生物反应器控制系统系列：GE AsepticPlus_（3）.无菌控制技术与实践.docx

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无菌控制技术与实践

无菌控制的重要性

在生物技术工业中，无菌控制是确保生物反应器内环境无污染、维持生物制品高质量的关键环节。无菌控制不仅关系到产品的安全性，还直接影响到生产效率和成本控制。无菌条件可以防止微生物污染，避免生产过程中引入有害物质，从而保证最终产品的纯度和稳定性。本节将详细介绍无菌控制的原理和实践方法，包括无菌环境的建立、维护以及监测技术。

无菌环境的建立

清洁和消毒

清洁

清洁是无菌控制的第一步，目的是去除设备表面的可见污染物和微生物。清洁过程通常包括以下几个步骤：

预清洗：使用水或清洁剂去除设备表面的大部分污染物。

清洗：使用特定的清洁剂和清洗程序彻底清除设备表面的残留物。

冲洗：用纯净水或无菌水冲洗设备，确保清洁剂完全去除。

消毒

消毒是进一步去除或杀死设备表面的微生物，确保设备处于无菌状态。常见的消毒方法包括化学消毒和物理消毒：

化学消毒：使用消毒剂如过氧化氢、乙醇等，通过喷洒、浸泡或擦拭等方式进行消毒。例如，使用过氧化氢蒸汽（H2O2）进行设备消毒，可以有效杀灭多种微生物。

物理消毒：包括高温灭菌、辐射灭菌、过滤灭菌等方法。例如，高温灭菌（如蒸汽灭菌）可以在121°C下维持20分钟，有效杀灭绝大多数微生物。

无菌隔离技术

无菌隔离技术是通过物理隔离和控制环境条件，确保生物反应器内部环境无菌。常见的无菌隔离技术包括：

隔离器：隔离器是一种密闭的无菌环境，通常用于高风险的无菌操作。隔离器内部通过HEPA过滤器保持正压，防止外部污染进入。

手套箱：手套箱是一种小型的隔离器，操作人员通过手套进行无菌操作。手套箱内部同样通过HEPA过滤器保持正压，确保无菌环境。

无菌传递窗：无菌传递窗用于在无菌区域和非无菌区域之间传递物品，通过双门设计和HEPA过滤器确保物品的无菌性。

无菌过滤技术

无菌过滤技术是通过过滤器去除液体或气体中的微生物，确保输送到生物反应器的介质无菌。常见的无菌过滤器包括：

微孔过滤器：微孔过滤器通常用于液体过滤，孔径在0.22μm以下，可以有效去除细菌和其他微生物。例如，使用0.22μm的微孔过滤器过滤培养基，确保其无菌。

HEPA过滤器：HEPA过滤器用于气体过滤，可以去除99.97%以上的0.3μm以上的颗粒物，常用于空气的无菌处理。

无菌环境的维护

无菌操作规程

无菌操作规程是确保无菌环境持续维持的重要措施。操作人员必须严格遵守以下规程：

穿戴无菌服：操作人员在进入无菌区域前必须穿戴无菌服，包括无菌帽、口罩、手套和靴子。

手部消毒：操作人员的手部必须进行彻底消毒，可以使用乙醇或其他消毒剂。

无菌操作：所有操作必须在无菌条件下进行，避免任何非无菌物品接触反应器内部。

无菌环境监测

无菌环境的监测是确保无菌条件的重要环节。常见的监测方法包括：

微生物监测：通过采集环境样本，进行微生物培养和鉴定，确认环境中是否存在微生物污染。例如，使用琼脂平板法进行环境样本的微生物检测。

气体监测：通过监测气体的流量和压力，确保气体过滤器的有效性。例如，使用压力传感器监测气体过滤器的压力降，判断过滤器是否堵塞。

液体监测：通过监测液体的pH、电导率等参数，确保液体的无菌状态。例如，使用pH计和电导率仪监测培养基的pH和电导率。

无菌设备的验证

无菌设备的验证是确保设备无菌状态的重要步骤。验证过程包括以下几个方面：

物理验证：通过检测设备的物理参数，如温度、压力、流量等，确认设备的无菌状态。例如，使用温度记录仪记录消毒过程中的温度变化。

化学验证：通过检测设备表面的化学残留物，确认设备的无菌状态。例如，使用残留物检测仪检测设备表面的清洁剂残留。

生物验证：通过生物指示剂检测设备的无菌状态。例如，使用生物指示剂（如芽孢杆菌）进行高温灭菌的验证。

无菌控制的实践案例

案例1：生物反应器的无菌清洗和消毒

清洁过程

预清洗：使用自来水冲洗生物反应器，去除表面的可见污染物。

清洗：使用清洁剂（如1%的氢氧化钠溶液）浸泡生物反应器2小时，彻底清洗内部。

冲洗：使用无菌水冲洗生物反应器，确保清洁剂完全去除。

消毒过程

化学消毒：使用过氧化氢蒸汽（H2O2）消毒生物反应器，将H2O2蒸汽通入反应器内部，维持1小时。

高温灭菌：将生物反应器内部的温度升至121°C，维持20分钟进行高温灭菌。

验证：使用生物指示剂（如芽孢杆菌）进行高温灭菌的验证，确保灭菌效果。

案例2：无菌隔离器的使用

操作步骤

穿戴无菌服：操作人员穿戴无菌服，包括无菌帽、口罩、手套和靴子。

手部消毒：使用70%的乙醇对手部进行彻底消毒。

进入隔离器：操作人员通过空气锁进入隔离器，确保无菌环境不受污染。

无菌操作：在隔离器内部进行无菌操作，如样品的转移和接种。

监测方法

微生物监测：定期采集隔离器内部的空气样本，使用琼脂平板法进