Cross contamination in Pharmaceutical water systems | Alfa Laval

制药用水分配回路内交叉污染的预防

每当有任何外来物质进入水中时,就会发生交叉污染。污染源可能是来自设备的磨损颗粒,生产过程中留在设备上的余渣,或运行过程中产生的物质,如齿轮箱油、润滑油、冷却或加热介质。设备以及该设备在系统中的正确安装有助于确保水系统形成一个闭环,不会受任何系统外部环境污染。选择适当的设备,有助于降低制药用水分配回路发生交叉污染的风险。我们在下方列出了一些重点事项,以确保您选择了适当的设备,能够将系统中交叉污染的风险降至最低。

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对系统进行设计并挑选适当设备,助您优化制药生产流程

作为几十年来面向生物技术和制药行业的设备供应商,阿法拉伐十分清楚这个行业当前所面临的挑战。如果深入研究制药用水系统——尤其是分配回路的话,如今最大的挑战来自于细菌和生物膜、铁丹红现象以及交叉污染。为帮助客户应对这些挑战,同时优化总体拥有成本,我们将在一系列文章中分享经验。

在这里,我们主要讨论交叉污染问题。                                          

如今,制药用水分配回路内交叉污染的预防是生物技术和制药公司面临的主要挑战之一。

造成交叉污染最常见的原因是选错了设备。选对了设备,不仅可以为您将交叉污染的风险降至最低,还能减少由于维护和保养而导致的运营成本和停机时间。哪怕是一个组件的最细微的设计问题,也会影响整个系统。

适当的设备不仅有助于特定质量和数量的水分配,还为您保证高纯水以及更重要的最终产品的安全性、有效性和质量。

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选择适当设备

为保证制药用水系统分配回路的可靠持续运行,选对设备非常关键。选择那些经过专门设计以尽量减少交叉污染风险的泵、阀门、换热器和管道及配件,可以确保制药生产商能够最大限度地延长正常运行时间和减少停机时间,同时保护药剂产品的纯度、安全性、质量和完整性。

请点击以下选项,了解更多信息。

        

离心泵

目标:

泵对于将水以适当的流量输送到使用位置并确保水在分配回路中保持循环至关重要。 我们需要保持水的循环,以保证水在整个系统中都处于预期温度,并可在分配回路内产生足够的剪切力。这有助于预防夹带残渣,同时也可将生物膜积存于表面的风险降至最低。

挑战:

所有旋转设备都会产生磨损。离心泵有一个轴封部件,其中的一个旋转密封件绕固定密封件的轴旋转。密封面之间的狭小空间必须使用水进行润滑,以尽量减少密封面之间的直接接触,并尽量避免由于两密封面相互摩擦而产生磨损颗粒。众所周知,如果这些轴封出现磨损,需要每隔一段时间进行更换。

现行良好生产规范(cGMP)规定,产品接触面不得具有反应性、添加性和吸收性,这意味着轴封产生的磨损颗粒不能进入分配回路中。

解决方案:

选择一个带有外部轴封部件的泵,其外径朝向泵的外部。来自旋转密封件的离心力将迫使水从泵的内部流至外部。这就确保了密封面之间将生成一层润滑膜,同时可最大限度地减少密封件磨损、避免密封件产生磨损颗粒。此外,密封面将不可避免地产生一些磨损颗粒;通过选用外部密封轴,可确保生成的磨损颗粒会在离心力作用下被运送出分配回路。

另外,医药用水——尤其是注射用水(WFI)——非常纯净,除了H2O外,不含任何其他离子。这就使得制药用水非常“干”,可为密封面提供有限润滑。密封面之间产生的摩擦会在密封面上产生电荷。如果使用具有不同电导率的密封面,密封面之间就会产生电弧,使得SiC被氧化为SiO2,形成蚀坑。这些蚀坑会进一步增加密封面之间的磨损,并进一步缩短轴封的使用寿命。这一现象被称为电化学腐蚀。

阿法拉伐所有UltraPure离心泵都配备有外部轴封,既可确保密封件得到最佳润滑,也能防止磨损颗粒进入闭环系统。阿法拉伐LKH UltraPure泵还配备有两个密封面电导率相同的增强版SiC轴封;这可使电化学腐蚀的风险降至最低,进而最大限度地减少磨损颗粒的产生,并延长轴封的使用寿命。

阿法拉伐LKH UltraPure泵也是目前最节能的泵,从而可以为您实现系统的最低能耗和最低运行成本。

DVST隔膜阀

目标:

隔膜阀是(ASME BPE)推荐在制药用水系统中使用的阀门。隔膜阀应在工艺流程内提供动态密封,并在工艺流程与大气之间提供密封。隔膜阀还应能够关闭、打开、引流或控制系统中的液体。应确保隔膜阀在系统内以及大气和水之间提供密封,这对防止交叉污染至关重要。

挑战:

用水系统中所有部件的设计必须确保卫生,不得有任何死角、缝隙或凹坑。隔膜阀特别容易发生磨损。用水系统中通常使用的是配备聚四氟乙烯(PTFE)隔膜的堰式隔膜阀,通常由PTFE表面和三元乙丙橡胶(EPDM)靠背组成。这样的组合可在阀门致动过程中具有弹性和压缩性能。但是,PTFE表面容易磨损,通常会在更耐用的EPDM靠背磨损之前破裂。 

如果出现一点裂口,这两种材料之间都会形成一条大缝隙,为微生物繁殖提供场所。 这条缝隙不仅会捕获细菌,还会捕获营养物质,从而使这条缝隙或凹坑成为细菌生长和生物膜积存的理想栖息地。而生物膜会继续延伸,最终污染系统中的水。更糟糕的是,只有拆下阀门进行人工检查,才能检测到PTFE表面的裂口,而这时,交叉污染已经发生了。这条缝隙不仅捕获细菌,还会捕获对用水系统进行保养维护后使用的清洁剂和钝化剂。在冲洗系统时,我们很难将这些化学物质从缝隙和系统中移除;而它们又会在系统正常运行过程中从缝隙中迁移出来,对水造成污染。

解决方案:

阿法拉伐为您提供高级单层EPDM隔膜作为PTFE/EPDM隔膜的替代品,可满足您对制药用水系统的各项要求。经过验证,这种EPDM隔膜在制药级用水中非常惰性,不会向水中渗入任何颜色或化学物质。此外,这种隔膜可用于高温环境,甚至可经受长时间蒸汽操作。阿法拉伐DV-ST UltraPure隔膜阀在隔膜的上方和下方都有平整的连接面;没有钢脊挤压隔膜,这意味着敏感的隔膜材料不会受到额外应力。由于没有钢脊,阀门使用寿命将延长,隔膜破裂的风险也会降至最低。而如果我们使用PTFE/EPDM双层隔膜,而非EPDM单层隔膜,阀门通常会发生破裂。

阿法拉伐所有DV-ST UltraPure隔膜阀都装有检漏孔,便于检测隔膜是否破损;这有助于降低污染风险。此外,所有锻造阀和隔断阀均使用低δ铁素体和规定硫含量的阀体,这使得阀门拥有卓越的焊接质量,并能降低系统出现铁丹红现象的风险。

除紧凑、轻巧、多功能等特点外,这个安全、无缝隙隔膜阀还具有模块化设计。这使得阀门可轻松适应单个制药用水分配回路的确切要求。它为您带来可靠、无污染性能,同时还能确保系统的安全、长期运行。

管壳式换热器

目标:

管壳式换热器是制药用水分配回路中最常用的换热器。用水系统中的细菌通常通过热度控制。热水回路中的温度很高,一般在55°C到95°C之间,以防止细菌增长。冷水回路则通常通过将水加热至60°C以上来进行消毒。温度越高,细菌会被更快地消灭,系统也会更快进行消毒。消毒完成后,水会冷却到初始温度。水冷却得越快,细菌生长的几率就越小。在温度接近45°C到35°C这一区间时尤其如此。

换热器还能用于将热水回路中的水冷却至较低温度。当我们要将水与热敏药物混合时,或要使用这些水手动清洗器具时,我们往往会进行这样的操作,以免人员在清洗器具时烫伤双手。同时要注意的是,冷却要快速进行,以防止细菌生长。

挑战:

交叉污染的风险取决于管壳式换热器的设计。换热器利用冷却或加热介质将热量传出或传入制药级用水。这种水的质量与回路内水的质量不同。如果换热器发生泄漏,制药级用水就有被污染的风险。为避免用水受冷却或加热介质污染,我们使用双管板管壳式换热器;内管焊接在外管板上。这种设计可消除交叉污染的风险,因为如果焊接点出现故障,系统不会发生泄漏,用水系统也不会与冷却或加热介质发生接触。如果焊接点发生泄漏,操作人员也很容易就能发现,因为从外部就可以看见焊接点。另一个关键的设计元素是内管向内管板膨胀。如果这两者的接合不是100%紧密,在内管和内管板间会出现一条缝隙。如果发生这种情况,两个表面之间会存在很大的缝隙腐蚀风险。随着时间推移,这种缝隙腐蚀会导致内管破裂,这意味着冷却或加热介质将对制药级用水造成污染。不幸的是,缝隙腐蚀和泄露极少可以通过目视检测,因此很难提前发现。

解决方案:

为满足制药用水分配回路的要求,我们强烈推荐您选择设计用于卫生应用领域、具有高品质焊接工艺和管道膨胀性能的管壳式换热器。阿法拉伐的Pharma-line管壳式换热器十分关注内管的高品质焊接工艺和高品质膨胀性能。每一位焊工都经过充分培训且取得资质。每一处焊接点都按照既定的标准操作程序进行焊接,并根据最高质量保证实践进行记录和控制。 我们还格外关注内管的膨胀性能,以确保不存在缝隙形成和发生缝隙腐蚀的风险。 我们还选用了超大的弯曲半径,以尽量在弯曲区域进行最好的表面抛光;进而将生物膜生长的风险降至最低。 阿法拉伐Pharma-line为您提供高品质的焊接工艺和管道膨胀性能,具有无缝隙设计和无缝管道以及流畅的表面抛光工艺,以将交叉感染和生物膜生长的风险降至最低。所有部件的制造技术都经过严格控制,包括焊接、管道膨胀性能、管道弯曲以及抛光。

管道件

目标:

管道及配件应只用于连接回路中的各个部件和用户使用点。如此,必须确保这些连接将水与环境分隔开来,并将对系统的影响降至最低。在水回路安装过程中,管道和配件应便于回路进行焊接、清洁、钝化、冲洗和排水。

挑战:

在典型的用水分配回路中,管道及配件所占表面积占到整个系统的90%以上,构成目前与产品接触表面积最大的部分。因此,管道及配件对用水系统有着最大的材料污染风险。现行良好生产规范(美国食品药品管理局21CFR211.65 a)规定:“设备的构造应保证其与部件、工艺内物料或药品接触的表面不得具有反应性、添加性或吸收性,以确保不改变药品的安全性、同一性、效力、质量或纯度,使其超出官方或其它既定要求。”

由于管道及配件表面的抛光残留物被深深地压入表面,它们在清洁和钝化的过程中很难去除。 而在水回路运行过程中,这些抛光残留物又会迁移到水中。这些抛光残留物还会在系统中生成铁丹红颗粒,进一步污染用水。

在水回路构建或安装过程中,管道及配件的安装成本通常比管道及配件还要昂贵。焊接端的材料质量和壁厚对于确保进行良好的焊接至关重要。如果焊接质量不良,必须将焊接点挖除,并用两根焊条在原位置重新焊接一个新的焊接点。优质的管道及配件将最大程度降低进行重新焊接的需要。有些抛光不良的表面有抛光残留物压入表面当中,这些表面非常难以清洁。如果表面清洁不彻底,就无法实现钝化。对表面进行高品质抛光处理,确保表面不含任何抛光残留物,将有利于我们快速、轻松进行清洁和钝化。

解决方案:

选择那些惰性(无反应性、添加性或吸收性)的管道及配件将有助于将材料污染的风险降至最低。阿法拉伐Tri-Clover® UltraPure管道及配件采用成熟的标准操作程序进行抛光和清洁,在制药行业的使用已经有几十年。阿法拉伐只与成熟的优选原材料供应商合作,原材料经焊接优化处理。在阿法拉伐工厂,我们对所有配件展开全面质量控制。对于每一个配件,都要确保化学一致性、表面粗糙度和外观、精确尺寸(包括壁厚、椭圆度、方形端头等)、标记、包装和标签。阿法拉伐的管道及配件同时还符合ASME生物加工设备(BPE)认证要求。

阿法拉伐Q-doc:良好记录文件,为质量保驾护航

为减少污染风险、停机时间和成本,阿法拉伐用于制药行业的所有UltraPure设备和部件都有阿法拉伐Q-doc提供支持。基于良好的文档操作规范(GDP),Q-doc是阿法拉伐UltraPure设备的全面文件包,包括泵、阀门、换热器和管道及配件,可提供从原材料到最终设备交付的整个设备及替换件供应链的完全透明性。

阿法拉伐Q-doc包括合规性声明、材料证书、相关测试证书以及有关标准部件所必需的阿法拉伐备件包的信息。在Q-doc帮助下,我们为客户提供了透明且有据可查的原始设备质量保证。它对材料或制造程序的每一处变更进行跟踪,包括有关产品接触部件(如钢和垫圈)的详细信息。这既能确保产品安全性,又可简化购买和安装过程以及鉴定、校验和变更控制程序。总之,Q-doc保护您的制药用水分配回路,避免交叉污染风险,为您带来长期的安心使用。

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制药用水系统的其他挑战

如何预防制药用水系统中铁丹红的形成?

如何降低制药用水系统中的生物膜积存风险?

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