浅谈吹灌封“三合一”工艺与工程
吹瓶(Blow)灌装(Fil1)封口(Sea1)三合一工艺(简称BFS工艺)是20世纪6O年代由德国罗姆来格(Rommelag)集团的工程OOGerhard Hansen发明的一种无菌包装工艺。这一工艺使制瓶、灌装、封口三种操作均在无菌状态下的同一工位完成。BFs工艺的流程非常简洁，即通过高温高压的挤出过程，使塑料达到无菌的状态；随即在同一‘工位完成容器的生产、灌装以及封口过程。这就是BFS212艺可以实现无菌灌装的基本原理。无菌三合一设备
1 BFS工艺流程
BFS工艺(如图1)通常由34"工艺过程完成无菌产品的生产：
1．1 挤出一成型
注塑机将经挤压／热熔的(170~230℃，35 MPa)塑料管坯挤入到打开的模具中，合拢主模具，加热的割刀将管坯割断，同时将管坯和容器密封。芯轴单元下降到容器颈部部位，用洁净压缩空气吹瓶(小的容器成型采用抽真空法)。
1．2 灌装
通过芯轴单元，将待灌装的产品经过精密计量系统(时间压力定量法)灌入容器内，同时形成鲁尔口。
1．3 密封一模具打开
当芯轴单元回撤后，头模合拢，用真空抽取进行密封。密封后打开模具，容器成品被输送出设备。设备开始进行下一个生产周期，依次重复，循环运行。密封一模具打开如图2。
2 BFS工艺在小容量注射剂生产的优势
(1)BFS机器在无菌条件下自制容器，节省内包材运输成本和库房面积；设备占地面积小，节约基础建设投资；容器、产品不需清洗、灭菌，节约工艺用水和能源；塑料容器不易破碎，不需过度包装，生产成本低。
在洗一灌一封联动线生产工艺中，外购空玻璃安瓿需增加运输费用和仓储面积；安瓿需清洗和灭菌、生产成本高；安瓿灌装机灌封、湿热灭菌柜对产品进行灭菌、生产厂房特别是洁净生产区净化面积大，基建投入和生产运行成本都高。
(2)BFS工艺是无菌包装工艺，产品无需高温灭菌，不会改变药液的pH值，不产生新物质，不溶性微粒也大幅度减少，产品内在质量高，且稳定可靠。洗一灌一封联动线生产的产品，需最终进行高温灭菌，高温会改变药液的pH值和药液的有效成分，产生不溶性微粒，同时产生“新物质”，增加产品的质量风险。
(3)BFS工艺更适合用在热敏类药物上，在生产过程中，安瓿的冷却和成型过程几乎是同时完成的，产品的温度只是在灌装开始的时候略有上升，但不足以影响药物的质量。GMP和《中国药典》都将湿热灭菌的最低温度设在121℃，并规定 值>8(国际上一般要求 >12)部分热敏性药物不能进行最终高温灭菌，不得不采用冻干工艺。
在冻干工艺的包装形式中，容器和胶塞都是外购的，要分别进行清洗、灭菌，然后再结合在一起，轧盖前产品也不是完全密封的，生产过程会不断增加污染的可能性。同时，冻干工艺生产工时长、产量低，能耗大、成本高。为保证冻干效果，还要在产品中增加“骨架材料”，而且产品无法进行“不溶性微粒”检测，所以风险更高。
(4)BFS机器可在计算机程序的控制下自动完成cII)／SIP，产品和注射器通过鲁尔口对接，实现了产品无菌生产、无菌使用。如图3所示。AFP灌装机
传统的玻璃安瓿即使在生产环节上保证了无菌，但在使用时因取药方式的限制，产品实际是无菌生产，有菌使用。玻璃安瓿用火焰高温封口，这一过程使安瓿内产生负压，使用时负压会将大量的玻璃屑和病房内的污染空气吸入安瓿内；药液在使用的同时受到不溶性微粒和致病菌的污染，增加了产品在使用中的风险。
3 BFS工艺对厂房／设备，设施的要求
BFS32艺是一个系统工程，工艺布局、洁净室设计施工、设备／设施选型安装、人员培训等不但要符合无菌工艺要求，还要满足BFs工艺的特殊要求。在BFS512艺中微生物控制、系统的cIP／sIP技术、除菌过滤技术构成了BFS的核心技术。
BFS工艺是一种无菌包装工艺，产品在正常情况下不需进行终端灭菌，所以整个工艺过程的微生物控制非常重要。众所周知，无菌药品生产是目前要求最严格、风险最大的制药技术。各级药监部门都将GMP检查的重点放在风险较大的无菌药品上，特别是在非最终灭菌生产工艺过程中，可变因素较多。其洁净生产环境、生产设备、工艺用水、操作人员素质、检验手段等同最终灭菌工艺相比，均有不同的特殊要求。同时，还必须把握生产过程的时限性，无菌工艺的完整性、真实性，生产过程的可追溯性，这样才能保证产品质量。所以，有些硬件上的缺陷是无法用软件来弥补的，应该从每一个细节开始“第一次就把事做对”。
3．1 洁净厂房要严格按GMP及《洁净室施工及验收规范》设计施工
新版GMP和1998版GMP在环境监测上的最大区别就是强调动态：“洁净区的设计必须符合相应的洁净度要求，包括达到‘静态’和‘动态’的标准。”应该在洁净室设计时就有动态的理念，重视洁净室的自净能力。如设计洁净功能间时要考虑到房间在动态时的产尘量和产尘区域，并据此设计气流方向、换气次数、自净时间等。BFS的工艺布局必须符合GMP的要求，“生产设备及辅助装置的设计和安装，应当尽可能便于在洁净区外进行操作、保养和维修。需灭菌的设备应当尽可能在完全装配后进行灭菌”。BFS机器安装要按“黑白分区”的原则，将影响环境的辅机部分设在普通生产区，生产时实现灌封间无人员操作，最大限度地减少关键区域的污染源。2010版《药典》已将滴眼液纳入无菌药品，所以生产滴眼液的BFS机器也应按“黑白分区”的原则进行设计(改造)和安装。
人流通道要按“脱衣一洗涤消毒／穿洁净内衣一穿无菌外衣一缓冲一进入洁净生产区”的要求设计。如生产抗生素、激素类药品，人员进出洁净生产区的通道最好单设，以避免交叉污染。洗衣问要与人流通道的进出口相隔，服装灭菌后要与穿无菌服的房间相邻。
物流通道要按“外清一缓冲一暂存一称量一配制”的顺序进行套间设计，以防止物料不断穿越洁净走廊造成污染和交叉污染。
不规范的取样、称量过程是造成原料污染和交叉污染的过程。这一环节的控制对BFS工艺非常重要。用“取样车”、吸尘罩(实际是扬尘器)来代替取样间、称量罩的做法在BFSI艺中是不可取的。为防止在取样和称量过程中造成污染， 取样问和称量问一定要按无菌工艺的要求设置。取样和称量的过程一定要在负压层流的保护下进行，不能用紫外线消毒替代化学消毒，不能用传递窗替代外清间和缓冲间，以最大限度地防止微生物对原料的污染。其中，负压称量罩及取样间如图4，负压称量罩原理如图5，取样间示意如图6。
洁净室的密封性是防止微生物污染的重要基础条件。不能达到密封要求的不能称为洁净室，洁净室净化装修的节点要采用整体型材，双面封胶。要特别警惕“来自顶部的污染”，最好采用整体吊顶。工艺夹层要设人行通道(如图7)，以防检修时破坏吊顶的密封性。
因BFS机器采用计算机程序进行控制，设备上有大量的传感器和控制数据线及电器元件，经常采用臭氧进行厂房灭菌，会给设备带来灾难性的后果。因此，在日常生产中要使用消毒剂擦拭来控制微生物。这就要求在厂房设计装修时要尽量减少“阴阳角”，送、回风口，灯具、开关、插座都要嵌入式安装，尽可能地采用玻璃幕墙结构。
洁净室监测的一个重要指标是自净时间(0z称恢复时间)，自净时问是一个洁净室维持洁净环境的能力。人／物流、缓冲间、称量间的自净能力对BFSI艺非常重要，是防止污染／交叉污染的重要设施。设计时面积不要过大，恢复能力一定要强。灌封间有层流贡献风，自净时间应<5 min。
3．2 工艺用水要严格控制细菌毒素指标
因BFS工艺的特殊性，无论是在药液的配制，还是CIP／SIP，对注射用水要求都比较严格。一个性能优良的制水系统是BFS产品最基础的质量保障和最关键的工艺条件。新版GMP提高了对注射用水的要求：“原水、制药用水及水处理设施的化学和微生物污染状况应定期监测，必要时还应监测细菌内毒素”，“微生物限度检查用薄膜过滤法”，“在使用点监测细菌内毒素”，并提出“总有机碳在线监测”的要求。在实施BFs工艺时，必须确定“水是无菌药品原料的组成部分”的理念，严格控制注射用水的细菌毒素指标。
细菌内毒素是革兰氏阴性菌细胞壁上的一种脂多糖(Lipoply Saccharide)和微量蛋白(Protein)的复合物，它不是细菌或细菌的代谢产物，而是细菌死亡或解体后才释放出来的一种具有内毒素生物活性的物质。临床在使用细菌内毒素超标的注射剂时，患者常会发生冷感、寒战、发热、头痛、恶心、呕吐、肤色灰白、休克，严重时甚至会死亡。这种症状称为热原反应。各国对BFS产品质量控制原则之一就是：“不存在细菌内毒素意味着不存在热原。”《药典》要求用蒸馏法生产注射用水，就是利用热原溶于水不蒸发的特性，采用蒸馏法和汽水分离装置来除去热原，而热原的除去程度则取决于蒸馏水机汽水分离装置的设计技术。
蒸馏水机除热原的组合方式有多种，常用的：一体式分离和分体式分离、离心分离和除沫器分离。离心分离又分内螺旋分离和外螺旋分离；组合式分离，其有重力分离+离心分离+撞击导流分离、除沫器+离心分离、除沫器+内螺旋分离等型式。其工作原理就是利用汽水分离方式，将溶于水、不蒸发的内毒素分离出去。现在国内有的蒸馏水机制造厂商的蒸馏水机，汽水分离能力很强，进气和不溶性气体排放系统设计的比较完美。完全可以同进口设备相媲美，符合BFS无菌工艺要求。
多效蒸馏水机的第一效使用工业蒸汽加热，工业蒸汽中含有各种杂质，尤其是锅炉补水软化处理不当时，不可避免地含有各种化学物质。工业蒸汽进入多效蒸馏水机第一效，在对蒸馏水机加热的同时，对蒸馏水机的污染和渗漏的可能性也存在(而且不易发现)，冷凝器中的冷凝循环水同样也有可能因泄漏造成对注射用水的污染。对多效蒸馏水机第一效和冷凝器的设计制造应采取双管板结构(如图8)，以保证蒸馏水机在制作注射用水时不被污染。
3．3 压缩气体的净化不可忽视
GMP附录1第四十二条要求“进入无菌生产区的生产用气体(如压缩空气、氮气，但不包括可燃性气体)均应经过除菌过滤，应当定期检查除菌过滤器和呼吸过滤器的完整性”。在BFS生产工艺中，常用压缩气体氮气(N2)、二氧化碳(CO )、压缩空气(PA)作为物料输送、定量灌装(时间压力法)、过滤的动力，系统灭菌后吹千、保压的气体，压缩气体实际上是直接与药液接触的。未经净化处理的压缩气体中含有灰尘、细菌、水分、机械磨损微粒、蒸发的油雾等杂质和化学异味等，会直接影响产品的质量。
压缩气体的净化是靠过滤器来实现的。压缩气体输送管线上的精密过滤器、滤芯应分级设定：(1)F级过滤器：气水分离主管路过滤器，能除去大量的液体及3 m以上固体微粒，达到最低残留油分含量仅5×10 ，但仍有少量的水分、灰尘和油雾。用于空压机冷却器之后，其他过滤器之前，作一般保护之用。(2)Q级过滤器：主管路过滤器，能滤除小至1 Fm的液体及固体微粒，达到最低残油份含量仅0．5×10 ，过滤后有微量水分、灰尘和油雾。(3)P级过滤器：除油过滤器，过滤精度：1 m。用于冷冻干机之后，进一步提高空气质量。(4)s级过滤器：油雾过滤器，过滤精度0．01 m。超高效除油过滤器，能滤除小至0．01 m的液体及固体微粒，达到最低残油含量仅0．001×104，几乎所有的水分、灰尘和油都被去除。(5)C级过滤器：活性碳吸附过滤器，过滤精度0．01 Fm。能滤除小至0．01 Fm的油雾及碳氢化合物，达到最低残油含量仅0．003x 10 ，不含水分、灰尘和油，无臭无味。为防止和消除压缩在输送环节的污染，过滤器后的工艺管线要设计清洗灭菌回路，管材和阀门要采用3l6不锈钢，在使用点要加装除菌过滤器。BFS系统SIP后吹干时压缩气体用量较大，设备配置时要考虑到。
4 配料系统是BFS无菌保障的关键
BFS机器完美的设计、精湛的制造工艺及可靠的无菌保障措施足以保证产品在吹瓶一灌装一封口的过程中不受污染。USP1116《吹瓶一灌装一封口三合一技术》中对BFS机器的无菌保障能力做了总结：“吹瓶一灌装一封口三合一技术把容器的成型、溶液的灌装、容器的封口在同一台设备上完成。从微生物性角度来说，从容器成型到封口过程，不间断工作，极少地暴露在环境中，从而获得无菌效果。这种技术已经使用了大约30年，已经证明污染率在0．1％以下。通过总结和分析介质灌装的数据，印证了吹瓶～灌装一封口三合一系统的污染率可以达No．001％。”
在BFS工艺中，不但要防止取样、称量、配料等暴露环节的污染，而且还要防止配制系统内的细菌内毒素(热原)污染。要针对细菌内毒素的特性从配制系统设计开始，在整个配制工艺过程中对细菌内毒素严加控制。实践告诉我们，在无菌工艺中，70％左右的污染来自配制系统。
一般情况下配制系统由容器(混合罐、储罐、搅拌机)、计量装置(称重、温度、压力)、过滤器(预过滤、除菌过滤)、工艺管线、阀门等组成。只有密封性能好，无残留，真正具备C~／SIP功能的配制系统，才能满足BFS工艺的要求。
配制罐上置搅拌器采用机械密封，密封性差，CIP时搅拌桨轴杆会形成阻水扇面，影响清洗效果。配制量少时，混合效果差。在BFS工艺中应采用密封性能好，混合均匀的下置式磁力搅拌器。玻璃管式液位计计量误差较大、不易清洗、不可在线灭菌。在BFSI艺中应采用计量精确并有数据储存和打印功能的称重模块进行计量。
输液泵残留多、机械密封有脱落，密封性差，不宜CIP／SIP，工作时泵后端的工艺管线为负压，前端设回流管线(无变频控制时)，污染几率高。在BFS工艺中应采用压力稳定的洁净压缩气体作为药液输送和过滤的动力。
为保证CII'／SIP效果，罐上的工艺接口应采用大口径、闷板变径的组合方式，为实现除菌过滤器在线灭菌和完整性检测及保证检测后吹干的效果，过滤器应采用高位安装的方式。