干法氣化過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)于1991年開(kāi)始投放歐美市場(chǎng)，2000年以后，廣泛應(yīng)用于制藥行業(yè)空間滅菌，歐美應(yīng)用干法氣化過(guò)氧化氫滅菌技術(shù)已近30年，是十分成熟的工藝，目前已越來(lái)越多的被中國(guó)制藥行業(yè)接受和應(yīng)用，其滅菌效果也能得到驗(yàn)證支持。

        隨著新版GMP的實(shí)施和推廣，我國(guó)對(duì)無(wú)菌藥品的生產(chǎn)提出了更高的要求。尤其是隨著生物制藥的快速發(fā)展，Single Use 技術(shù)越來(lái)越被廣泛應(yīng)用，廠房布局也越來(lái)越靈活，空間滅菌一直以來(lái)都是生物制藥生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，選擇合適的滅菌方式就顯得尤為重要。在當(dāng)前各種滅菌技術(shù)當(dāng)中，干法氣化過(guò)氧化氫(H 2 O 2 )滅菌被公認(rèn)為最理想的滅菌方式。 干法氣化過(guò)氧化氫滅菌方式正迅速成為生物制藥行業(yè)尤其是抗體、疫苗、CAR-T、干細(xì)胞等領(lǐng)域生物凈化的新選擇，其對(duì)生物指示劑——嗜熱脂肪芽孢桿菌能夠達(dá)到10 6 的殺滅率。

一、什么是干法氣化過(guò)氧化氫滅菌？

            干法（圖2）過(guò)氧化氫滅菌的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在“干”上面，“干”是指干的工藝，能使液態(tài)過(guò)氧化氫完全氣化，并實(shí)時(shí)監(jiān)控滅菌區(qū)域的相對(duì)濕度，嚴(yán)格控制在飽和濕度以下，避免過(guò)氧化氫在物體表面結(jié)露，大大降低腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1. 干法工藝

濕法（圖3）過(guò)氧化氫滅菌工藝主要技術(shù)特征為：整個(gè)滅菌過(guò)程不除濕，其滅菌相對(duì)濕度維持在95%-120%RH之間的過(guò)飽和狀態(tài)，利用高濕高濃度快速達(dá)到滅菌效果。濕法工藝因其設(shè)備小巧，滅菌時(shí)間短，多應(yīng)用在醫(yī)院，政府科研單位。

圖2. 濕法工藝

客觀地說(shuō)，為了有效控制微生物污染，大大降低過(guò)氧化氫對(duì)無(wú)菌生產(chǎn)環(huán)境的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，生物制藥企業(yè)往往優(yōu)先選擇干法工藝應(yīng)用在無(wú)菌生產(chǎn)過(guò)程中。

二、影響干法氣化過(guò)氧化氫滅菌效果的因素有哪些？

首先，目標(biāo)環(huán)境的溫度不均勻，可能會(huì)造成滅菌氣體在表面產(chǎn)生凝結(jié)。一般溫度+/-2.5℃是能被接受的范圍。需要注意的是那些環(huán)境中的高溫表面，例如，凍干機(jī)、灌裝機(jī)等設(shè)備的CIP/ SIP功能，會(huì)造成局部表面的高溫，需要待這些位置冷卻（一般低于40℃）才能進(jìn)行過(guò)氧化氫滅菌。另外，高溫會(huì)由于熱輻射改變環(huán)境中氣流的狀態(tài)，使得局部的過(guò)氧化氫氣體無(wú)法到達(dá)這些部位。

其二，若目標(biāo)環(huán)境的初始相對(duì)濕度過(guò)高，環(huán)境能容納和吸收的水分只需很少就能達(dá)到飽和，這就使滅菌過(guò)程越容易產(chǎn)生凝結(jié)，氣態(tài)過(guò)氧化氫濃度會(huì)降低，影響滅菌效果。濕度的均勻性會(huì)受溫度均勻性影響，溫度高的表面相對(duì)局部的濕度也會(huì)偏低一些。

第三，過(guò)氧化氫的用量是滅菌過(guò)程中較為可靠也是較為可控的參數(shù)。因此過(guò)氧化氫的總用量對(duì)于滅菌的效果而言是關(guān)鍵參數(shù)。滅菌區(qū)域體積確定的情況下，過(guò)氧化氫的用量是滅菌效果的重要考量因素。

第四，環(huán)境中過(guò)氧化氫的濃度。在滅菌過(guò)程中，過(guò)氧化氫本身在不斷產(chǎn)生，同時(shí)也在不斷分解。維持過(guò)氧化氫濃度在一定的水平是大多數(shù)滅菌系統(tǒng)廠家的做法，目前大多使用電化學(xué)的過(guò)氧化氫濃度傳感器作為檢測(cè)手段，但作為干法工藝的代表---德國(guó)PEA過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)采用的是電容式過(guò)氧化氫濃度傳感器，其自動(dòng)加熱功能可以避免過(guò)氧化氫在傳感器表面產(chǎn)生結(jié)露，從而使測(cè)量更精確，該電容式過(guò)氧化氫傳感器廠家在國(guó)內(nèi)設(shè)有校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室。但是需要注意的是，空間中的過(guò)氧化氫濃度并不能直接說(shuō)明滅菌效果的好壞。但是作為一個(gè)滅菌循環(huán)的參數(shù)，檢測(cè)其濃度卻是必須的，可以通過(guò)濃度的數(shù)據(jù)分析滅菌循環(huán)中的問(wèn)題。

第五，滅菌維持時(shí)間也是需要考慮的因素，一方面要有一定的時(shí)間讓過(guò)氧化氫氣體擴(kuò)散和接觸，另一方面不同滅菌空間布局，用量不同，維持的時(shí)間長(zhǎng)短也不一樣，這需要在滅菌前進(jìn)行參數(shù)開(kāi)發(fā)。

第六，滅菌區(qū)域里的裝載條件如設(shè)備設(shè)施的位置會(huì)影響過(guò)氧化氫氣體的分布，從而影響滅菌效果，對(duì)于一些特別難于分布的遠(yuǎn)角，死角，設(shè)備背面等地方，需要在參數(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)進(jìn)行重點(diǎn)考量。

第七，將滅菌氣體傳送到目標(biāo)環(huán)境（如潔凈區(qū)）的方式盡量避免利用長(zhǎng)管路傳送，如果沒(méi)有對(duì)管路進(jìn)行保溫，背景環(huán)境溫度又相對(duì)較低，那么過(guò)氧化氫會(huì)在管道內(nèi)部產(chǎn)生凝結(jié)，傳遞到目標(biāo)環(huán)境中的H 2 O 2 就會(huì)相對(duì)降低。

總之，滅菌效果是目標(biāo)環(huán)境溫濕度條件、過(guò)氧化氫溶液用量、過(guò)氧化氫氣化狀態(tài)及濃度、滅菌時(shí)間、裝載條件、過(guò)氧化氫傳送方式等綜合的影響結(jié)果。判斷是否達(dá)到滅菌效果的唯一標(biāo)準(zhǔn)是生物指示劑：嗜熱脂肪芽孢桿菌ATCC 12980或ATCC 7953（數(shù)量級(jí)≥1.0×10 6 ），在培養(yǎng)箱[55℃-60℃]中培養(yǎng)7天，結(jié)果無(wú)微生物生長(zhǎng)證明達(dá)到6log滅菌效果。

三、干法氣化過(guò)氧化氫滅菌可選擇的兩種方式

1.傳統(tǒng)型：集成式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)

圖3. 集成式過(guò)氧化氫滅菌示意圖

集成式是將過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)集成到空調(diào)管路上（圖4），滅菌過(guò)程是由空調(diào)機(jī)組運(yùn)行內(nèi)部循環(huán)，將過(guò)氧化氫傳送到各滅菌區(qū)域，這就對(duì)空調(diào)管路的材質(zhì)，密封性要求比較高，如果傳輸管路太長(zhǎng)，如何監(jiān)控和保證空調(diào)管路內(nèi)的冷凝狀況仍然是一大難題，對(duì)于房間多，空間大的廠房，驗(yàn)證會(huì)受到挑戰(zhàn)，雖然一套過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)可以對(duì)不同的空調(diào)機(jī)組控制區(qū)域進(jìn)行分別滅菌，因管路設(shè)計(jì)及安裝施工復(fù)雜，前期投入大，大多數(shù)企業(yè)只用集成式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)應(yīng)用到AB級(jí)區(qū)，滿足其無(wú)菌保證需求，而AB級(jí)空間也相對(duì)較小，根據(jù)工藝不同，使用頻次也較低，雖然其操作比較方便，但從性價(jià)比角度來(lái)說(shuō)這并不是最好的選擇，同時(shí)，選擇集成式過(guò)氧化氫滅菌之前需要考慮以下幾方面：

廠房設(shè)計(jì)時(shí)要考慮好方案，需確認(rèn)安裝位置，管路材質(zhì)，與空調(diào)系統(tǒng)的連接方案等；

如何監(jiān)控和保證過(guò)氧化氫氣體在空調(diào)管路里不冷凝？

管路材質(zhì)的選擇，管路的密封性等；

事先考慮房間布局結(jié)構(gòu)，房間空氣流型，對(duì)頂部死角的滅菌效果影響；

2.新趨勢(shì)：移動(dòng)式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)

隨著生物制藥的快速發(fā)展，工藝的靈活性越來(lái)越高，功能性房間數(shù)量達(dá)到幾十甚至上百個(gè)，為了避免交叉污染，降低風(fēng)險(xiǎn)，除了AB級(jí)區(qū)需滅菌外，CD級(jí)也有滅菌需求，集成式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)因其安裝位置固定，需要分別對(duì)單獨(dú)空調(diào)機(jī)組對(duì)應(yīng)的功能區(qū)域滅菌，越來(lái)越不能滿足生物制藥工藝靈活的發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，隨著抗體行業(yè)，細(xì)胞治療行業(yè)的興起，采用移動(dòng)式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)因其使用效率高，能靈活組合對(duì)不同生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行一次性滅菌（圖4），操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)完整，過(guò)程控制，易驗(yàn)證等諸多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越被生物制藥行業(yè)廣泛應(yīng)用，大多移動(dòng)式滅菌系統(tǒng)具備以下特征：

兼容性：采用知名品牌PLC，進(jìn)行過(guò)程控制，能與BMS連接；

安全性：遠(yuǎn)程控制，緊急停止，審計(jì)追蹤；

數(shù)據(jù)完整性：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)PDF輸出，數(shù)據(jù)精確可靠；

合規(guī)性：符合現(xiàn)行GMP,FDA法規(guī)

便利性：安裝調(diào)試周期短，操作簡(jiǎn)便，易通過(guò)驗(yàn)證；

靈活性：靈活組合對(duì)不同空間大小，不同功能區(qū)域滅菌，使用效率高；

EHS：滅菌結(jié)束后，過(guò)氧化氫快速降解為水和氧氣，能保證對(duì)環(huán)境和人的安全；

圖4. 移動(dòng)式過(guò)氧化氫滅菌組合圖

四、干法移動(dòng)式滅菌應(yīng)用實(shí)例分析

中國(guó)GMP 2010修訂版附錄三，關(guān)于生物制品的廠房與設(shè)備第十五條有如下表述：在生產(chǎn)過(guò)程中使用某些特定活生物體的階段，應(yīng)當(dāng)根據(jù)產(chǎn)品特性和設(shè)備情況，采取相應(yīng)的預(yù)防交叉污染措施，如使用專用廠房和設(shè)備、階段性生產(chǎn)方式、使用密閉系統(tǒng)等。

抗體藥物作為生物制品的典型代表，需要遵循以下特點(diǎn)：平面布局合理，嚴(yán)格劃分區(qū)域，防止交叉污染，方便生產(chǎn)操作，盡量減少潔凈區(qū)面積，提高生產(chǎn)線的使用效率。同時(shí)控制不同批次間活生物體的相互污染，包括未除病毒中間體污染已除病毒中間體的風(fēng)險(xiǎn)，要求做到不同的操作間處理不同的工序，各工序在空間完全隔離，且空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，這對(duì)空間滅菌的靈活性提出了更高的要求，以下將結(jié)合抗體藥物某條生產(chǎn)線工藝，以其生產(chǎn)車(chē)間的空間滅菌為例，闡述某抗體企業(yè)選擇干法移動(dòng)式滅菌的合理性。首先見(jiàn)下圖抗體的工藝和車(chē)間布局圖：

圖5 種子擴(kuò)增環(huán)節(jié)（C+A級(jí)）

圖6 生物反應(yīng)器，生產(chǎn)罐，收獲環(huán)節(jié)（C+A級(jí)）

圖7 捕獲，滅活，純化環(huán)節(jié)（C+A級(jí)）

圖8 配制分裝環(huán)節(jié)（B+A級(jí)）

抗體藥物為非最終滅菌產(chǎn)品，生產(chǎn)過(guò)程中非常注重物理隔離和過(guò)程控制，以防止微生物污染，所以整個(gè)工藝需要對(duì)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行有效控制，保證生產(chǎn)環(huán)境潔凈無(wú)污染。該抗體公司生產(chǎn)區(qū)（圖10）有超過(guò)10組空調(diào)系統(tǒng)，所需滅菌房間數(shù)約100多間，面積多達(dá)1600㎡，需滅菌的空間體積共計(jì)超過(guò)4500m³，以下是兩種滅菌方式的設(shè)計(jì)方案（圖11和圖12）：

圖10 生產(chǎn)車(chē)間布局圖（局部）

根據(jù)不同的空調(diào)機(jī)組分別滅菌，需要分13次才能將所有生產(chǎn)區(qū)域完成滅菌。

圖11集成式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)方案

2套過(guò)氧化氫發(fā)生系統(tǒng)和3套分布降解系統(tǒng)根據(jù)不同的拆分和組合方案，滅完所有6個(gè)區(qū)域所需的次數(shù)僅8次

圖12 移動(dòng)式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)方案

以上兩種不同滅菌方案的成本分析：

圖13. 成本分析

綜上，由上述方案我們可以看出：

一套集成式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)，需要根據(jù)不同機(jī)組分13次才能對(duì)整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行全部滅菌；

而移動(dòng)式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)，因其靈活的組合性，只須分8次就可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間區(qū)域進(jìn)行全部滅菌，為客戶能大大節(jié)約時(shí)間成本，滿足其靈活的生產(chǎn)方式；同時(shí)，由于集成式管路設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試復(fù)雜，成本上移動(dòng)式滅菌系統(tǒng)更具價(jià)格優(yōu)勢(shì)；

移動(dòng)式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)可以用于不同生產(chǎn)線的滅菌，大大提高使用效率；

集成式滅菌系統(tǒng)需要在廠房設(shè)計(jì)階段就要介入，尤其是對(duì)于生產(chǎn)車(chē)間已經(jīng)建好了的公司，移動(dòng)式過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)是其最好的選擇；

移動(dòng)式過(guò)氧化氫滅菌由于其靈便性，可以滿足緊急滅菌需求，如梅雨季節(jié)洗衣房長(zhǎng)霉菌等；

移動(dòng)式過(guò)氧化氫滅菌可以靈活的適用于滅菌區(qū)域布局及功能性房間的變動(dòng)和改造。

總之，隨著2010修訂版GMP的頒布和執(zhí)行，干法移動(dòng)式氣化過(guò)氧化氫滅菌系統(tǒng)已在GMP生物制品的廠房及無(wú)菌轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，廣泛應(yīng)用于生物制品制藥行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，它將開(kāi)創(chuàng)中國(guó)空間滅菌的新市場(chǎng)，在今后幾年內(nèi)，一定會(huì)迅速成為制藥空間滅菌設(shè)備市場(chǎng)的主流產(chǎn)品和選擇趨勢(shì)。