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超過3D就是死角嗎?論死角的準確定義

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死角檢查是系統(tǒng)進行安裝確認(IQ)時的一項重要內(nèi)容。在潔凈流體工藝系統(tǒng)(制藥用水系統(tǒng)與配液/CIP/SIP系統(tǒng))中死角過大所帶來的風險主要如下:(1)為微生物繁殖提供了“溫床”并導致“生物膜”的形成,引起微生物指標、TOC指標或內(nèi)毒素指標超標,導致水質(zhì)指標不符合藥典要求;(2)系統(tǒng)消毒或滅菌不徹底導致的二次微生物污染;(3)系統(tǒng)清洗不徹底導致的二次顆粒物污染或產(chǎn)品交叉污染。在潔凈流體工藝系統(tǒng)中,任何死角的存在均可能導致整個系統(tǒng)的污染。因此,中國2010版GMP要求“管道的設(shè)計和安裝應(yīng)避免死角、盲管”。

《美國機械工程師協(xié)會生物加工設(shè)備標準》2014版(《ASME BPE 2014》)對于死角有準確的定義,“死角”是指當管路或容器使用時,能導致產(chǎn)品污染的區(qū)域(dead leg: an area of entrapment in a vessel or piping run that could lead to contamination of the product.),從該定義可以清晰的了解到,是否發(fā)生微生物污染才是檢驗死角與否的正確標準。

1976年,美國FDA在CFR212法規(guī)上第一次采用量化方法進行死角的質(zhì)量管理,工程上俗稱“6D”規(guī)則,其含義為“當L/d<6時,證明此處無死角”,其中L指“流動側(cè)主管網(wǎng)中心到支路盲板(或用點閥門中心)的距離”,d為支路的直徑。隨后的研究表明,“3D”規(guī)則更符合潔凈流體工藝系統(tǒng)的微生物控制要求,其中L的含義變更為“流動側(cè)主管網(wǎng)管壁到支路盲板(或用點閥門中心)的距離”(圖1)。

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更加準確的死角量化定義來自于ASME BPE(圖2),該定義表明,L是指“流動側(cè)主管網(wǎng)內(nèi)壁到支路盲板(或用點閥門中心)的距離”,D是指“非流動側(cè)支路管道的內(nèi)徑”。

 

 

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從消毒驗證和清洗驗證的角度能有效說明“3D”規(guī)則的合理性。死角的消毒驗證表明,小于3D死角的支路(圖中為L/D等于0,0,1.5)處很快能達到預定的消毒溫度,支路垂直向下或向上的大于3D死角(圖中為L/D等于4.0,5.6,9.4)在流速為0.4m/s和1.2m/s時,支路處始終無法達到預定的消毒溫度,提高流速到2.0m/s,除垂直向下的4D支路能達到消毒溫度外,其他支路處始終無法達到預定的消毒溫度。上述實驗說明:死角是影響支路清洗的關(guān)鍵因素,而流速是影響支路清洗的次關(guān)鍵因素(圖3,圖4)。

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死角的清洗驗證表明,L/D等于2.8的用點支路在系統(tǒng)流速加快到一定數(shù)值時,清洗驗證符合要求,L/D等于6的用點支路在系統(tǒng)流速一直增加的情況下,清洗驗證始終不符合要求,同時,2.8D支路較6D支路能更快的達到清洗要求,上述模型進一步表明,死角是影響支路清洗的關(guān)鍵因素,而流速是影響支路清洗的次關(guān)鍵因素(圖5)。

 

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雖然大多數(shù)GMP法規(guī)并未對死角標準做一個最大值的硬性規(guī)定,但基于上述研究結(jié)論,死角的“3D”規(guī)則還是得到了制藥行業(yè)的普遍認同和推廣,例如,中國GMP、歐盟GMP、WHO GMP和美國FDA cGMP的大多數(shù)企業(yè)均以“3D”規(guī)則(L<3D)作為安裝確認的死角檢查標準。因生物發(fā)酵等制藥工藝的交叉污染風險更大,ASME BPE標準要求生物制藥企業(yè)以更加嚴格的“2D”規(guī)則(L<2D)作為死角的安裝確認檢查標準。

ASME BPE 2014》推薦兩種制藥用水用點閥門的安裝方式:(1)U型彎與兩通路閥門連接;(2)安裝T型零死角閥門,上述方法均可滿足3D死角要求(圖6)。

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雖然U型彎與兩通路閥門的安裝方式較T型零死角閥門的安裝方式節(jié)省項目投資,但其微生物污染的風險會相應(yīng)增加,因此,ISPE推薦:如果用一個有著較大口徑的兩通路隔膜閥替代T型零死角閥門,則需要考慮用增加最低速度的方式來彌補其微生物污染的風險。

自動氬弧焊接是最安全的不銹鋼組件連接方式,采用U型彎與兩通路隔膜閥自動焊接并不會影響隔膜閥膜片的更換和維修。通過對制藥行業(yè)隔膜閥標準尺寸的比對發(fā)現(xiàn):采用DN25規(guī)格的兩通路隔膜閥與U型彎自動氬弧焊接組合時,可有效滿足用水點的3D死角要求;采用DN25閥門與U型彎卡箍連接會造成用點死角超過3D;理論上講,采用DN20或DN15閥門與U型彎手工焊接也能達到3D標準,但其手工焊接的焊口質(zhì)量非常不穩(wěn)定,內(nèi)窺鏡影像質(zhì)量往往不是很理想,從工程實踐角度并不可取。

NA 卡接與Kest卡接能實現(xiàn)罐體附件安裝無死角(圖7),很好地解決了連接處可能存在的微生物滋生風險。

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死角的“3D”規(guī)則主要適用于液態(tài)的潔凈流體工藝系統(tǒng),包括純化水系統(tǒng)、注射用水系統(tǒng)、配料系統(tǒng)和在線清洗系統(tǒng)。對于新建系統(tǒng),盡量做到全系統(tǒng)滿足“3D”規(guī)則對控制整個系統(tǒng)的微生物污染風險將非常有益,建議在安裝確認時嚴格執(zhí)行。對于氣體系統(tǒng),如純蒸汽系統(tǒng)、潔凈氮氣和潔凈壓縮空氣系統(tǒng)等,“3D”規(guī)則并非必需,GEP建議上述氣體系統(tǒng)的死角應(yīng)盡可能短。

“死角”是指當管路或容器使用時能導致產(chǎn)品污染的區(qū)域。與提高流速或提高管道拋光度等級相比,實現(xiàn)死角的“3D”規(guī)則對制藥企業(yè)項目投資的影響相對較小,但其對流體工藝系統(tǒng)質(zhì)量保證的作用卻非常顯著,企業(yè)可將死角控制作為制藥用水系統(tǒng)已安裝確認時一個重要的檢查項目對待。同時,當系統(tǒng)死角控制的不夠理想時(如超過3D),可采用適當增加管網(wǎng)流速或消毒頻次加以彌補。