機械臂于腫瘤藥物灌裝和封蓋中的應用

Dwight You，AqVida GmbH的生產總監，在2016年芝加哥藥物世博會上，非常自豪的站在Steriline展臺的一條全自動灌裝生產線前。封裝在無菌隔離器中的機器臂非常流暢地將藥瓶在轉盤上進行灌裝，封蓋，密封后再從生產線上推出。目前，機器人在包裝操作中例如裝箱和碼垛堆積中還不太常見。事實上，PMMI 旗下最新的醫藥和醫療器械：包裝發展趨勢和機會這篇文章報道了他們調研中三分之二的公司目前正在使用機器人——主要是包裝過程——而且其中超過50% 的公司預計他們在未來會安裝更多的機器人。

瓶塞被蓋上后會有傳感器探測瓶塞是否被正確地加蓋。之后鋁蓋被加在瓶塞上密封好，同時傳感器也可以探測密封是否正確。

但是無菌灌裝和封蓋操作是包含很多細節的精細操作。目前在醫藥行業，這些步驟中日常使用機器人還不非常普遍。

尋覓全自動生產系統

在和第三方外包生產企業合作多年之后，AqVida，這家德國腫瘤藥物生產的領軍者，開始設計新的專用設備來灌裝無菌注射劑。在德國達索(Dassow)，AqVida開始計劃更新整個生產流程和設備來最小化細胞毒藥物對于生產人員的傷害同時最大化地提升產品質量。

作為生產部門的負責人，Dwight You和質控部門的負責人都有多年的生產現場勘察經驗。他們想要在生產過程中避免不同容量的藥瓶生產規格切換所花費的大量時間——這個過程通常需要好幾個小時。

“如果你想要將大量的溶液灌裝到不同容量的藥瓶中，整個過程大概會花費半天的時間去改變生產規格?！盰ou先生解釋到，“因為在無菌隔離器中更換生產規格需要大量的人工操作，生產人員犯錯，生產線污染和生產人員暴露在細胞毒藥物中的概率大大增加。我們想要通過去除規格更換的步驟來降低上述概率?！边@個過程大大增加了整條生產線需要維持無菌狀態的時間。

AqVida團隊構想了一種無須規格的升級版棘輪系統。考慮到每個藥瓶都價值數百歐元，團隊成員們希望做到零損耗——如果藥瓶在生產線上的任何生產步驟沒有完成（例如定位停止梢歪斜或者密封蓋缺失），它可以退回到沒有完成的步驟重新完成生產從而避免被廢棄。

AqVida團隊的目光自然而然就被吸引到了全自動灌裝系統，然而他們卻找不到合適的系統。在某些系統中，機器臂不是太短就是需要巢模凍干瓶，而其他的一些系統則是沒有商業化。還有一些系統盡管包含了機器臂的一些益處，然而它們仍然需要規格部件。通過和不同制造商的溝通及拜訪，他們仍然沒有找到符合要求的成品生產線甚至是計劃開發這套生產線的廠商。

“我們當時幾乎要放棄了，然后已經向幾個供應商詢問包含棘輪和規格部件的傳統生產線的報價?！?You先生說。

Mirko Ebeling，Steriline公司的銷售總監，給AqVida提供了一份傳統生產線的報價。You先生告訴他們：“AqVida真正渴求的是不包含任何規格部件的全自動生產線?！蓖蝗?，Ebeling先生表示他們也想啟動這樣的一個項目，因為Steriline 的老板Fumagalli先生也想要設計和建造這樣一條生產線。AqVida的團隊即刻參觀Steriline的生產基地。

“我們立刻被這些干干凈凈且工藝精良的無菌隔離器和機器折服。”You先生說。除了高質量的機器之外，You先生提到決定合作的關鍵點是與Steriline的老板Gerardo Fumagalli先生的會面。Fumagalli先生完美詮釋了自己對于設計和制造全自動生產線的熱情與動力?！罢嬲屛覀兿露Q心合作是因為Fumagalli剛剛成功收購一家專注于傳感器識別和全自動化編程的公司。當我們與其他擁有概念化全自動生產線的廠商溝通的過程中，他們都在傳感器識別和全自動化編程的領域遭遇了困境。Fumagalli先生在機器人制造方面的眼界以及對于完成項目所需資源的前瞻性讓我們對他深信不疑。鑒于對方的老板對此都深信不疑，我們相信這是一次十拿九穩的合作?！?br/>
聯合設計

研發是一項需要親力親為的工作，AqVida和Steriline共同設計了這條生產線。AqVida團隊提供他們自己在全自動化方面的研究成果，而Steriline 的流程和工程團隊通過一輪又一輪的研發，調試出將這些參數和特性都包含在內的全自動化系統。“他們從不放棄，他們堅定不移地去實現既定目標?！盰ou先生說，“從最初的草圖到制造出機器僅僅只花費了2年時間?！?br/>
自動化無菌生產線

雙方合作的成果就是RVFCM50，一臺產能達到50 瓶每分鐘（20mL 藥瓶計算）的自動化灌裝和封蓋機。同時，這臺機器可以在不更換規格組件的情況下灌裝2mL 到100mL 的藥瓶。除了RVFCM50 之外，AqVida 還選購了一臺旋轉式藥瓶清洗機（RA-V4），一臺除熱源機（型號ST2 CCS）和一臺外置凈化機（EDM-C）。

在動態的過程中我們可以獲得機器臂美感的最佳體驗（視頻可以在 AqVida's YouTube channel獲取）

? 通過優化的兩個鉗子，可以確保藥瓶不被劃傷而且不會漂移，將藥瓶從轉盤中取出并放置在針頭下方等待灌裝。

? 帶有稱重傳感器的針頭下降到瓶中灌裝，在灌裝前后稱重傳感器都會校驗以確保藥瓶中藥品的體積灌裝正確。

? 兩個額外的機器臂將藥瓶從灌裝工作站移開然后放置在瓶塞加裝平臺上。這個生產步驟，機器臂移動的更加緩慢，電腦程序可以控制他們以特定的速度傳送開口的藥瓶來防止藥物灑出。

? 瓶塞被蓋上后會有傳感器探測瓶塞是否被正確地加蓋。之后鋁蓋被加在瓶塞上密封好，同時傳感器也可以探測密封是否正確。

? 在整個生產過程中，藥瓶是成對被運送的。但是如果生產過程中有任何步驟缺失，例如丟失了密封蓋，只有需要加密封蓋的藥瓶會被撤回。已經被成功加蓋的藥瓶會等待另一個藥瓶加蓋取回后一起進入下一個生產環節?！斑@些傳感器和機器人，他們都可以互相交流?！盰ou先生解釋到，“如果發生顛簸機器會自動停止。旋轉電機知道完成每個動作所需的機械力。如果所需的機械力超出預期值，機器會識別并自動停止?！?br/>
機器臂會在灌裝針的高度以下移動以防止干擾氣流。這條生產線在符合ISO 14644-1標準——“無菌隔離器小于2m3只需要一個取樣口”的情況下盡可能地被設計得緊湊。手套箱被放置在機器的兩側并且可以完整得接觸到生產線。

零損耗

盡管這不是市場上最快速的藥瓶灌裝機，但是這臺機器是為AqVida的腫瘤和無菌靜注射液的灌裝流程量身定制，并且可以節約相當可觀的時間和金錢。對于一條傳統的灌裝生產線，如果瓶塞因為任何原因丟失，那么它在經過瓶塞傳感器之后就會被廢棄。而有了機器臂之后，這個步驟可以被重新正確地執行，并且繼續執行下面的生產環節，做到零損耗。（You先生說到，同一批次的最后兩瓶藥品通常會被廢棄因為灌注藥物重量不達標）。公司計劃在第一班員工上班時完成藥物復合，然后在接下來的員工上班時完成批量分裝，從而避免員工上夜班。

操作員安全性

對于細胞毒藥物的生產來說，生產人員的人身安全是最為重要的。這條生產線被封裝在無菌隔離器中，對于生產人員的操作要求非常低。一旦密封完成，藥瓶會在外置凈化器中被漂洗干凈從而最大程度降低生產人員在細胞毒藥物中的暴露。從清潔的角度考慮，注射用水（WFI）蒸汽會通過管道注入來清洗水箱，在每批藥物生產結束后管道都會更換。盡管噴霧槍很少被用到，但是它們可以將水和壓縮空氣噴射到機器中進行清洗。

一次性使用

You先生說：“AqVida如此設計這條生產線因為它可以被轉換成一次性使用技術。對于精挑細選的抗腫瘤藥物，或是昂貴的抗體偶聯藥物，又或者是單抗隆抗體而言，一次性使用技術是一筆值得的投資?！?br/>
項目進展

AqVida在2016年已經完成出廠驗收測試，目前正在進行現場驗收測試。You先生表示他們已經有了未來的生產線升級計劃，通過機器人生產線來提高產能。目前，從抓取藥瓶到加瓶塞、封蓋、密封到推出的整個過程需要2.5秒?！凹词拐麄€生產流程節約0.1秒的時間，我們就可以增加4%的產能?！彼绱藦娬{。

You先生闡述了與Steriline合作的愉快經歷?！八麄兎浅Ｑ杆?，專業；機器的首席設計師Alessandro Caprioli對于我們的要求總能有一些奇思妙想。對于我們來說，如果購買一臺灌裝機，意味著我們會和這家供應商合作20-30年的時間。這某種程度上說相當于一段婚姻?！?br/>
他說從他的合作經驗中提示大家最重要的信息是終端用戶需要意識到他們可以幫助設計相關的機器，他們沒必要遷就于那些現成的機器。“這是一種模式的轉變。傳統的觀念是，從目前現有的選擇出發，找出適合機器的生產流程。然而我們的理念是，創造適合我們生產流程的技術和機器。”