大容量疫苗孵化设备的设计与开发

周历群

（中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东 青岛 266555）

0 引言

目前疫苗生产的方式有2种。1） 使用细胞培养转瓶机培养，一般在温室内完成。2）采用通用孵化器孵化鸡蛋，鸡蛋孵化一定时期后，接种病原微生物，在鸡蛋内繁殖生产。

温室加转瓶机的方式，多用于实验室细胞培养或生物制药小试，不适合大批量生产。规模化的疫苗更多的还是用鸡蛋培育，在疫苗孵化设备中进行。目前适合培育疫苗的孵化设备的最大容蛋量为90 720 枚，由于鸡蛋胚胎发育时自身会放热，盲目增大产量会造成超温，这对疫苗的生产是很致命的。大容量且适宜疫苗生产的孵化设备是目前生物制药厂所需的。

1 现有方案的分析与新技术需求分析

1.1 原有方案的分析与技术难点

生物制药厂所需的疫苗孵化设备，通常是在现有的孵化设备平台上进行了特殊改造的。目前适用的最大机型为90720 疫苗孵化机，该孵化机解决了之前孵化设备皮带的粉尘问题，基本满足生物制药的GMP 要求。有待改进之处是湿度不够高，影响鸡蛋尿囊液的收割量，更主要的是产量达不到要求，不利于疫苗的批次管理。

生物制药厂需要满足整入整出孵化要求的大容量孵化设备，环形气流场的长度会影响通风的效果，更会直接影响温度场的均匀性，目前大容量孵化设备的环形气流最多可以穿透84 枚蛋。为增加容蛋量，在不改变环型气流长度的情况下多放鸡蛋，会影响温度场的稳定，影响系统的性能，这是不可取的。

另外疫苗生产工艺对生产区域的划分要求十分严格，即鸡蛋接种病原微生物前与鸡蛋孵化后的路线需要分开。传统的疫苗孵化设备，鸡蛋接种疫苗前与鸡蛋孵化后的路线无法严格分离。

1.2 大容量疫苗孵化设备的技术参数需求

根据生物制药需求开发设备，参照EI 系列巷道式孵化设备[2]，整理的技术参数包括10 个方面。1）容蛋量：193 536 枚（近20 万枚）。2）蛋车数量：32 辆，每辆车的容蛋量为6 048枚。3）外形尺寸：宽×深×高=4.8 m×10.8 m×2.6 m。4）视在功率：24 kW。5）绝缘电阻：≥2 MΩ。6）控温范围：31.50 ℃～39.00 ℃。7）控温精度：±0.1 ℃。8）控湿范围：40 %RH～80 %RH。9）控湿精度：±1 %RH。10）设备有分别的出入门。

2 大容量疫苗孵化机的技术创新与方案实施

利用在孵化设备方面的研发生产优势进行技术整合与创新。利用环形气流技术开发一种大容量疫苗专用的孵化设备。根据已有的疫苗蛋盘设计孵化车，鸡蛋装入孵化车后，推入箱体进行孵化。

2.1 创新方案具体措施

在现有技术的基础上进行创新，主要包括7 个方面。1）选用环型气流技术方案，每层气流穿透64 枚蛋，确保蛋区温度均匀。与90720 疫苗孵化机的气流相比，其可以获得更稳定的温度场。2）采用蒸汽加湿的方法，基于等温加湿的原理，可以使气化效果更好，加湿能力更强，消除了因加湿引起的温度波动。喷头易清洗消毒，而且蒸汽高温消毒有利于防疫。更符合GMP 对环境的要求。克服90720 疫苗孵化机水雾加湿能力不足的问题，而且水雾加湿会吸热，改善了温度场不稳定的缺陷。3）蛋车整体采用不锈钢板材料，焊接结构，四活轮，整体刚性强，活动灵活。每辆车的容蛋量为6 048 枚，32 辆车满足容蛋量193 536（近20 万枚）的要求。4）大通道框架，单元串联结构。为确保蛋区的温度均匀与稳定，减少每层气流穿透鸡胚的数量，90720 疫苗孵化机为84 枚，现为64枚蛋。为保证容量（近20 万枚）的要求，采用4 个相同的单元串联而成，每个单元采用独立的环形气流与加热、加湿方案，保证每个区域的温度与湿度均匀一致，从而保证了整个大框架内的系统性能。设备两头为开门结构，蛋车从设备的一头进另一头出，既保证容量，又避免交叉污染。确保批次入孵193 536 枚鸡蛋的疫苗孵化要求。5） 箱板采用的不锈钢板夹芯板中间为硬质聚氨酯泡沫。这种夹芯板具有高强度与高稳定性，并具有良好的保温性。整体采用型材拼接结构，并能实现多台连接，无卫生死角与夹缝。不锈钢面板易清洗消毒，满足GMP 对环境的要求以及设备的孵化要求。6）接种疫苗后的鸡蛋在孵化时会产生自热，为防止超温，每个单元配备了水冷系统，水冷系统采用铜制盘管，内通流动冷却水，由电磁阀控制水流量，具有制冷效果好、制冷效率高的特性。符合GMP的要求。7）每个单元都配有进出风系统与进出风门联动控制，按照需求可以调节风门的开口大小。进风口设在每个单元的风扇前，出风口设在每个单元的另一端，远离蛋车侧，进入单元的新风与单元内的气流搅拌后再进入蛋区，保证了温度场的稳定。进出风口都要有一定的静压（净化车间标配），防止GMP 车间的空气交叉污染。

2.2 单个单元的内部结构

单个单元的内部结构如图1 所示。

2.3 控制系统的主页面状态图

控制系统的主页面状态图如图2 所示。

图1 单个单元的内部结构

图2 主页面状态图

3 大容量疫苗孵化机的整体测试

采用框架结构，单元串联，并且采用蒸汽加湿的方法，满足大容量批次的疫苗生产，并且实现疫苗的生产路线不交叉的工艺要求，疫苗孵化车从设备的一端推入，孵化后从设备的另一端推出。根据孵化机的技术条件进行整机测试[1]，温湿度稳定，控温精度达到±0.1 ℃，湿度稳定在70 %RH 以上。

3.1 温度测试布局图

图3 为一个单元的温度与湿度的测试探头的位置图，每辆车布置5 个温度测试点，图中用圆点表示，湿度测试探头在箱体内，远离风扇处，图中用圆环表示，左图为单元俯视图，右图为左图的左视图。参照EI 系列巷道式孵化设备进行设备测试[2]。

3.2 温湿度测试结果

表1、表2 表示的是一组多路温湿度测试仪的测试数据，环境温度22 ℃，湿度52 %RH，设定机器温度38 ℃。机器显示温度为38 ℃，按如图3 所示布置温湿度探头，在系统稳定后，进行验证测试。

图3 每单元测试探头布置图

表1 温度指标测试记录

表2 相对湿度测试记录表

4 结论

该文设计了一种大容量疫苗孵化设备，采用大框架结构，独立单元控制，单元串联方式，在整入整出的孵化模式下，可以满足蛋容量近20 万枚的生产要求。缩短单元环形气流的长度，使温度更均匀，从根本上解决了由于容蛋量大，导致鸡蛋发育时的自热会造成箱体内部超温的现象，避免了疫苗生产过程中发生过热的风险。并且采用蒸汽加湿，湿度高且稳定，鸡蛋尿囊液的收割量大，满足疫苗孵化设备的高湿度要求。设备入口与出口区分，避免接种鸡蛋的行进路线交叉。该设备完全符合疫苗生产工艺要求，并且满足生物制药生产GMP 规范要求，更适合高质量的生物疫苗生产需求。