藥品灌裝完成后，瓶身外部可能殘留活性成分，這些殘留物一旦進入環(huán)境或接觸人體，潛在風險不容小覷。傳統(tǒng)做法是用超純水沖洗容器外壁，再以潔凈壓縮空氣吹干。這套流程耗水量驚人，能源成本高企，廢水處理還可能涉及危廢管理。在全球部分地區(qū)飲用水資源日趨緊張的背景下，制藥行業(yè)迫切需要一種更經(jīng)濟、更可持續(xù)的替代方案。

德國灌裝包裝設(shè)備制造商 Bausch+Ströbel 近期參與了一項由 Invest BW 資助的聯(lián)合研究項目，聯(lián)合五家工業(yè)合作伙伴以及弗勞恩霍夫制造工程與自動化研究所（Fraunhofer IPA）和蒂賓根大學自然與醫(yī)學科學研究所（NMI），對 acp systems 公司的 quattroClean 干冰噴射清潔技術(shù)進行了系統(tǒng)驗證。結(jié)果表明，該干式清潔工藝在材料兼容性和細胞毒性方面均滿足制藥行業(yè)要求，已完成基礎(chǔ)驗證（basic validation），符合 GMP 和 FDA 法規(guī)。

高效活性成分時代，灌裝后清潔需求升溫

據(jù)了解。Bausch+Ströbel 成立于 1967 年，總部位于德國伊爾斯霍芬（Ilshofen），是全球重要的制藥包裝設(shè)備供應(yīng)商之一，提供定制化的灌裝生產(chǎn)線，涵蓋液體和粉末劑型的西林瓶、瓶裝、預灌封注射器及卡式瓶等容器，工藝覆蓋容器清洗滅菌、灌裝封蓋到貼標或注射器組裝的全流程。

Bausch+Ströbel 研究、技術(shù)與制藥服務(wù)部門負責人 Werner Iländer 指出，隨著高活性藥物成分（highly potent active ingredients）的使用越來越普遍，灌裝過程中容器外壁被潛在危險物質(zhì)污染的風險隨之上升。行業(yè)對灌裝后外部清潔的需求持續(xù)增長，清潔標準也越來越嚴格，企業(yè)必須證明產(chǎn)品殘留物已被可靠去除。

傳統(tǒng)的超純水沖洗工藝面臨多重挑戰(zhàn)。大量超純水的制備本身就是高能耗過程，沖洗后的廢水根據(jù)灌裝產(chǎn)品性質(zhì)，可能需要按危廢標準處置，運營成本居高不下。對于水資源緊缺地區(qū)的生產(chǎn)設(shè)施而言，這一矛盾更加突出。

二氧化碳干冰噴射，清潔原理與技術(shù)路徑

quattroClean 干冰噴射清潔是一種干式工藝，可用于全表面或局部清潔，能夠集成到全自動化生產(chǎn)線中。其清潔介質(zhì)為液態(tài)回收二氧化碳，來源于工業(yè)副產(chǎn)物，也廣泛用于食品工業(yè)。

液態(tài) CO? 通過無磨損的雙物質(zhì)環(huán)形噴嘴，在噴嘴出口膨脹形成細微雪晶。這些雪晶被外層壓縮空氣護套束流并加速至超音速。當高速雪晶撞擊待清潔表面時，產(chǎn)生熱效應(yīng)、機械效應(yīng)、溶劑效應(yīng)和升華效應(yīng)的復合作用，實現(xiàn)高效清潔。被清除的污染物在緊湊型清潔腔體內(nèi)被抽排，防止產(chǎn)品二次污染和環(huán)境擴散。

該工藝的一大優(yōu)勢在于，CO? 晶體在清潔過程中完全升華，清潔后的表面干燥無殘留，無需額外的沖洗和干燥步驟，直接省去了傳統(tǒng)工藝中能耗最高的兩個環(huán)節(jié)。

系統(tǒng)驗證材料兼容性與細胞毒性

Iländer 解釋，Bausch+Ströbel 此前已了解 quattroClean 技術(shù)在不同污染物去除方面的清潔效果，但缺乏針對制藥容器材料兼容性的有效數(shù)據(jù)。聯(lián)合項目的核心目標是證明兩件事：一是雪晶的機械沖擊力不會改變、損傷或破壞容器表面；二是熱應(yīng)力和 CO? 的化學特性不會影響容器表面或生物相容性，例如不會導致細胞毒性物質(zhì)的釋放。

研究涵蓋了制藥和醫(yī)療領(lǐng)域常見的多種材料。除玻璃西林瓶外，測試樣品包括不同表面處理的 1.4301 和 1.4305 不銹鋼，以及聚醚醚酮（PEEK）、聚乙烯（PE）、聚甲醛（POM）、鎳鈦諾（nitinol）和鈷鉻合金。

Fraunhofer IPA 負責測試樣品的表面評估。清潔前后，研究人員分別使用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡對樣品表面進行檢測。干冰噴射清潔在最嚴苛條件下執(zhí)行，以 12 bar 高壓對測試樣品的中段和邊緣進行連續(xù) 10 秒的 CO? 雪晶照射。

玻璃西林瓶的檢測結(jié)果令人滿意。顯微鏡觀察未發(fā)現(xiàn)新裂紋，已有缺陷也未出現(xiàn)擴展。熒光滲透檢測進一步證實，雪晶沖擊未在玻璃中引入額外應(yīng)力。驟冷后回溫至室溫的過程同樣未導致微裂紋。

在生物相容性方面，依據(jù) DIN EN ISO 10993-5:2021-05 和 DIN EN ISO 10993-12:2021-08 標準進行的體外細胞毒性測試確認，CO? 干冰不會對細胞活性產(chǎn)生任何不良影響。按 ISO 16017-1 標準執(zhí)行的揮發(fā)性有機化合物（VOC）和半揮發(fā)性有機化合物（SVOC）分析顯示，Tenax 吸附管檢測值均處于或低于測量限值。

基礎(chǔ)驗證完成，邁向市場化應(yīng)用

綜合上述研究結(jié)果，quattroClean 干冰噴射清潔工藝在材料兼容性層面滿足制藥行業(yè)的各項要求，已完成基礎(chǔ)驗證，符合 GMP 和 FDA 相關(guān)法規(guī)。

Iländer 表示，聯(lián)合項目為客戶提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并形成了基本解決方案。下一步計劃是將研究成果轉(zhuǎn)化為市場化產(chǎn)品，針對特定應(yīng)用場景大幅降低灌裝后外部清潔的運營成本和資源消耗。

對于制藥企業(yè)而言，干式清潔技術(shù)的成熟意味著灌裝后處理環(huán)節(jié)有望告別對超純水的高度依賴。在全球制藥行業(yè)綠色制造轉(zhuǎn)型加速的大趨勢下，減少水耗、降低碳排放的清潔方案將獲得更多關(guān)注。Bausch+Ströbel 與 acp systems 的這一合作，為灌裝包裝領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展提供了一條經(jīng)過驗證的技術(shù)路徑。