Công nghệ khử trùng bằng không khí cho cơ sở nghiên cứu và dược phẩm

Khử trùng bằng không khí được thiết kế có mục đích cho môi trường nghiên cứu và dược phẩm

Khử trùng không khí trong các cơ sở nghiên cứu và sản xuất dược phẩm là loại bỏ hoặc vô hiệu hóa vi sinh vật tạp nhiễm trong không khí một cách đáng tin cậy—vi sinh vật, bào tử và các hạt vi rút—mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của sản phẩm hoặc kết quả thử nghiệm. Không giống như các giải pháp “không khí sạch” HVAC thông thường, môi trường dược phẩm và R&D yêu cầu hiệu suất được xác nhận, có thể lặp lại gắn liền với các tiêu chuẩn (ví dụ: cấp phòng sạch ISO, GMP, GLP) và kiểm soát ô nhiễm dựa trên rủi ro. Dưới đây là hướng dẫn thực tế tập trung vào công nghệ, lựa chọn thiết kế, xác nhận và các sắc thái vận hành quan trọng trong môi trường nghiên cứu được quản lý hoặc đặt cược cao.

Công nghệ cốt lõi và vị trí phù hợp của chúng

Lọc HEPA/ULPA

Bộ lọc không khí dạng hạt hiệu suất cao (HEPA, ≥99,97% ở 0,3 µm) và Không khí thâm nhập cực thấp (ULPA, ≥99,999% ở 0,12 µm) là xương sống của nguồn cung cấp phòng sạch và không khí tuần hoàn. Chúng thu giữ các hạt vật lý và nhiều sol khí sinh học. Đối với quy trình vô trùng (ISO 5/Cấp A), thiết bị đầu cuối HEPA với luồng khí một chiều là phổ biến. Quá trình lọc không làm bất hoạt vi khuẩn; nó chứa chúng, vì vậy vỏ bọc không rò rỉ, kiểm tra tính toàn vẹn và quy trình thay bộ lọc an toàn là rất cần thiết.

• Tốt nhất cho: Cung cấp không khí cho phòng sạch, tủ hút dòng chảy tầng, bộ cách ly.
• Điểm mạnh: Hiệu quả loại bỏ đã được chứng minh và có thể dự đoán được; tương thích với GMP.
• Hạn chế: Không có bước tiêu diệt; giảm áp suất tăng theo tuổi thọ; yêu cầu kiểm tra tính toàn vẹn thường xuyên.

UV-C diệt khuẩn (254 nm) trong ống gió và phòng trên

UV-C vô hiệu hóa vi sinh vật bằng cách làm hỏng axit nucleic. Trong dược phẩm/R&D, UV-C được sử dụng trong các ống dẫn HVAC để giảm số lượng vi khuẩn tồn tại trên bề mặt cuộn dây và trong luồng không khí hoặc dùng làm thiết bị cố định ở phòng phía trên để xử lý không khí ở một số khu vực không đạt tiêu chuẩn GMP. Liều lượng (mJ/cm2), thời gian tiếp xúc và vận tốc không khí quyết định hiệu quả. Sự lão hóa của đèn và cặn bẩn làm giảm hiệu suất, khiến việc giám sát thường xuyên trở nên quan trọng.

• Tốt nhất cho: Giảm tải lượng vi sinh vật trong ống gió; hỗ trợ lọc; phòng không quan trọng.
• Điểm mạnh: Bất hoạt (tiêu diệt) hơn là bắt giữ; dấu chân hóa học thấp.
• Hạn chế: Tạo bóng; khả năng tương thích vật liệu; cần có khóa liên động an toàn; ít phù hợp hơn với hạng A/B trừ khi được xác nhận.

Quá trình oxy hóa và quang xúc tác nâng cao

Các hệ thống kết hợp tia cực tím với bề mặt xúc tác quang (ví dụ: TiO₂) tạo ra các loại phản ứng có thể làm bất hoạt vi khuẩn và làm suy giảm VOC. Trong cơ sở dược phẩm, chúng được đánh giá cẩn thận về sự hình thành sản phẩm phụ (ví dụ: formaldehyde, ozon) và khả năng tương thích của vật liệu. Chúng có thể hữu ích trong các phòng thí nghiệm BSL hoặc các khu vực phụ trợ nơi cần kiểm soát hạt kép và vi khuẩn.

• Tốt nhất cho: Phòng thí nghiệm nghiên cứu, khu vực hỗ trợ có nhiều rủi ro ô nhiễm.
• Điểm mạnh: Xử lý không khí phổ rộng; Đồng lợi ích của VOC.
• Hạn chế: Xác nhận sản phẩm phụ; yêu cầu xem xét tuân thủ; thường không phải là chính trong các dãy phòng vô trùng.

Hệ thống Hydro Peroxide khô (DHP) và Pha hơi

Một số hệ thống nhất định giải phóng liên tục các chất oxy hóa nồng độ thấp (ví dụ: H₂O₂ khô) hoặc theo chu kỳ để vô hiệu hóa vi khuẩn trong không gian bị chiếm dụng. Hydro peroxide bay hơi (VHP) được sử dụng rộng rãi để khử nhiễm trong phòng hoặc thiết bị cách ly nhưng nói chung là một quy trình theo mẻ đòi hỏi phải có chỗ trống và sục khí. DHP liên tục đang gây tranh cãi trong lĩnh vực GMP và phải được chứng minh thông qua đánh giá rủi ro, đánh giá dư lượng/độc tính và giám sát.

• Tốt nhất cho: Khử nhiễm thiết bị đầu cuối (VHP); chọn không gian nghiên cứu (DHP) có điều khiển.
• Điểm mạnh: Diệt vi khuẩn ở mức độ cao; đã được chứng minh cho chu trình khử nhiễm.
• Hạn chế: Hạn chế về công suất sử dụng (VHP); khả năng tương thích vật liệu; sự chấp nhận theo quy định khác nhau.

Kết tủa tĩnh điện và ion hóa không khí

Bộ lọc bụi tĩnh điện tích điện và thu thập các hạt trên các tấm, giúp giảm áp suất thấp. Quá trình ion hóa lưỡng cực khẳng định có thể kết tụ các hạt và làm bất hoạt vi khuẩn; tuy nhiên, kết quả có thể không nhất quán và các sản phẩm phụ (ozone, hạt siêu mịn) phải được kiểm soát chặt chẽ. Trong các lĩnh vực dược phẩm được quản lý, những điều này thường là thứ yếu hoặc bị tránh trừ khi việc xác nhận chắc chắn chứng minh được tính an toàn và hiệu quả.

• Tốt nhất cho: Không gian hỗ trợ không đạt tiêu chuẩn GMP; tăng cường lọc trước.
• Điểm mạnh: Năng lượng loại bỏ thấp hơn; thân thiện với trang bị thêm.
• Hạn chế: Hiệu quả thay đổi; sản phẩm phụ tiềm năng; độ phức tạp bảo trì.

Thiết kế hệ thống tuân thủ và hiệu suất

Phù hợp với tiêu chuẩn và rủi ro

Bắt đầu với các mục tiêu kiểm soát ô nhiễm xuất phát từ rủi ro sản phẩm/quy trình. Lập bản đồ các yêu cầu đối với các loại phòng sạch ISO 14644, Phụ lục 1 EU GMP về sản xuất vô trùng và các hướng dẫn an toàn sinh học có liên quan (ví dụ: các mức BSL). Xác định tốc độ thay đổi không khí mục tiêu, các tầng điều áp và sự phân tách. Sự kết hợp công nghệ—HEPA làm cơ sở, cộng với UV-C hoặc các loại khác—cần được chứng minh bằng đánh giá rủi ro và con đường lây nhiễm.

Các vấn đề về kiến trúc luồng không khí

Dòng chảy một chiều (tầng) ở tốc độ 0,3–0,5 m/s trên các vùng quan trọng giúp giảm thiểu nhiễu loạn và tái cuốn theo. Đối với các khu vực nền, dòng chảy hỗn hợp hỗn loạn có đủ ACH và gradient áp suất định hướng sẽ duy trì độ sạch. Tránh đoản mạch giữa nguồn cung cấp và chiết xuất; sự cân bằng quay trở lại để quét các hạt ra khỏi bề mặt làm việc quan trọng. Mô hình CFD có lợi cho các bố cục phức tạp hoặc các phòng có nhiều thiết bị.

Cân nhắc về vật liệu và bề mặt

Chọn vật liệu ống dẫn và vỏ tương thích với phương pháp khử trùng và chất tẩy rửa phòng sạch. UV-C có thể làm suy giảm một số polyme nhất định; chất oxy hóa có thể ăn mòn kim loại. Bề mặt nhẵn, không bong tróc, có thể làm sạch là rất cần thiết để ngăn ngừa sự hình thành các hạt và sự trú ngụ của vi sinh vật. Các vòng đệm và miếng đệm phải tương thích với chất khử trùng và chu trình VHP, nếu có.

Giám sát và kiểm soát

Tích hợp giám sát hạt khả thi và không khả thi, cảm biến áp suất chênh lệch và kiểm soát nhiệt độ/độ ẩm tương đối. Đối với UV-C, bao gồm giám sát bức xạ và khóa liên động; cho chất oxy hóa, cảm biến khí liên tục và báo động. Thiết lập giới hạn cảnh báo/hành động và ghi nhật ký tự động để hỗ trợ điều tra và phát hành hàng loạt.

Lộ trình xác nhận và đủ điều kiện

DQ, IQ, OQ, PQ cho hệ thống khử trùng không khí

Tuân theo vòng đời xác thực có cấu trúc. Chứng nhận thiết kế (DQ) đưa ra cơ sở lý luận và thông số kỹ thuật; Chứng chỉ Lắp đặt (IQ) xác minh việc lắp đặt đúng; Chứng chỉ Vận hành (OQ) thách thức hiệu suất trong các điều kiện xác định (ví dụ: luồng không khí, liều tia UV, tốc độ rò rỉ); Đánh giá hiệu suất (PQ) thể hiện hiệu suất thường xuyên trong môi trường quy trình thực tế, bao gồm việc lấy mẫu không khí khả thi phù hợp với các địa điểm dựa trên rủi ro.

Kiểm tra hiệu quả vi sinh vật

Đối với công nghệ khử hoạt tính, hãy sử dụng các sinh vật thử thách đã được tiêu chuẩn hóa (ví dụ: thực khuẩn, bào tử Bacillus) và các khí dung xác định. Định lượng mức giảm log ở vận tốc không khí và độ ẩm thực tế. Để lọc, hãy dựa vào các thử nghiệm tính toàn vẹn (ví dụ: DOP/PAO) và số lượng hạt, được bổ sung bằng hoạt động giám sát khả thi trong PQ. Tiêu chí chấp nhận tài liệu và sức mạnh thống kê để tránh kết quả mơ hồ.

Kiểm soát thay đổi và xác nhận lại

Những thay đổi về luồng không khí, thiết bị hoặc việc sử dụng phòng yêu cầu phải đánh giá tác động, tái thẩm định tiềm năng và cập nhật các SOP. Việc thay thế đèn UV, hoán đổi bộ lọc và bảo trì ảnh hưởng đến vòng đệm hoặc cấu hình dòng chảy sẽ kích hoạt ít nhất một phần OQ/PQ. Sử dụng xu hướng của dữ liệu giám sát để phát hiện sự trôi dạt và lập kế hoạch hành động phòng ngừa.

Thực hành tốt nhất về hoạt động trong cơ sở nghiên cứu và dược phẩm

Bảo trì và hiệu chuẩn

Thiết lập các SOP để kiểm tra tính toàn vẹn của bộ lọc (ban đầu và định kỳ), theo dõi giảm áp suất, xác minh đầu ra UV-C và hiệu chuẩn cảm biến. Xác định giới hạn tuổi thọ dựa trên hiệu suất, không chỉ tuổi theo lịch. Đào tạo kỹ thuật viên về cách tiến hành phòng sạch để tránh gây ô nhiễm trong quá trình can thiệp.

Tích hợp với quy trình phòng sạch

Khử trùng không khí là một phần của chiến lược kiểm soát ô nhiễm toàn diện. Mặc quần áo, chế độ làm sạch/khử trùng, bố trí thiết bị và luồng vật liệu/nhân sự phải phù hợp với mô hình luồng không khí. Ngay cả công nghệ tốt nhất cũng không thể bù đắp cho kỹ thuật vô trùng kém hoặc đường truyền không được niêm phong.

Cân nhắc về năng lượng và tính bền vững

ACH cao và lọc làm tăng mức sử dụng năng lượng. Tối ưu hóa thông qua điều khiển thể tích không khí thay đổi (VAV) trong những thời điểm không quan trọng, bộ lọc giảm áp suất thấp và thu hồi nhiệt. Đánh giá lợi ích của việc tiêu thụ năng lượng UV-C so với lợi ích ngăn ngừa bám bẩn cuộn dây. Đảm bảo các biện pháp bền vững không ảnh hưởng đến mức độ đảm bảo vô trùng đã được xác nhận.

Lựa chọn công nghệ: So sánh sơ lược

Bảng này tóm tắt cách sử dụng, điểm mạnh và lưu ý điển hình để hỗ trợ lựa chọn công nghệ trong môi trường được quản lý.

Danh sách kiểm tra thực hiện

Danh sách kiểm tra ngắn gọn, hướng đến hành động giúp chuyển ý định thiết kế thành hiệu suất đáng tin cậy.

• Xác định mục tiêu kiểm soát ô nhiễm và các tiêu chuẩn áp dụng.
• Chọn lọc cơ bản (HEPA/ULPA) và đánh giá nhu cầu về công nghệ tiêu diệt.
• Lập mô hình luồng không khí và xác minh phạm vi bao phủ đối với các hoạt động quan trọng.
• Chỉ định giám sát (các hạt, vi khuẩn, áp suất, cảm biến liều lượng/khí).
• Xác thực kế hoạch (DQ/IQ/OQ/PQ) với tiêu chí chấp nhận rõ ràng.
• Thiết lập các SOP bảo trì và khoảng thời gian thay thế trong vòng đời.
• Đào tạo nhân viên về kỹ thuật vô trùng phù hợp với chiến lược luồng không khí.
• Thực hiện kiểm soát thay đổi đối với các sửa đổi; dữ liệu hiệu suất xu hướng.

Những bài học quan trọng dành cho nhóm nghiên cứu và dược phẩm

Khử trùng không khí trong môi trường được quản lý và nghiên cứu là một thách thức của hệ thống: kết hợp quá trình lọc đã được xác nhận với các công nghệ khử hoạt tính được chứng minh phù hợp, thiết kế luồng không khí để bảo vệ các hoạt động quan trọng nhất, giám sát những vấn đề quan trọng trong thời gian thực và coi việc xác nhận như một quá trình sống. Khi được lựa chọn và vận hành một cách chu đáo, những công nghệ này sẽ giảm đáng kể rủi ro ô nhiễm mà không gây thêm sự phức tạp quá mức hoặc gánh nặng pháp lý.