适应滴眼剂连续生产的隧道式过氧化氢灭菌箱工作原理及其特点

田耀华

(上海新亚药业有限公司，上海201203)

0 引言

新版GMP附录1第1章第1条认为：无菌药品是指法定药品标准中列有无菌检查项目的制剂和原料药，包括无菌制剂和无菌原料药。可见大部分需要进行无菌检查项目的滴眼剂将首次纳入无菌药品生产的范围内。然而，国内滴眼剂的药包材以带三件套(塑瓶体、内塞、外盖)为主，基于塑料药包材不能高温灭菌的特殊性，低温灭菌成为此类药品生产的首先方案，目前滴眼剂三件套以过氧化氢灭菌与环氧乙烷灭菌方式为主。由于环氧乙烷灭菌法有化学残留等不完善之处，故不在本文讨论范围内。

在众多过氧化氢塑瓶体灭菌方案中，均采用非连续式生产方式，即把塑瓶体推入过氧化氢灭菌柜，进行灭菌、降解后，用层流车对接，再转序与灌装机对接传递。此种方案的缺点有：多次转序引起交叉污染的可能性较大；B级区域操作人员多，人员操作所引发的悬浮粒子难以控制；操作人员劳动强度大，同时传递操作难度大。

鉴于此，由上海拓达机电设备有限公司自主研发的隧道式过氧化氢灭菌箱能有效地解决上述问题，此设备的研发成功可以说填补了国内外此类产品的空白，为国内带三件套滴眼剂的连续生产方式开辟了一条新路。笔者将从过氧化氢灭菌与几种低温灭菌方法比较入手，详解上海拓达机电设备有限公司自主研发的隧道式过氧化氢灭菌箱的工作原理及其特点。

1 过氧化氢灭菌与几种低温灭菌方法比较

1.1 过氧化氢灭菌机理

过氧化氢是一种较强的氧化剂，分子具有非对称的链状结构。过氧化氢分子极易穿透微生物的细胞膜，与细胞内的过渡金属离子(或其他物质)作用，产生羟基自由基，从而攻击细菌、霉菌、芽孢及病毒中的酶、核酸等生命大分子物质，致使微生物灭活。

后来经研究发现，气态过氧化氢在低浓度的状态下比液体状态下具有更高的杀孢子能力。其主要原理是生成游离的氢基，用于进攻细胞成分，包括脂类、蛋白质和DNA。

1.2 过氧化氢灭菌与几种低温灭菌方法比较

过氧化氢灭菌与几种低温灭菌方法的比较如表1所示。

汽化过氧化氢灭菌与几种低温灭菌设备在使用方面的比较如表2所示(其中“+”越多表示所具备的能力越强)。

从表1与表2比较可知，汽化过氧化氢灭菌有如下特点：低温灭菌过程；灭菌后残留少；节约成本；容易验证；有极好的物料兼容性；有广谱杀菌作用；能安全地产生气态过氧化氢，并方便地使用。

表1 过氧化氢灭菌与几种低温灭菌方法比较

表2 汽化过氧化氢灭菌与几种低温灭菌设备在使用方面比较

2 隧道式过氧化氢灭菌箱的组成与工作原理

2.1 隧道式过氧化氢灭菌箱的组成

隧道式过氧化氢灭菌箱由前缓冲输送RABS、过氧化氢灭菌箱、后缓冲输送RABS这3部分组成(图1)。

2.1.1 前缓冲输送RABS

前缓冲输送RABS由输送网带、网带传动机构、推瓶机构、硬隔离、风机过滤器单元(FFU)、手套及控制部分组成。

2.1.2 过氧化氢灭菌箱

过氧化氢灭菌箱由过氧化氢发生器和灭菌箱组成。(1)过氧化氢发生器：由箱体、进药系统、汽化系统、控制系统及压缩空气管路等组成。

图1 隧道式过氧化氢灭菌箱的组成

(2)灭菌箱：由箱体、前/后门、网带、网带传动机构、气态过氧化氢进气口、真空接口、补充热风循环系统与过滤器装置、监测仪表及控制系统组成。

2.1.3 后缓冲输送RABS

后缓冲输送RABS由输送网带、网带传动机构、硬隔离、风机过滤器单元(FFU)、手套及控制部分组成。

2.2 隧道式过氧化氢灭菌箱的工作原理

隧道式过氧化氢灭菌箱的工作原理如图2所示。

图2 隧道式过氧化氢灭菌箱的工作原理

2.2.1 前缓冲输送RABS工作过程

由洗瓶机最后经过“一水二气”送来的塑瓶体，通过输送网带，均匀送入灭菌箱内。其分为2个阶段：

(1)当开始洗瓶时，网带由程序控制，辅以推瓶机构的推瓶动作将瓶子快速送入灭菌箱内；(2)当灭菌箱内布满塑瓶体时，且灭菌箱前箱门关闭，从洗瓶机出来的塑瓶体将在此装置内缓冲等候，此时网带也由程序变化控制。当灭菌箱一个箱次的塑瓶体灭菌，且快速出灭菌箱后，此装置内缓冲等候的塑瓶体在网带控制程序变化后，再次快速进入灭菌箱内。周而复始，间歇性完成塑瓶体进入灭菌箱的功能。

此装置属带有硬隔离的RABS，塑瓶体的缓冲输送均在A级保护下，人工干预只能在手套箱进行。

2.2.2 过氧化氢灭菌箱工作过程

2.2.2.1 进瓶阶段

工作时，灭菌箱后箱门关闭，前箱门开启。开始进瓶，灭菌箱内置有输送网带，其通过过桥板，与前缓冲输送RABS对接，网带由程序控制，其作用能让塑瓶体快速进入灭菌箱内，且均匀布在网带上，当箱内布满塑瓶体后，灭菌箱前箱门关闭，开始进入灭菌工作阶段。

2.2.2.2 抽真空/除湿阶段

第1步，通过加热循环系统对箱体内的塑瓶体加热，然后关闭所有阀门。

第2步，通过抽真空，将密闭箱体内的空气抽出，使其达到除湿与微真空状。除湿，将密封空间内的相对湿度降低到灭菌需要湿度的同时，能带走塑瓶体部分水分；微真空，使后继汽化的过氧化氢能压入塑瓶体内。

3.2.2.3 发生器汽化与进箱调节阶段

发生器进药系统将提供30%食用级过氧化氢溶液，并通入汽化系统，汽化系统通过“闪蒸”将液态过氧化氢转化为气态过氧化氢，并通过压缩空气作用管路将气态的过氧化氢输入灭菌箱内部区域。

为达到均匀性，采用压缩空气作用，多次将气态过氧化氢输入灭菌箱的内部区域。

2.2.2.4 灭菌阶段

当气态过氧化氢浓度到达设定值时，继续输入气态过氧化氢，并在保持灭菌浓度条件下，按工艺要求时间进行灭菌。

2.2.2.5 抽真空/除残阶段

达到工艺参数值后，停止发生器工作与输入汽化过氧化氢蒸汽。通过抽真空且补充洁净新风，使箱体空间内的汽化过氧化氢排除，箱体空间内的过氧化氢浓度得到初次降解。

2.2.2.6 加热风/抽真空/除湿阶段

在微真空状态补充过滤的热风，同时在抽真空时补充洁净新风。其作用：一是继续除残降解；二是除去箱内由于降解所产生的部分水分；三是为后箱次工作提供所需的湿度环境，直到箱体空间内的过氧化氢浓度降解至允许的范围内。

2.2.2.7 出瓶阶段

结束时，灭菌箱的后箱门开启(前箱门开闭)，开始进入出瓶阶段，灭菌箱内置有输送网带，其通过过桥板，与后缓冲输送RABS对接，网带由程序控制，其作用能让塑瓶体快速进入后缓冲输送RABS内。当箱内塑瓶体全部出完后，灭菌箱的后箱门关闭，之后前箱门开启，开始下一箱次工作。

2.3 后缓冲输送RABS

从灭菌箱出来的塑瓶体通过输送网带，均匀送入后缓冲输送RABS内。其分为2个阶段：

(1)刚开始出瓶时，网带由程序控制，快速进入后继灌装机内；

(2)当灌装机进瓶轨道内布满塑瓶体时，灭菌箱出来的塑瓶体将在此装置内缓冲等候，此时网带也由程序变化控制。后继灭菌箱中一个箱次的塑瓶体经灭菌快速出箱后，塑瓶体也在此装置内缓冲等候，在网带控制程序变化后，以适应灌装机的速度。周而复始，间歇性完成塑瓶体送入灌装机的功能。

此装置属带有硬隔离的RABS，塑瓶体缓冲输送均在A级保护下，人工干预只能在手套箱进行。

此外，塑瓶体在RABS单向流下将所带的过氧化氢浓度再次降解，确保出本装置的塑瓶体的过氧化氢残留浓度≤10-6。

3 隧道式过氧化氢灭菌箱的特点

由上海拓达机电设备有限公司自主研发的隧道式过氧化氢灭菌箱十分适合连续式塑瓶体滴眼剂的生产，其主要特点如下：

3.1 无菌与洁净的保证性

3.1.1 汽化过氧化氢的无菌保证

从其灭菌机理而言，汽化过氧化氢能有效灭活病毒、细菌营养体和芽胞以及真菌，可以实现无菌保证水平SAL≤10-6。

3.1.2 无需多次转序，交叉污染极低

采用隧道式过氧化氢灭菌箱联线后，从塑瓶体手工进入理瓶机后，便可实现自动操作，特别是洗瓶机经过最后“一水(注射用水)二气(洁净压缩空气)”后的洗净塑瓶体，在A级层流与灭菌腔室的保护下进入灌装机，期间人工干预均需通过手套装置进行，真正实现塑瓶体无转序的保障，因此交叉污染的可能性极低。

3.1.3 减少B级区域的操作人员，保证洁净度

采用无需多次转序方案后，B级区域的操作人员至少减少2～3名，人员的减少也能有效地保证B级区域的洁净度，把交叉污染降至最低。

3.2 生产成本低

与目前非连续式过氧化氢灭菌的生产方式(即把塑瓶体推入过氧化氢灭菌柜，进行灭菌、降解后用层流车对接，再转序与灌装机对接传递)相比：

3.2.1 一次性投资

非连续式过氧化氢灭菌生产方式至少配有2套双扉的汽化过氧化氢灭菌柜与层流推车，这些一次性投资与隧道式过氧化氢灭菌箱方案投资基本相当。

3.2.2 运行成本低

与非连续式过氧化氢灭菌生产方式相比，由于隧道式过氧化氢灭菌箱方案不需要在D级区域把塑瓶体推过氧化氢柜的操作工，也不需要在B级区域层流车对接的操作工，这样至少省去了4～5名操作工。由于其他动能消耗基本相当，仅节约操作人员的工资等约30万元左右。

3.2.3 整个灭菌周期相对较短

非连续式过氧化氢灭菌生产方式是通过双扉过氧化氢灭菌柜的，其缺点是：灭菌后置换时间(即降解时间)较长，一般柜内的过氧化氢浓度可从5×10-6下降至1×10-6要1 h左右。

该隧道式过氧化氢灭菌箱是提供一种层流保护、双重快速降解的设备，通过前缓冲输送RABS出箱方式，在满足无菌生产所需A级保护的同时，又能使残留过氧化氢得以进一步降解。此外，通过箱内多次抽真空，也可使降解时间缩短。这样整个周期相对较短的灭菌过程就提高了生产效率。

3.3 可验证性

过氧化氢蒸汽灭菌效果的监测和验证主要采用化学指示剂和生物指示剂。通过化学指示剂在灭菌循环作用前后的色带颜色变化，以评定该灭菌循环的过氧化氢浓度分布和灭菌作用情况。而生物指示剂用来评估过氧化氢灭菌循环的灭菌效力，并确认该灭菌工艺的灭菌效果达到无菌保证水平(SAL)。该生物指示剂是由载有孢子数约为106的嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的不锈钢载片和Tevek包装组成，也可用接种方法进行灭菌效果挑战试验。

3.3.1 负载下汽化过氧化氢分布状态的确认

确认目的：负载下，通过对汽化过氧化氢分布状态进行验证测试，以确认其满足滴眼剂塑瓶体的灭菌要求。

确认标准：(1)在塑瓶体正常装载情况下，灭菌初始调节后箱内汽化过氧化氢浓度应不低于3×10-4(电化学传感器法测量)；(2)分布于箱内各测试点的过氧化氢蒸气化学指示剂均能显著变色(由绿色变为黄色)，各指示条变色后颜色基本一致，无肉眼可见的显著性差异。

3.3.2 滴眼剂塑瓶体灭菌效果挑战试验

确认目的：确认隧道式过氧化氢灭菌箱内部塑瓶体经灭菌后微生物挑战试验符合中国药典的要求。

确认标准：(1)试验组中接种BI的SCDM(或TSB)培养基均未长菌(未出现浑浊)，阳性对照管有菌生长(出现浑浊)，阴性对照管无菌生长，则判定灭菌合格；(2)试验组中SCDM(或TSB)培养基有菌生长，阳性对照组有菌生长，则判定为灭菌不合格；(3)阳性对照组无菌生长或阴性对照组有菌生长，试验组结果不管如何，均判定本次试验无效。

3.4 设备配套性与环保性

3.4.1 配套性

隧道式过氧化氢灭菌设备的配套性表现在：

(1)由于隧道式过氧化氢灭菌箱方案与过去一般的塑瓶滴眼剂生产线相似，只是箱体略长而已。若前后设备能满足新版GMP的话，只要更换隧道式过氧化氢灭菌箱即可。

(2)针对塑瓶滴眼剂的三件套中内塞、外盖的处理，该公司也可有配套方案。其中一个方案是内塞、外盖经特定设备清洗灭菌干燥后，通过无菌对接卸料系统用无菌PE袋封合后转序。

3.4.2 环保性

由于汽化过氧化氢最终分解的产物只有水与氧气，不像甲醛、环氧乙烷等低温灭菌方法有化学残留，因此隧道式过氧化氢灭菌箱属环保产品。

4 结语

本文从过氧化氢灭菌与几种低温灭菌方法比较入手，探讨了由上海拓达机电设备有限公司自主研发的隧道式过氧化氢灭菌箱(适应滴眼剂连续生产)的组成与工作原理，同时阐述了其应用特点。可以说，上海拓达机电设备有限公司自主研发的隧道式过氧化氢灭菌箱(属专利产品)是结合国情的，其既传承了过去连续生产的布局，又从风险角度突显了无菌制剂生产设备的要素，如无菌与洁净的保证性、交叉污染极低、生产成本低、可验证性、设备配套性与环保性。

此外，隧道式过氧化氢灭菌箱属初期研发的产品，难免有不完善之处，愿上海拓达机电设备有限公司将此产品能做得至臻至美。

[1]袁勤生.超氧化物歧化酶[M].上海：华东理工大学出版社，2009

[2]丁晓玥.国外汽化过氧化氢(VHP)低温灭菌系统的最新动态观察与探讨[J].机电信息，2010(9)

[3]郭秀静，王玉琼.3种常用低温灭菌方法研究现状[J].护理研究，2006，20(6)

[4]上海东富龙科技股份有限公司.真空冷冻干燥机应用过氧化氢蒸汽灭菌的效果监测与验证[J].机电信息，2012(6)