本文包含制藥企業清潔驗證四階段、清潔工藝的設計與開發、以及清洗方式的分類及清潔劑選用原則。

 

在制藥企業中，同一設備可能會用于多種產品的生產，在藥品生產結束后，對生產用到的相關設備進行有效的清潔，是防止藥品污染和交叉污染的必要手段。

 

GMP的宗旨在于“最大限度地降低藥品生產過程中污染、交叉污染”，設備如果清洗不徹底，很容易造成對后續的產品的污染。早在1963年美國頒布GMP條例（133.4）中就寫到“生產設備必須保持潔凈有序的狀態”。為了達到相關法規規范的要求，藥品生產企業應保證產品的殘留可以通過一定的清潔程序從設備表面清除，并提供書面證據證明各種污染和交叉污染已被有效防止。

 

和質量風險管理的原則一樣，真正意義上的零風險是不存在的，同樣，也不可能有絕對的清潔和干凈。所以清潔驗證的目標一定是將污染的殘留控制在一定的可接受的水平，而不是無止境的要求絕對干凈，即使你要求絕對干凈，也往往很難通過常規的檢測手段確認。設備的清潔程序取決于殘留物的性質、設備的結構、材質和清洗的方法，對于確定的設備和產品，清潔效果取決于清洗的方法，書面的、確定的清潔方法即所謂的清潔規程。清潔工藝的運行參數包括清潔劑種類、濃度、接觸時間、溫度等各種參數。

 

在制藥工業中，清潔的概念是指設備中各種殘留物（包括微生物及其代謝產物）的總量低至不影響下批產品的規定的療效、質量和安全性的狀態。通過有效的清洗，可將上批生產殘留在生產設備中的物質減少到不會影響下批產品的療效、質量和安全性的程度。清潔驗證即對清潔規程的效力進行確認，通過科學的方法采集足夠的證據，以證實按規定的方法清潔后的設備，能始終如一的達到預定的清潔標準。

 

那么清潔驗證包括哪幾個階段？工藝方法從何而來？制訂清潔方法的時候應該考慮哪些因素呢？

 

01、制藥企業清潔驗證四階段

 

通常的做法是將清潔驗證分為四個階段，方法開發階段、方案準備階段、方案實施階段、驗證狀態維護階段：

 

 

1、開發階段

 

根據產品性質、設備特點、生產工藝及所使用的原輔料等因素進行實驗室模擬，擬定清潔方法并制定清潔規程，對清潔人員進行操作培訓。

 

2、方案準備階段

 

首先應該準備清潔驗證計劃，列出清潔驗證的設計與策略，對生產設備進行詳細考察，確定有代表性的，難清潔的部位作為取樣點；計算設備內表面積，根據產品的相關性質選定某種物質作為參照物質，確定清潔后允許的最大殘留量為合格標準，驗證中通過檢驗其含量確定設備清潔的程度，必要時還要考察清潔劑的殘留量；根據驗證共同要

求制訂并批準驗證方案，開發驗證有關的取樣方法和檢驗方法，以保證數據的準確性，在驗證開始前需要對有關人員進行培訓。

 

 

3、方案實施階段

 

按照批準的驗證方案開展試驗獲取數據，評價結果得出結論。如驗證的結果表明清潔程序無法確保設備清潔達到預定標準，則需要查找原因、修改程序并重新驗證，直至結果合格。

 

4、驗證狀態維護階段

 

已經通過驗證的清潔方法隨即進行維護階段，對已投入運行的清潔方法進行監控，對清潔方法的變更實行變更管理，根據監測的結果來看各種生產活動中，所采用的清潔方法能達到的實際效果，以確定再驗證的周期進行再驗證。

 

02、清潔工藝的設計與開發

 

可將清洗過程分為物理方法與化學方法，物理方法包括沖淋、擦洗、真空除塵，使用物理清洗的方法須考慮殘留物的溶解性、批量、及其在設備表面的粘附程度。化學清洗機制包括溶解、乳化、濕潤、鰲合、分散、水解、氧化作用等。

 

殘留物與清洗液接觸、被潤濕、脫離設備表面等共同的過程，在此以最普遍的清洗機制—溶解為例進行詳細討論。

 

以溶解為機制的清洗過程主要是通過溶劑對殘留物的溶解作用以及流動的清洗液對殘留物的沖擊而使附著在設備表面的殘留物進入溶劑中。微觀上看溶解的速度取決于單位時間內由溶質表面進入溶液的溶質分子數與從溶液中回到溶質表面的分子數之差。一旦差值為零，表面溶解過程達到動態平穩，此溶液即為飽和溶液。溶解過程中從溶質表面很快形成一層薄薄的飽和溶液，飽和溶液中的溶質分子不斷向溶液深處擴散，形成從溶質表面到溶液深處的一個遞減的濃度梯度。如果飽和層的溶質分子不能迅速進入非飽和的溶液深處，就會降低溶解的速度。因此即使是溶解度很大的物質，如蔗糖的塊狀結晶（俗稱冰糖）在無攪拌的靜止狀態下的溶解速度也非常緩慢，提高溶解速度的方法是提高溶液流動速度。

 

在清洗過程中，必須使清潔劑在的運動中與殘留物接觸。清潔劑與殘留物的相對運動從宏觀上可分解為垂直方向和水平方向的運動。相對運動可將已溶解的物質迅速帶離溶質表面，而水平方向的相對運動根據流體力學的基本原理，可分為層流和湍流兩類情況。

 

圖2 流體在層流及湍流中的流速（W0—最大流速；Wm—平均流速）

(a)層流狀態；(b)湍流狀態

 

層流指流體在導管中流動時，所有質點均沿著與管軸平行的方向流動。此時流體的速度在管道軸心處的速度最大，自軸心至管壁速度逐漸減小至等于零。由此可以推斷，如果清潔劑在待清洗設備中形成了層流，會很迅速地在殘留物表面形成穩定的飽和溶液層，殘留物的溶解速度會急劇下降，這與靜止狀態下的溶解過程非常相似，從而清潔效率也隨之明顯下降。

 

因此在清潔中應避免層流的產生。流體以湍流形式流動時，雖然宏觀上流體沿管道向一個方向流動，但從微觀上看各質點的運動速度在大小和方向上都隨時發生變化。總有部分質點的運動方向相對垂直于管軸或管壁。這樣殘留物表面也就不會形成穩定的飽和層，溶解的速度就大大提高了，清潔的效率也隨之提高。

 

因此在清洗過程中，必須保證清潔液以湍流形式流動，流體以何種形式流動取決于流體雷諾系數Re的大小。

Re=dωρ/μ

式中，d為管道直徑；ω為流速；ρ為流體密度；μ為黏度。

當Re＜2300時，為層流；Re＞10000時，為湍流；2300＜Re＜10000時，為層流和湍流的過渡階段。Re越大，表面湍流越劇烈，即質點運動方向和速率的變化越大，殘留物溶解的速度越快。

 

在已確定清潔劑和淋洗液的情況下Re正比于管徑與流速的乘積；

Re∝dω

比較普遍的在線清洗過程都有清潔劑在泵的驅動下在設備與管道循環的步驟。對已確定的系統，清潔流量V是固定的。根據液體的不可壓縮特性，在沒有平行管道和分叉的情況下，不管管徑如何變化，管內各點的流量必然相同。

 

因V=ωS=ωπR2=π/4×ωd2，其中S為管道截面積，

則ω=4/π×V/d2

則Re∝V/d，如V為定值，

則Re∝1/d

 

由此可知，在系統中，管徑較大的部位或管徑由小變大的部位Re值較小，相對容易發生層流，較難被清潔。

 

 

對有多根平行管道尤其是管徑不同的系統，因各管道的流速變化、流量分配各不相同，通常將這些部位列為較難清潔的部位。

 

此外，切不可忽視那些似乎不直接接觸產品的部位，如復方氨基酸注射液配制系統一般需安裝防爆安全閥（膜）的歧管、排氣管、充氮管、抽真空管等。這些管道由于投料時物料微粒的飛揚，或因為配制罐內霧化的小液滴隨充氮、抽真空等工藝過程四處飄散而可能被污染。有時這種污染很輕微，但如果清潔程序未能考慮這些管路，日積月累可能產生嚴重的后果。

 

 

綜合而言，凡是死角、清潔劑不易接觸的部位如帶密封墊圈的管道連接處，壓力、流速迅速變化的部位如有歧管或岔管處、管徑由小變大處、容易吸附殘留物的部位如內表面不光滑處等，都應視為最難清潔部位。

 

乳化和化學反應的機制在微觀上與溶解過程相似，都有清潔劑分子作用于殘留物表面，致其表面的分子脫離或反應生成其他物質進而溶解，因此宏觀上不容易形成湍流的部位也是難清潔的部位。

 

03、清洗方式的分類及清潔劑選用原則

 

1.清潔方式的分類

 

按清洗位置對清洗方式分類，可將清洗方式分為在線清洗與離線清洗兩類。

按自動/手動清洗方式分類，可將清洗方式分為自動清潔、手動清潔兩類。

手動清洗為了確保清潔程序的重現性，需要建立文件進行詳細的過程描述，操作人員的培訓、充分的監控、清晰的書面清潔程序有助于確保手動清潔的一致性。

自動清洗通常不涉及人員介入，清洗系統通常對不同的清洗行程進行編程，采用自動清潔方式可對自動清洗的行程和參數進行一致、穩定的監控。

 

在線清潔

 

大型設備的清洗可以在設備的安裝位置進行，一般與其用于生產時的布局非常相似，在線清潔可以是自動或手動清潔工藝。

 

在線清潔系統利用噴灑裝置將清潔劑覆蓋工藝設備表面，并通過物理沖擊除去殘留物，噴淋球可以是靜止的或運動的（如旋轉、擺動），這些系統通常被用來清洗大件的設備，如混合罐、流化床、反應器等。

 

溶劑回流清洗法，在反應器中煮沸一些揮發性溶劑，當溶劑的蒸汽在設備表面冷凝，可以溶解表面上的殘留物。

 

安慰劑清潔法這種方法需要選用一種不會對下批產品質量造成不利影響的安慰劑，這種方法的原理是當安慰劑在設備中流動時，會將上批產品的藥物殘留和工藝殘留清除，這種方法的優點是安慰劑在設備中的加工過程與實際生產的產品一樣，因此安慰劑與下批產品以同樣的接觸方式接觸表面，缺點是成本高，而且難以證明該清潔工藝的有效性。

 

離線清洗

 

對于安裝后較難清洗的設備小部件及便攜式工藝設備，通常拆卸后轉移到另一個指定的清洗間進行自動或手動清洗，手工操作是離線清洗中不可缺的，一般需要在文件中詳細描述，并進行相應的培訓。

 

不管采用何種清潔方式，都必須制定一份詳細的書面規程，規定每一臺設備的清洗程序，從而保證每個操作人員都能以相同的方式實施清洗，并獲得相同的清潔效果。這是進行清潔驗證的前提。

 

從保證清潔重現性及驗證結果的可靠性出發，清潔規程至少應對以下方面做出規定：

⑴ 清潔開始前對設備必要的拆卸要求和清潔完成后的裝配要求；

⑵ 所用清潔劑的名稱和主要成分；

⑶ 清潔劑的配制方法；

⑷ 清潔劑接觸表面的時間、溫度、流速等關鍵參數；

⑸ 淋洗要求；

⑹ 生產結束至開始清潔的最長時間；

⑺ 連續生產的最長時間；

⑻ 已清潔設備用于下次生產前的最長存放時間。

 

2. 清潔劑的選用

 

清潔劑應能有效溶解殘留物，不腐蝕設備，且本身易被清除，隨著環境保護標準的提高，還應要求清潔劑對環境盡量無害或可被無害化處理，滿足以上要求并且應盡量廉價。根據這些標準，對于水溶性殘留物，水是首選的清潔劑。

 

從驗證的角度，不同批號的清潔劑應當有足夠的質量穩定性。因此不宜提倡采用一般家用清潔劑，因其成分復雜、生產過程中對微生物污染不加控制、質量波動較大且供應商不公布詳細組成。使用這類清潔劑后，還會帶來另一個問題，即如何證明清潔劑的殘留達到了標準。

 

應盡量選擇簡單、成分確切的清潔劑。根據殘留物和設備的性質，企業還可自行配制成分簡單效果確切的清潔劑，如一定濃度的酸、堿溶液等。企業應有足夠靈敏的方法檢測清潔劑的殘留情況，并有能力回收或對廢液進行無害化處理。

 

一般來說，生產后清潔用到的清潔劑通常分為四類。

 

水：水通常用于藥品前淋洗、淋洗后和使用稀釋液的配制，但是對于水容易清洗的殘留物，水也可以直接作為清洗劑使用。清洗用的水包括自來水、軟化水、純化水、注射用水等，通常情況下，用于最終淋洗的水質至少與藥品生產用水相當，清潔用水的質量還應符合適用其用途的化學、微生物與內毒素限度要求。

 

有機溶劑：有機溶劑一般用于原料藥合成工藝中的清潔，溶劑的選擇基于殘留物在溶劑中的溶解性，與水不同之處在于，有機溶劑可以采用溶劑回流清洗法。但其存在安全環保等方面的影響，所以一般工廠會首選水作為清潔劑。

 

酸和堿：酸堿溶液的強酸堿性會促進水解，對大分子有機物進行水解破壞，使殘留物結構簡化易于清除。酸堿清潔劑有組分單一、價格低廉同時容易清除等優點，但是市售清潔劑中，如氫氧化鈉，對于強烈吸附或干燥的殘留的清潔效果有限，并且還有一定的吸潮性和污物懸浮作用。

 

配方清潔劑：配方清潔劑含多種成分，利用不同的清洗機制，因此具有更廣泛有效的清潔作用，除了具有市售堿的堿性作用和水解作用外，配方洗滌劑可能提供更好的潤濕和污物滲透性，乳化等相互作用。

清潔操作規程的要點

 

應在設備的清潔規程中規定一臺設備需要拆卸的程度，大多數設備，如大容量注射劑的灌裝機、固體制劑一步制粒機等在清潔前需要預先拆卸到一定程度，小針的灌裝機則幾乎可以說是完全拆卸。應有書面的、內容清晰完整的拆卸指導，最好附有示意圖，以使操作人員容易理解。

 

 

預洗/檢查：

 

預洗的目的是除去大量的（可見的）殘留產品或原料，為此后的清潔創造一個基本一致的起始條件。

 

由于清潔規程往往不是專用的，它需要適用于生產多種產品和濃度或劑量規格的通用設備，以簡化管理及操作，因此需要進行預洗。預洗的作用是確立一個相對一致的起始點，以提高隨后各步操作的重現性。

 

預洗所用水質不必苛求，通常飲用水或經一定程序凈化（如過濾）的飲用水已經足夠，使用水管或手持高壓噴槍以新鮮的流水沖洗設備以除去殘留物。對于殘留物物理性質差異較大的情況，有的企業希望制定一份產品與預洗參數如水溫、壓力、時間等一一對應的對照表，由操作人員按實際產品選擇參數。這種方法在實施時并不十分理想。由于操作人員的素質及習慣，從一大堆方案中去選擇應當采用的方案反而容易造成差錯，比較簡單而切合實際的方法是讓操作者檢查是否還有可見的殘留物，讓他們持續噴洗設備直至可見殘留物消失，以此作為預洗的終點。因此操作者判斷預洗完成與否的標準必須盡可能的明確，特別是應檢查的部位。例如可在規程中做出這樣的規定，用熱的飲用水持續噴淋機器的所有表面，使所有可見的殘留顆粒消失，特別注意檢查不易清潔的部位。

 

清洗參數：

 

清洗程序的操作參數（如清潔劑種類、濃度、接觸時間、殘留物的特性、污染條件），還包括清洗設備的特性，自動化的清洗路徑，清潔環境的順序，每步的流速，在投入使用前都需要確認。清潔程序每一步均包含4個參數，分別是時間、動作、濃度及溫度。這四個參數是互相聯系的，且會對清潔周期中的每一階段的成功存在直接關系，比如通過對清潔劑的加熱以提高去污能力。作為清潔參數的變量需要確定，清潔參數的可接受范圍作為清潔程序開發工作的一部分進行建立。

 

時間：

 

被定義為清洗步驟的時間的長短，在一個清洗步驟中，可以采用兩種方式來進行定義和測量：直接法與間接法，直接法時可使用作為控制系統中的計時器測量時間。也可以通過間接法測量時間，例如在淋洗時，有時通過測量體積來代替測量時間，因為通過體積和流速可以確定時間。對于最終淋洗水，普遍會增加測試要求，如電導率。

 

動作：

 

被定義為清潔劑的流體動作。如浸泡，洗滌，沖擊，湍流。攪動能夠提高清潔劑的有效性和清潔工藝的效果。典型的手工清洗包括浸泡和擦洗，以達到清潔效果。自動清潔程序通常采用沖擊流或湍流作為清潔動作。清潔程序需明確清潔動作。流速是清潔劑和清洗水在流經設備時的重要參數，應該在清潔工藝的每個步驟中規定流速并進行確認。噴淋裝備要具有最大和最小流量的要求，管道的淋洗流速要確保形成湍流。

 

清潔劑的濃度：

 

直接影響清潔程序是否能夠成功，化學清洗劑可以是濃縮型的稀釋后使用。清潔效果與清潔劑的濃度有關系，清潔劑使用太少可能達不到清潔效果，使用太多來自清潔劑的殘留可能難以去除，并需要使用大量的淋洗。通常，對于堿性清潔劑達到最佳清潔效果的方法可以是在攪拌狀態下提高溫度或延長湍流淋洗周期的時間。

 

化學清洗劑在采購和處置方面，均會產生不小的資金投入，因此確定正確的濃度以保證清潔效果是極為重要的。清潔劑添加的自動系統，必須具有可重現性。不管采用何種添加方式，確認清潔劑濃度有助于證實該方式的一致性。對于自動清潔程序，電導率測試是最容易測試強堿或強酸清潔劑濃度的方式。

 

應能夠通過清潔劑的化學組成在線測試出清潔劑濃度的異常變化，例如一些清潔劑添加系統以體積進行控制并采用電導率測試作為確認方法。當電導率超出預設值時，就會報警，允許的范圍需來自清潔程序開發的數據。

 

溫度：

 

清潔程序中不同步驟的最佳溫度范圍會有所不同，初始清潔劑典型的溫度為室溫，目的是最大程度的去除變性或降解產物和最大程度的稀釋產物。清潔劑經過加熱以提高效果，最終清洗水可通過高溫以加快干燥速率和提高任何工藝及清潔劑殘留的溶解性。