨更衣與套更結合方法應用于潔凈區，以為人流的有效性提供保障。而包括原液收集和接種在內的車間則都應用單向流向的設計方式。出于避免交叉污染的目的，圖示中主要應用雙潔凈走廊設計方法。相關工作人員必須先完成D級潔凈服更換，然后通過D級走廊進入相應的房間展開作業。

圖1 發酵車間平面設計圖

在傳遞工作細胞時，必須通過傳遞窗進入接種間，然后展開接種等相關作業。該房間產品按照由右至左的方式流動，并且在發酵及純化之后，通過除菌過濾取得原液APIs。除此之外，工作人員還應該對可能存在氣流壓差情況予以高度關注，在設計過程中一方面必須對不同區間壓差予以全面衡量，同時也應該避免非病毒車間受到病毒車間空氣污染的情況發生。通過分析相關研究，可知病毒區往往是負壓區。然而，在病毒區有著更高潔凈級別的情況下，還必須憑借負壓或正壓氣鎖將不同區予以隔離，以避免非病毒車間內進入接種車間的空氣。而病毒車間人員在退更之后，并且走進外走廊之前，還必須通過負壓氣鎖方式，有效避免受控普通區外走廊受到病毒車間空氣的污染。

2 生物技術發酵車間設計關鍵問題

2.1 單向流設計

相關研究數據都表明，如果想要在最大程度上將包括細菌內毒素和病毒污染在內的污染風險控制在合理范圍內，則應該將單向流設計模式應用于現代生物技術發酵車間設計過程中，如此也能夠將微生物負荷控制在最小限度內。而在這種情況下，由于作業前期物質或人員污染而導致的作業后物料污染的風險也能夠得到有效控制。而展開單向流設計實際應用時，則應該采用BOD框圈圖的方式，為作業流程提供明確的指引，向工作人員展示簡明和直觀的人物流程。具體應用流程主要包括以下幾項。

①工作人員應該羅列出相應的操作間，同時將清潔度目標標識在相應位置。②在相應的框圈中標識出物流氣鎖間以及作業人員流動信息。同時，如果房間相鄰，則框圈也必須呈現出相鄰狀態，而房間如果連通，則框圈也必須呈現出貼邊的狀態。除此之外，有著相同清潔度的房間，其相應的框圈則要在最大程度上貼靠。③依據技術工序的具體要求，憑借物流及人流的線條連接不同的框圈，如此能夠將不同房間內出入的人物流動情況予以明確展示。④進入設計深化環節之后，必須在相應的房間中配置具備合適產能的設施。同時，還應該對其規格予以明確，并且從建筑柱網的實際狀況出發，保障設計布局圖示內容的全面和準確。BOD圖的具體流線圖設計人員應該在圖示中較為清楚地看出流線的不同種類，主要包括以下幾類：第一，受控普通區物流及人流；第二，D級清潔區的物流及人流。而操作間則分為原液灌裝間和細胞培養間等幾類，且通過單向的物流及人流予以展示。在通常情況下，對純化房間進行細分時，則往往以純化工藝復雜度作為細分的標準。除此之外，工作人員還能夠組合或者細化物流及人流經過的氣鎖間，其作業標準則是房間規格以及布局位置的具體情況，而沒有絕對的作業規范。特別需要注意的是，相關工作人員在設計平面布局時，應該應用雙走廊的設計方法，以此分別起到出入的功能，從而使單向流設計的成效得到最大程度上的體現。

2.2 分區空調系統設計

通過分析國際人用藥品相關標準，可知在細胞培養/發酵生產原料藥APIs應用過程中，必須嚴格遵從以下幾項應用標準：①必須確保防范部分能夠符合實際作業的需要，以此避免病毒二次污染已經接受過去除滅活相關工序。②工作人員不僅應該對非全密閉作業區間病毒污染情況予以高度關注，同時也必須重視可能存在污染的區間，這就要求工作人員必須將專門的空調系統應用于上述相關作業區間內。而在現階段，這種防范辦法已經在大部分生物技術發酵車間得到了較為普遍的應用，并且取得了預期的成效。通過對病毒展開分析和觀察，可知其有著極小的體積和簡單的結構，而其組成物質通常是蛋白質和核酸，且不具備細胞結構的特點。考慮到病毒不會進行新陳代謝，因此其本身無法實現復制功能。然而，在宿主細胞為其提供適當場合的情況下，則會使其蛋白質外套受到破壞，而其核酸則會在宿主細胞內進行復制，通過其DNA指令完成新個體的繁衍過程。除此之外，噬菌體也屬于病毒。這種病毒受到了包括螺旋體或者真菌的感染，可以導致宿主菌發生裂解現象，而這也是此類特殊病毒的名稱來由。相關研究數據則表明，包括培養基或者原始細胞系在內的內源病毒是引起生物技術產品發生污染的重要原因之一。不過，外部病毒同樣會在相關產品制作流程中侵入車間，繼而導致病毒污染的問題。其中最為普遍的污染途徑是通過衣物入侵或者空氣散播等。

這就要求相關工作人員必須通過合理設計發酵車間空調系統以及配置模式等方式，最大程度減少病毒的污染情況。在現階段，在空調系統設計過程中，往往將其做出不同區間的細化，以此保障不同空調系統分區不會受到彼此的污染，進而實現相對獨立的空氣凈化的目標。在作業工序需要在溫度相對更低的車間內展開時，還必須對低溫空調系統展開單獨的設計工作。在通常情況下，將車間溫度設計在2℃～8℃之間的情況比較常見。通過上述分析可知，車間內的空調系統運行具備相對獨立性，能夠有效杜絕污染擴散或者病毒傳播等問題。然而，在病毒是非特定病原體的情況下，則往往不會引起生物安全相關隱患，因此僅通過回風設計即可實現防范病毒污染的目的，而無需展開單獨新風系統的設計工作。

2.3 工藝設施管道化

對于包括分離純化或者發酵罐相關設施的應用過程中，應該嚴格遵從標準的作業流程，確保滅活以及清潔工作能夠起到應有的作用，并且在最大程度上實現自動化的設施操控，以此使車間自動化水平得到進一步提升，從而將因敞口作業而導致的污染問題控制在合理范圍內。而在展開實際作業時，很可能存在因設施問題而導致的密閉性降低等情況，而這就要求工作人員必須從實際情況出發，通過具有針對性的防范辦法將污染隱患降低到最低程度。同時，必須杜絕包括閥或者無菌袋等在內的設備被重復使用，而在清潔相對固定的管線或者設施過程中，則應該積極引入流通蒸汽滅菌技術或者在線清洗CIP系統。而在無法實現設施系統應用的情況下，則應該通過人工拆除等方式，全面清潔相關管線或者設施。不過需要注意的是，也必須將人工作業的次數和時間控制在最小限度內，以此避免因人工作業引起的污染或者質量波動等問題。除此之外，在管道化設施的情況下，大部分車間中都存在著大量管線，而閥門位置的散熱情況相對較弱，同時清洗的難度相對更大，從而會在一定程度上導致溫度指標控制無法發揮出其應有的價值。這就要求相關工作人員必須將機械區應用于設計布局內，通過合理應用TTF及TTW等裝配方式展開相關管線施工工作，以此實現對房間內的管線量展開有效控制工作，進而將潔凈室的面積控制在合理程度，避免復雜和雜亂的室內設施管線布局，如此不僅能夠使房間美觀性得到大幅提升，同時還能夠提升空調系統的節能成效，最終確保房間內的空氣質量能夠達到相關標準。而對于配置房間設施工作而言，則應該予以平層設計或者立體化設計的方式。上述設計模式都有著自身獨特性。前者主要是針對較小容積的設施，需要結合工序程序和物流及人流合理設計車間，以此實現緊湊和緊密的工序連接，同時也能夠控制房間的面積。而后者主要是三層設計模式，上層被用于培養基配制作業，中層被用于培養細胞，而下層則被用于純化罐裝作業。通過應用這種設計方法，相關工作人員則能夠憑借物料重量達到提升物流質量和效率的目的，并且也能夠在一定程度上避免管道中物料殘留等問題的發生。

2.4 病毒滅活

對于發酵純化生產作業而言，一方面必須對產品APIs純度及得率予以全面衡量，另一方面也應該確保病毒滅活能夠得到相關質量標準。在現階段的實際滅活環節中，不僅會應用膜過濾法滅活，同時也會應用低pH孵放法完成滅活作業。不過，無論是每一種作業方法都有著自身的局限性，僅能夠對特定的病毒予以滅活，因此在實際應用過程中無法完全達到預期的目標。除此之外，在應用上述滅活方法時，也會在一定程度上影響有效成分。選擇滅活工藝過程中，應該充分檢測發酵純化中的相關原輔料，從而對其中可能侵入的污染源予以確定。而出于使滅活質量得到進一步提升的目的，還應該持續優化現有的設計滅活方法，并且選擇合適的滅活方法展開不同階段的清潔工作。同時，還應該應用串聯組合模式，使滅活作業的穩定性和安全性得到大幅提升。通過分析相關研究，可知在設施及色譜分離柱多次使用的情況下，病毒滅活的質量則必然下降。這就要求工作人員必須在展開實際滅活作業過程中檢驗上述設施或工具的有效性。其中，二次應用色譜柱前期，必須全面去除其內部的所有病毒。在現階段，車間管線的密閉性越來越高，然而因為技術水平或者設施設計問題，依然需要面臨管線開口等問題，進而導致其密閉性下降，而這就要求工作人員在移動滅活作業之后的料液時，必須盡可能杜絕二次污染問題的發生。如果存在污染的可能性，則必須展開在線滅菌作業。除此之外，工作人員還應該對退出車間的工具或者衣物等物品展開滅活作業，并且避免不同車間工具及衣物發生交叉問題。最后需要注意的是，在設計排風口的過程中，不僅要使其能夠達到相關清潔標準，同時也必須避免非病毒區進入病毒區的空氣。

3 結束語

主要針對生物技術發酵車間的人物單向流、空調系統等各方面設計內容進行了比較全面細致的探討論述，并針對某生物技術發酵車間工藝布局平面圖進行了分析研究。生物技術發酵車間設計地合理與否，是關乎藥物產品質量和藥品安全的重要問題，容不得絲毫疏忽大意，要進行更加積極深入的研究討論，以便為制藥企業安全高效生產奠定基礎。