生醫製藥廠與新藥研發實驗室壓縮空氣品質的無菌策略

在製藥生產體系中，壓縮空氣作為關鍵Utility Engineering Media，其品質標準直接關聯藥品安全性和製程合規性，當然下列的空壓機系統無菌策略同樣適用於半導體實驗室或光電研發實驗室。經系統評估，現就相關技術要求說明如下。

壓縮空氣品質要求

根據生醫製藥行業通用規範，直接接觸藥品的生產環節（如：配液、分裝、灌封等）所需壓縮空氣須滿足：

• 固態顆粒 ≤ 0.1μm（ISO 8573-1 Class 1級 潔淨度）。
• 壓力露點 P.D.P ≤ -40℃ (ISO 8573-1 Class 2級 或 1級 標準）。
• 含油量 ≤ 0.01mg/m³（ISO 8573-1 Class 1級 標準）。
• 微生物菌落數 < 5 cfu/m³。

有油空氣壓縮機因採用潤滑油進行機械部件潤滑，存在油分 (特別是油氣 ) 會被帶至管路與現場的風險，難以穩定達到上述潔淨度要求，原則上不適用於直接接觸藥品的生產場景。

上述提到直接接觸是依據BRC & BCAS : 2013 年提出的食品飲料等級壓縮空氣實務指南將壓縮空氣在使用的場合是否會直接接觸以及是否具有的風險高低區分為：

1. 直接接觸（ISO 8573-1 Class 2.2.1. 級標準）。
2. 間接接觸但是具有高風險汙染（ISO 8573-1 Class 2.2.1. 級標準）。
3. 間接接觸但是風險程度低（ISO 8573-1 Class 2.4.2. 級標準）。

實務上，生醫製藥廠或新藥研發實驗室會依據生產或開發的環境製程、區域是否有獨立分開以及人員在各區域之間流動的頻率，會去制訂不同製程區域或作業區域採用不同等級的壓縮空氣品質。例如：健康食品生產廠區或研發實驗室可能會依據 Class 2.4.2. 甚至採用有油式空壓機系統再加裝過濾裝置；而藥品工廠又區分為外用藥膏、食用膠能/藥錠或侵入注射的針劑/疫苗依據藥典或行業規範或技術經驗設定不同等級的壓縮空氣品質規範。

因此，有些像針劑或疫苗工廠或新藥實驗室就會直接在空壓機系統機房全機構採用最高等級要求的壓縮空氣品質，並且在需要更嚴謹的作業區域末端進入區域前安裝確保乾燥的小型低露點吸附式乾燥機或者安裝除菌過濾器。

而空壓機系統機房驗收時會以空壓機系統出口的取樣口為基準點，由第三方公正檢驗機構進行現場檢測，並取樣回其實驗室培養微生物確定動態取樣微生物含量的報告。

生醫製藥廠與研發實驗室除菌系統化

許多公司工廠或實驗室認為只要在空壓機系統機房出口安裝除菌過濾器或作業區域末端就可以確保無菌而避免生產過程或研發過程被汙染，而疏忽了其他環節；實際上，除菌是有系統化策略的，做好這幾個層次的除菌環節，也能夠更確保最終得到無菌的成果 ( 請參考下圖空壓機系統除菌策略 )。

1. 機房環境、環境溫度與通風

｢FAT TOM 胖湯姆原理｣指的是在下列這六種條件俱足的環境下，細菌與病毒會快速貲生，尤其是環境溫度、濕度與通風是否良好，在空壓機系統機房尤其重要，這六個條件是指 F ( Food )：有油式空壓機的潤滑油可以適切地提供細菌與病毒需要的能量、A (Acid)：環境或細菌病毒所處物質PH值、T (Time) 經過的時間長短、T (Temperature)：環境溫度介於5℃ ~ 60℃是細菌與病毒最容易孳生的溫度、O (Oxygen)：含氧量高低、M (Moisture)：活水性或稱相對濕度在85%~100%是細菌與病毒最容易孳生的。我們針對避免受FAT TOM原理中要素影響空壓機系統吸入空氣中含菌量的措施簡要說明：

1. 環境通風：環境溫度越高則空氣中的相對濕度越高，通常我們會依據空壓機與發熱設備的發熱量焦耳多寡，設計新鮮空氣入口與熱空氣排出，可以適切地降低環境相對濕度與空壓機排放的熱氣提高機房環境溫度。須留意一個迷思：就算讓空壓機吹空調但是沒有通風，空壓機系統設備使用壽命與穩定性仍舊會受到不利影響。
2. 環境溫度：環境溫度最好控制在35℃以下，環境溫度越高則空氣中的相對濕度越高，除了影響機器使用壽命與耗材壽命，更重要的是會影響環境相對濕度。
3. 環境濕度：這項是細菌與病毒滋生最重要的影響因素，應盡量將空壓機系統設備放置在相對乾燥且通風的環境。

環境中大氣的細菌或病毒含量經過空壓機壓縮之後，單位壓縮空氣中細菌與病毒的含量會因為操作壓力被壓縮升壓程度上升6~8倍數量，也是一項需要特別留意的現象。

乾式壓縮或水潤滑壓縮空壓機?

由於有油式空壓機不論是往復式、渦卷式或螺旋式空壓機都不是我們認為適合應用在生醫製藥廠或新藥研發實驗室的方案，因此我們僅針對無油式空壓機來探討。

乾式壓縮機區分為往復式、渦卷式以及螺旋式空壓機，壓縮過程壓縮熱會高達150℃ ~ 250℃，其中無油渦卷式空壓機壓縮腔溫度約220℃~250℃ (請參考下列無油渦卷式使用手冊)，基本上是空壓機系統中的第一次最有效的高溫殺菌歷程。

水潤滑螺旋式空壓機十分強調等溫壓縮，大氣在機體腔體內被壓縮過程的溫度約攝氏45℃，整個過程正式處在FAT TOM原理中適合細菌滋生的溫度5℃ ~ 60℃中最容易滋生細菌病毒的中間帶溫度。

表面越光滑的空氣桶與管路越好

空氣桶與管路材質通常會採用不銹鋼材質，不銹鋼空氣桶內部也會進行需要的內拋光規格 (有些會要求內拋光) ，主要原因是表面越光滑越能避免細菌或病毒附著或產生生物膜，因此有些疫苗廠也會要求針對管路銲接的工法與銲接部位內視鏡檢查銲道，當然不銹鋼管進行禁油處理也是常見的規範要求。另外，如前面FAT TOM原理提到的相對濕度與水氣達到一定程度會產生讓微生物容易滋生的環境，因此空壓機、空氣桶、乾燥機與管路的冷凝水排放設計也十分重要!

攔阻固態顆粒與油份的過濾系統潔淨處理

環境中的除了相對濕度所隱含的水氣，因為工廠或汽機車排放的各種物質的粉塵顆粒與油氣都會存在空壓機吸入的大氣中，即使是無油式空壓機沒有潤滑油 (氣) 份，還是需要攔阻大氣中的粉塵顆粒與油份。

因此有必要依據生醫製藥廠製程或新藥研發實驗室需求，設計需要的管路過濾器、精密過濾器或活性碳過濾器，當然有必要時末端也會依據認證或者是實際需要安裝末端過濾器。

過濾器的品牌與種類相當多，我們會考慮的是處理效率能力、壓力損失、耐久程度以及是否具有國際確效認證；如果沒有國際確效認證則會依據工廠或實驗室品質需要一定期間進行確效檢測。

壓縮空氣除水分乾燥潔淨處理

一般針對壓縮空氣乾燥除水處裡會採用四類裝置與機器：

1. 氣水分離器 (或稱 水滴過濾器)：通常安裝在空壓機出口或者進入乾燥機之前，主要是透過旋風分離的方式怯除顯形的冷凝水，多數宣稱的除水效率99% (CKD或SMC宣稱)，部分會宣稱99.999% 甚至說可以替代冷凍式乾燥機而號稱是不耗電乾燥機 (這種說法是很有問題的)。
2. 冷凍式乾燥機：這是利用空調冷媒壓縮機系統的壓縮、冷凝、膨脹以及蒸發過程進行熱交換循環讓壓縮空氣中的水 (氣) 份因為溫度下降被凝結下來排出系統外部 (從自動排水器排出)；通常受環境溫度與入氣溫度影響效率，當然不同品牌的效率能力也有很大的差異 (部分中國或台灣品牌會偷多數客戶空壓機運轉負載多落在 50~75% 而以標稱的 80% 基礎設計乾燥機) 以及乾燥機選型影響出口壓縮空氣的壓力露點 (P.D.P)，正常而言P.D.P會落在 3℃ ~ 15℃之間。
3. 膜管式乾燥器 (中空絲膜乾燥器) ：這是利用膜管分離不同分子的原理將水 (氣) 分子攔阻下來的方式 ，正常而言P.D.P會落在 5℃ ~ -20℃之間。曾經看過部分客戶利用膜管式乾燥器想要達到P.D.P. -40℃ (或者是大氣露點-65℃，雖然放大數倍處理量的規格或許可以達成，但是Purge掉的壓縮空氣極高甚至達到60~70%，並且造成露點與供氣流量壓力不穩定)。
4. 吸附式乾燥機：此類乾燥機通常採用PSA技術，利用化學分子篩或氧化鋁… 材料等吸附水氣，透過再生程序將吸飽水氣的桶槽內化學分子篩或氧化鋁乾燥；有無熱式、外加熱式、熱回收式的機型，大型機型如果加裝露點節能對於降低不必要的再生吹洩風量節省有很大的效益，正常而言壓力露點P.D.P常見的落在 -25℃ ~ -70℃之間。

最後防線：除菌過濾器

除菌過濾器通常安裝位置會是在空壓機系統機房出口的位置，其後則會設計壓縮空氣動態取樣檢測口；而許多場域也會在進入要求嚴苛無菌壓縮空氣的製程機器設備或科學儀器前安裝末端除菌過濾器。

除菌過濾器除了耐受操作壓力與處理流量的規格外，最重要的參數式除菌能力，重要指標包括：

1. LRV (Log Reduction Value)：也就是從一次側進入的微生物數量經過除菌過濾器處理攔阻之後有多少微生物會在二次側被偵測到；例如：開發出世界第一款除菌過濾器的福原 (FUKUHARA) 除菌過濾器 LRV ≧ 8 表示一次側有 10⁸的微生物數量進入後只有1個或0個的微生物會被偵測到，除菌能力達99.999999%。
2. 抗菌活性值：依據日本JIS標準抗菌活性值必須大於2.0，福原FUKUHARA除菌過濾器經取樣檢測抗菌活性值落在2.1~5.2之間。

未來服務工業GoOneAir Solution

未來服務工業(股)公司正式取得｢日本福原株式會社｣ 除菌過濾產品系列台灣代理權，Fukuhara是全球抗菌空氣過濾器是業界首款上市的產品，該公司於1986年推出了業界首款抗菌過濾器，未來服務工業因此完善了GoOneAir Solution的拼圖。

我們針對想要專注的目標行業應用，一直存在著｢ Oil Free, Germ Free, Trouble Free ｣ 這樣空壓機系統的深層概念；因為：

1. Oil Free (無油)：系統少了潤滑油系統，可以減少機器與系統的複雜保養、影響機器考靠度以及油水排放的環保問題；所以 Oil Free 可以更接近 Trouble Free。
2. Germ Free (無菌)：空壓機系統中的壓縮空氣作好各層次的無菌策略 (請參考下圖)，最重點是可以避免藥廠製程汙染或實驗室操作過程實驗數據扭曲，並且增強科學家與研發工程師的健康防護；所以 Germ Free 可以更接近 Trouble Free。
3. Trouble Free (無困擾)：Oil Free 以及 Germ Free 無油無菌能夠減少昂貴精密診療儀器與裝置的故障維修費用、提高儀器設備裝置妥善率、並且避免因為可能的汙染影響品質；所以 Oil Free, Germ Free 以達成 Trouble Free。

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