生物制药设备-复习

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1、第一章 绪论,复 习,1、生物制品、生物制药的概念 2、GMP中英文名,定义：应用普通的或以基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程等生物技术获得的微生物、细胞及各种动物和人源的组织和体液等生物材料制备的，用于人类疾病的预防、治疗和诊断的药物 。,一、生物制药,多种药物类型：如单克隆抗体、疫苗、干扰素、蛋白、多肽、酶、激素、细胞生长因子等。,生物制品,利用生物技术，包括利用基因工程、蛋白质工程、DNA重组技术、基因治疗以及结合其它新兴的科技，如生物芯片和纳米技术，开发、研制和生产生物制品的过程。,生物制药,四、生物制药设备与GMP,是药品生产质量管理规范；是一项强制性的管理措施，是保证人民用药

2、安全有效的重要保证 ；对生物制品的生产有着特殊的规定，如厂房、设备等；生物制药设备已经向成套化、自动化、管道化、封闭化、模块化的方向发展。,第二章 培养基灭菌设备,1、灭菌的必要性及措施 2、纯种培养的概念 3、培养基灭菌的方法（矛盾，如何解决） 4、培养基灭菌的标准 5、培养基连续灭菌各流程的特点 6、培养基连续灭菌流程的主要设备名称,纯种培养 用特定的菌种在没有杂菌的情况下进行培养。,一、灭菌的必要性（掌握）,灭菌,生产易于控制、保证产品产量和质量,（1）杂菌消耗培养基中的营养物质,杂菌污染的不良后果,（2）杂菌的代谢产物，或培养液的某些理化性质被改变, 生产能力, 产物的提取和分离困难,

3、（收率或质量）,（3）杂菌大量繁殖代谢，会改变培养液的pH值, 生物反应发生异常变化,（4）杂菌可能分解产物,（5）若发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解, 生产失败, 生产失败,使用的培养基和设备必须经过灭菌；好氧培养过程中使用的空气应经除菌处理；设备应密封严密，生物反应器中要维持高于外界环境的压力；培养过程中加入的物料要进行灭菌；使用无污染的纯种子。,措施,二、常用的灭菌方法（熟悉）,（1）化学灭菌法 甲醛、次氯酸钠、高锰酸钾、苯酚、环氧乙烷、新洁尔灭,（2）射线灭菌法 紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子 紫外线（253 nm） 表面消毒和空气消毒 g 射线 塑料培养皿或一次性塑料制

4、品,不能用于培养基的灭菌,（3）干热灭菌法 160，保温1 2 h,（4）湿热灭菌法 饱和蒸汽 （120，维持20 30 min ）,（5）过滤除菌法 微孔滤膜过滤,最普遍使用的基本灭菌方法,灭菌后需保持干燥状态的物品,动物细胞培养基和植物细胞培养基,发酵用无菌空气,无菌产品,一、湿热灭菌的原理,主要矛盾 灭菌程度和营养成分的破坏关键 加热温度和受热时间,1、对数残留定律,微生物的死亡速率与任一瞬间残留的活菌数成正比 一级反应动力学,残存的活菌数； 灭菌时间（s）； 灭菌速度常数（s-1）； 死亡速率。,灭菌速度常数K是判断微生物受热死亡难易程度的基本依据,相同温度下 K值越小，越耐热,在设计

5、灭菌操作时，必须以细菌芽孢为杀灭对象,以Nt = 10-3个/罐 为无菌标准,相同菌种 温度越高，K值越大，死亡越快,Nt/N0,2、温度对死亡速率的影响,E是反映微生物热死或营养物质受热分解对温度敏感性的度量,E越大，K随温度的变化越大,E微生物 E营养物,温度升高，微生物死亡速率的增加，要比营养成分破坏速率的增加大得多,二、影响培养基湿热灭菌的因素,1、温度 最重要因素,2、pH pH 6.0 8.0时 微生物最不易死亡适当的延长时间或提高灭菌温度,3、培养基成分油脂、糖类及一定浓度的蛋白质都会增加微生物的耐热性；高浓度的有机物包于细胞周围，形成一层薄膜，会影响热量的导入，也会增加灭菌时间

6、；高浓度的盐类、色素则会削弱其耐热性，而有利于灭菌,4、气泡 极为不利，空气导热系数小，形成隔热层 注意控制，必要时加入消沫剂,5、颗粒 难以杀死大于1 mm的固体颗粒中的微生物大于1 mm的固体颗粒滤出,一、连续灭菌流程及设备,灭菌温度高，保温时间短，有利于减少培养基中的营养物质的破坏,升温快、冷却快，可采用较高的温度,优点 （1）提高产量。与分批灭菌相比培养液处理时间短，提高了发酵罐的利用率；同时培养基成分破坏较少，发酵单位高。 （2）产品质量较易控制。 （3）蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便。 （4）适宜采用自动控制。 （5）降低劳动强度。,缺点设备比较复杂，投资较大。,注意事项 （

7、1）发酵罐、加热器、维持罐和冷却器应先进行灭菌。 （2）组成培养基的耐热性物料和不耐热性物料可在不同温度下分开灭菌；糖和氮源，也可分开灭菌，以免发生反应。 （3）对于粘度过高或固体成分较多的培养基，设计这类物料的设备必须避免管道过长，或尽可能将淀粉质物料先行液化，或直接选用分批灭菌。,（一）连续灭菌流程,1、连消塔（塔式加热器）喷淋冷却流程,连消塔、维持罐、喷淋冷却的连续灭菌流程,由于真空的影响，在蒸发室下面要安装一台出料泵，对于已经灭菌好的培养基来说，出料泵的密封要求很高才能避免重新污染。这就带来了不便。,3、薄板式换热器灭菌流程,以薄板换热器作为培养液的加热和冷却器,培养基的预热、加热、保

8、温及冷却过程可在同一设备内完成,特点,待灭菌培养液的预热过程同时为灭菌培养液的冷却过程，节约了蒸汽及冷却水的用量,（二）设备构造,1、加热器,培养基与蒸汽混合加热至灭菌温度的设备使用较广泛的加热器有塔式加热器和喷射式加热器,2、维持罐,灭菌系统中的维持设备主要是使加热后的培养基在维持设备中保温一段时间，以达到灭菌的目的，又称保温设备。维持设备一般不需另行加热，但必须在维持设备的外壁用绝热材料进行绝热。,冷却设备是将已灭菌的培养基加以冷却的设备通常采用的是喷淋冷却器,3、冷却设备,第三章 空气供给工程,1、培养用空气除菌的标准 2、培养用空气除菌最常用的方法、机理 3、培养用空气除菌的流程图 4

9、、最完善的培养用空气除菌流程的设置原理、特点 5、空气调节的定义 6、洁净度的划分标准、级别、气流组织等 7、绝对湿度、相对湿度、露点温度的概念 8、增湿、减湿的方法 9、表面换热器实现的过程 10、压差的控制（正负压的设置）,第一节 空气除菌过程与设备,一、无菌空气的标准,培养用空气无菌程度的标准 ,空气中微生物的分布 ,空气中含菌量的测定 ,附着在尘埃上,培养法（活菌数 活计数） 光学法（微粒数 死计数）,10-3染菌率,3、静电除菌利用静电引力来吸附带电离子 能耗小、压力损失小静电除尘对很小的微粒效率较低 除菌效率不是很高，往往需要与高效空气过滤器联合使用,4、介质过滤除菌使含菌空气通过

10、过滤介质，以阻截空气流中所含微生物最常用的获得大量无菌空气的方法 孔隙 微生物直径 （深层过滤）,在生物过程无菌空气制备中并不多见,三、介质过滤除菌机理,1、惯性冲击滞留作用,单纤维空气流线图,影响捕集效率以空气流速最为重要,惯性碰撞的临界气速,气速 微粒运动的惯性 触及纤维和被截留的机会 捕集效率 ；气速 微粒运动的惯性 微粒脱离气体的可能性 捕集效率,c = 1.8 104 df（米/秒）,纤维直径越细 c越小 捕集越有利,必要条件 空气流速 c,v,2、拦截滞留作用,空气流速 拖带力时，容易沉降,大颗粒比小颗粒作用显著，对于小颗粒只有在气流速度很慢时才起作用,与拦截滞留作用相配合，即在纤

11、维的边界滞留区内，沉降作用提高了拦截滞留的捕集效率,5、静电吸附作用机理,干空气与非导体物质（纤维和树脂处理过的纤维表面，尤其是一些合成纤维）相对运动产生摩擦时，产生诱导电荷,悬浮在空气中的微生物微粒大多带有不同的电荷,异性电荷相互吸引而沉降,+,+,+, 当气流速度较小时，除菌效率随气流速度的增加而降低 布朗扩散截留起主要作用, 如果空气流速过大，除菌效率又下降，是由于已被捕集的微粒又被湍动的气流夹带返回到空气中,当空气流过介质时，五种除菌机理同时起作用气流速度不同，起主要作用的机理不同, 当气流速度较大时，除菌效率随空气流速的增加而增加 惯性冲击滞留起主要作用, 当气流速度中等时 拦截滞留

12、起主要作用,五、空气过滤除菌流程,空气过滤除菌流程是根据生产对无菌空气的要求，并结合吸气环境的空气条件和所用除菌设备的特性，而制定的。,无菌空气的制备流程比较复杂，需要一系列的压缩、冷却、分离、加热和过滤设备来保证。,1、两级冷却、加热除菌流程,两级冷却、加热除菌流程 1-粗过滤器；2-压缩机；3-贮罐；4, 6-冷却器；5-旋风分离器；7-丝网分离器；8-加热器；9-过滤器,比较完善的空气除菌流程，可适应各种气候条件，能充分地分离油水，使空气达到较低的相对湿度下进入过滤器，以提高过滤效率。,尤其适用潮湿的地区，其他地区可根据当地的情况，对流程中的设备作适当的增减。,特点：两次冷却、两次分离、

13、适当加热。,3035,2025,RH 100% 5060%,2、冷热空气直接混合式空气除菌流程,冷热空气直接混合式空气除菌流程 1-粗过滤器；2-压缩机；3-贮罐；4-冷却器； 5-丝网分离器；6-过滤器,特点：省去第二次冷却和分离设备以及空气加热设备，流程比较简单；冷却水用量少等。,适用于中等含湿地区，但不适合于空气含湿量高的地区。,冷热空气的混合流程需要较高的操作技术。,3、高效前置过滤空气除菌流程,高效前置过滤空气除菌流程 1-高效前置过滤器；2-压缩机；3-贮罐；4-冷却器；5-丝网分离器； 6-加热器；7-过滤器,特点：所得的空气无菌程度比较高,利用热空气加热冷空气的流程示意图 1-

14、高空采风；2-粗过滤器；3-压缩机；4-热交换器；5-冷却器； 6, 7-析水器；8-空气总过滤器；9-空气分过滤器,4、利用热空气加热冷空气的流程,利用压缩后的热空气和冷却后的冷空气进行热量交换，使冷空气的温度升高，降低相对湿度。,特点：热能的利用比较合理，热交换器还可以兼做贮气罐,过滤 满足生物细胞培养需要,无菌空气制备的整个过程,压缩机,冷却器,气液分离器,贮罐,过滤器,粗过滤器,加热器,生物反应器,预处理 达到合适的空气状态（压力、温度、湿度）,第二节 空气调节,一、 空气调节的目的,消除生产过程中的粉尘、有害气体、蒸汽、余热、余湿等对人员和生产设备的危害创造良好的空气环境满足生产工艺

15、和人员舒适的要求,包括对空气温度、湿度、洁净度、新鲜程度，有时还包括对压力、成分、气味和噪声等进行调节和控制。,二、GMP对生产环境的要求,我国现行的药品生产质量管理规范（1998）,1、洁净度,（1）分级,洁净度等级对照表,（3）洁净室, 乱流洁净室,1-初效过滤器；2-中效过滤器；3-高效过滤器,送风的目的是稀释室内受污染的空气送风口的数量有限，换气次数少室内存在涡流，洁净度不高（300 000到10 000级 ）, 层流洁净室,1-高效过滤器；2-循环风机；3-中效过滤器；4-新风机组,垂直层流洁净室送风：顶送 回风：全地板格栅或两侧下水平层流洁净室送风：送风墙回风：回风墙或敞开（隧道式）,洁净度高（100级）10 000级背景下的100级,大面积的出风口满布高效过滤器,（1）湿空气的几个重要参数, 空气的湿含量（绝对湿度）, 空气的相对湿度,