آب خالص یک جز اساسی در صنایع داروسازی و کشت سلول و سایر قسمت های صنایع زیستی است. خلوص آب بسیار حیاتی بوده و می توان آن را با تجهیزات و رویکردهای متنوعی ایجاد کرد که بر اساس سایر فعالیت های سایت دارویی انتخاب می شود.
آب خالص شده معمولا با تیمارهای چند مرحله ای از یک منبع آب آشامیدنی (شهری) فراهم می شود. آب آشامیدنی از ترکیب چندین منبع آب دیگر از جمله آب های سطحی، آب رودخانه و سفره های آب زیرزمینی تشکیل شده و به صورت ذاتی ناخالصی هایی در آن وجود دارد. انواع یون های حل شده، اجزا آلی، پارتیکل ها، کلوئید ها و یک محدوده ای از باکتری ها و سایر موجودات زنده مثال هایی از ناخالصی آب هستند. متناسب به منطقه، میزان ناخالصی ها در آب اولیه بسیار متفاوت است.
شرکت فنی مهندسی مهیاز به عنوان یکی از تولید کنندگان سیستم های آبساز مفتخر است تا محصولات خود را مطابق با به روز ترین استانداردهای جهانی به مشتریان ارائه دهد.
استاندارهای آب خالص و سیستم های تصفیه آب
استانداردهای اصلی برای آب خالص در فعالیتهای داروسازی، بالینی، زیستی و مولکولی شامل فارماکوپه، CLSI، CAP، ASTM و ISO است. استاندارد فارماکوپه یکی از مهم ترین استانداردهایی است که در فعالیت های تولیدی با کشت سلول مورد استفاده قرار گرفته است.
دو گرید تثبیت شده برای فعالیت های دارویی شامل آب خالص (PW) و آب تزریقی (WFI) است. در سال 2002 فارماکوپه اروپا EP یک گرید جدیدی از آب خالص تحت عنوان آب بسیار خالص HPW معرفی کرد. این گرید مشابه گرید WFI اروپایی است و فقط در فرایند تولید آن از تقطیر استفاده نمی شود. در شکل های زیر مشخصات آب PW ،آب WFI و HPW ارائه شده است.لازم به ذکر است آب PW و HPW با سیستم های آبساز شرکت مهیاز قابل حصول می باشند.
فرایند و سیستم های تولید آب خالص (پیش_تیمار)
در فرایند خالص سازی آب نیاز به یک فرایند پیش تیمار روی آب برای دستیابی به اهداف زیر است.
- جلوگیری از ایجاد رسوبات و جرم گرفتگی ها با حذف پارتیکل ها و ناخالصی های آلی و میکروبی
- حفظ مقیاس و اندازه عملیاتی سطوح تجهیزات با حذف سختی ها وفلزات
- حذف مواد استفاده شده برای کنترل مواد میکروبی مثل کلر
- تکنیک های اصلی فرایند پیش تیمار معمولا شامل فیلتراسیون، نرم کردن آب( حذف سختی اولیه)، تیمار کردن با کربن فعال( حذف مواد آلی ) و تنظیم pH است که این امور با دستگاه های آبساز صورت می گیرد.
- از فیلتراسیون عمقی یا غشایی برای حذف پارتیکل ها در مرحله ی اول استفاده می شود. در این مرحله رشد میکروب ها روی غشای فیلترها باید کنترل شود.
- نرم کردن آب با تبادل یون، یکی از رایج ترین روش هایی است که مانع رسوب نمک های محلول از کلسیم با ظرفیت های اکی والانت 2 و 3 مثل کلسیم کربنات و کلسیم سولفات در مراحل بعدی خالص سازی می شود. عبور از یک بستر رزین های تبادل کاتیون به شکل سدیم باعث جایگزینی اکثر کاتیون ها با سدیم می شود. حذف دی اکسید کربن نیز دریک مرحله اختیاری با روش جدا کردن گاز نیز می تواند مفید باشد.
- از نرم کننده ها می توان هم در بخش بالادستی و هم در بخش پایین دستی عملیات حذف مواد آلی و ضدعفونی کردن استفاده کرد. با استفاده از رزین های پایه سدیمی تبادل کاتیون برای حذف سختی آب مثل کلسیم و منیزیم که می تواند باعث ایجاد اشکال و اختلال در عملکرد فرایند تجهیزات پایین دستی مثل اسمز معکوس، دیونیزه کردن و واحد تقطیر شود.
- از نرم کننده های آب می تواند همچنین برای حذف سایر کاتیون ها با افینیتی کم مثل یون های آمونیوم که ممکن است از کلرامین ها که به منظور گندزدایی در آب استفاده می شود به آب وارد شود، استفاده کرد. اگر حذف یون آمینیوم یکی از اهداف فرایند پیش تیمار باشد، نرم کردن آب باید به بعد از عملیات حذف باکتری های و مواد آلی ( انتهای فرایند پیش تیمار ) منتقل شود.
- حذف اولیه ناخالصی های آلی را می توان با اکسید کردن با ازون، تبادل یون قوی یا فیلتراسیون غشایی انجام داد. اما مهم ترین روش برای حذف مواد آلی، استفاده از کربن فعال برای جذب مواد آلی و حذف کلرین ها و کلرامین ها است.
- مهم ترین اشکال استفاده از کربن در فرایند پیش تیمار، منبع تغذیه بودن کربن برای میکروب ها و رشد باکتری ها روی سطح زیاد آن است.
روش های اصلی خالص سازی آب
محدوده ی وسیعی از فرایندها با آرایش های مختلف برای تولید آب خالص با گرید دارویی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه چند مورد از فرایند های اصلی به اختصار معرفی می گردد.
اسمز معکوس (RO)
در فرایند اسمز معکوس از فشار بین 30 تا 60 بار برای عبور دادن آب و سایر مولکول های با وزن مولکولی کم از میان یک غشای نیمه تراوا (semipermeable) استفاده خواهد شد. این غشا نسبت به عبور یون ها مقاوم بوده و به عنوان یک دیوار برای کلوئیدها، باکتری ها، اندوتوکسین ها و سایر مولکول های آلی بزرگ عمل می کند. این یک روش اساسی برای حذف بیش از 90 درصد ناخالصی ها است. ویژگی های این روش در شکل 3 به صورت ترکیبی با روش الکترودیونیزه شدن ارائه شده است.
الکترودیونیزاسیون (EDI)
دیونیزه کردن با الکترود نسبت به روش های رایج تبادل یون، نیاز به احیای شیمیایی رزین نداشته و در نتیجه خلوص ثابتی را ارائه می دهد. اساس فرایند در EDI حذف یون ها از طریق عبور آب از میان یک بستر رزین های تبادل یون تحت تاثیر میدان الکتریکی DC است. بستر رزین ها به یکی از انواع رزین های آنیونی یا کاتیونی محدود شده که اجازه عبور یون های آنیون یا کاتیون می دهد ولی اجازه عبور همزمان نخواهد داد. تنوع زیادی از طراحی سیستم های EDI که از ترکیب رزین های mixed یا single استفاده می کنند وجود دارد. در شکل زیر نحوه تکمیل فرایند RO با فرایند EDI نشان داده شده است.
تبادل یون IE
تبادل یون در فرایند های قدیمی بیشتر استفاده شده است. سیستم های دو بستری برای حذف آلودگی توده ای یونی بسیار موثر است. سیستم های mixed-mode بیشترین خلوص یونی را ایجاد می کنند. وقتی قدرت تاثیرگذاری سیستم های یونی کاهش می یابد، باید به کمک احیا شیمیایی سیستم های تبادل کاتیونی با اسید و سیستم های تبادل آنیونی با باز احیا شوند. برای سیستم های تبادل یون در مقیاس کوچک و آزمایشگاهی از بسترهای یکبار مصرف استفاده می شود.
اولترافیلتراسیون UF
طی فرایند اولترافیلتراسیون آب با فشار 2 تا 10 بار از میان یک غشای فیلتراسیون فاین (ریز) ( معمولا با اندازه تخلخل 2تا 50 نانومتر ) عبور می کند. فیلتر از عبور پارتیکل و مولکولهای درشت شامل باکتری ها و اندوتوکسین ها جلوگیری می کند.
میکروفیلتراسیون
از میکروفیلتراسیون معمولا برای حفظ باقیمانده های میکروبی در فرایند پایین دستی که احتمال آن وجود دراد استفاده می شود. اندازه تخلخل فیلترها بین 0.1 تا 0.45 میکرون بوده که بسیار موثر است. با این وجود این فیلترها از عبور اندوتوکسین و سایر مولکول های مشابه جلوگیری نمی کند. اگر غلظت باکتری ها روی صفحه فیلتر بالا رود احتمال رها شدن اندوتوکسین نیز بیستر می شود.
نور فرابنفش UV
نور فرابنفش در طول موج 240 تا 300 نانومتر باعث تخریب DNA میکروارگانیسم ها شده که در نهایت باعث از بین رفتن ارگانیسم می شود. در معرض قرار گیری آب خالص شده در دز مناسبی از نور UV می تواند تا حد زیادی روی اثرات باکتریایی موثر باشد و می توان به عنوان یک مرحله نهایی تیمار بعد از سایر فرایند های خالص سازی استفاده کرد. با این وجود نور UV اثر کمی روی اندوتوکسین ها دارد.
تقطیر Distillation
از تقطیر برای حذف بالک ناخالصی ها وقتی فرایند پیش تیمار مناسب روی آب انجام شده است می توان استفاده کرد. به دلیل مصرف انرژی بالا، استفاده از تقطیر در مقیاس های بزرگ محدود به تولید WFI است. زیرا فرایند تقطیر یک الزام در تولید WFI بر اساس استاندارد فارماکوپه اروپایی و آمریکایی است. تقطیر می تواند با تاثیر بالا، بیش از 99.9 درصد کاهش باکتری و اندوتوکسین ایجاد کند.
در تقطیر آب تبخیر شده و تولید یک بخار بالای مواد جامد و غیر فرار می کند. مواد فرار و مولکول های با جرم مولکولی پایین مثل اندوتوکسین وارد قطرات آب در فاز بخار می شوند. این قطرات قبل از میعان بخار از فاز بخار جدا می شود. انجام فرایند پیش تیمار مناسب در تقطیر مانع از جرم گرفتگی و گرفتگی سطوح و همچنین خوردگی شده و از ایجاد بار زیاد آلودگی باکتریایی و اندوتوکسین نیز ممانعت می کند.
بر مبنای خواسته های USP، آب قابل تزریق باید با روش تقطیر یا یک روش خالص سازی که در حد تقطیر یا برتر از آن باشد استحصال گردد. همچنین این آب باید آزمایشات مربوط به TOC و کانداکتیویته را طی نماید و سطح اندوتوکسین باکتریایی آن باید در سطح پایین تر از ۰٫۲۵ (ml) واحد اندوتوکسین باشد. سطح آلودگی میکروبی نباید بالاتر از ۱۰ cfu در هر ۱۰۰ میلی متر باشد.
تمیز کردن سامانه آبساز (Sanitization)
کنترل میکروبی در سیستم های آبساز از طریق اقدامات تمیزسازی انجام می شود. سیستم به روش دمایی و شیمیایی تمیز می شود. در مورد روش های دمایی در فارماکوپه ملاحظاتی در مورد دمای سیرکوله شدن و مدت زمان آن اشاره شده است. روش های شیمیایی مناسب می تواند در محدوده ی وسیعی از تجهیزات مورد استفاده قرار گیرد. این روش ها معمولا با اعمال عامل های اکسید کننده مثل هیدروژن پراکسید ازون و سایر مواد مشابه انجام می شود. توضیحات تمیز کردن با مواد شیمایی نیز در فارماکوپه اشاره شده است.
سیستم های توزیع آب ( لوپ ها)
از لوپ های WFI/PW برای تولید و توزیع این نوع آب در نقاط مختلف واحد استفاده می شود. یک لوپ توزیع به صورت تیپیکال، شامل یک تانک ذخیره، دو پمپ موازی و قابل جایگزین یکدیگر به منظور حفظ فشار لوپ، یک سیستم کنترلی با اندازه گیری نرخ جریان برای حفظ فشار پایدار در نقاط استفاده متعدد، سایر عناصر محوری مثل شیرهای فشاربالا، Check valve، شیرهای دیافراگمی، لامپ فرابنفش (UV) و مبدل های حرارتی است.
مهم ترین تفاوت لوپ PW و WFI دمای نگهداری است. دمای لوپ PW در دمای اتاق و دمای لوپ WFI در محدوده 90-80 درجه سانتیگراد نگه داشته می شود. یعنی برای لوپ های WFI نیاز به مبدل های حرارتی ( حفظ دمای WFI) است.
تفاوت مهم دیگر بین دو لوپ، نیاز به خنک کردن نقاط استفاده در لوپ WFI است. مهم ترین مشکلات لوپ های WFI و PW حفظ خواص فیزیکی، شیمیایی و میکروبیولوژی آب است. برای این منظور طراحی و نصب باید کاملا قابلیت تمیز شدن و تخلیه شدن را داشته و همچنین اجزا مورد استفاده باید مقاومت نسبت به فرایندهای تمیزسازی و استریل کردن را داشته باشند.
به منظور کم کردن خطر آلودگی و همچنین تضمین تمیز بودن مجموعه ی آبسازی ملاحظات زیر در طراحی و ساخت سیستم توزیع اعمال می شود.
شرایط نگهداری طوری تنظیم میشود که برای رشد باکتریها مستعد نباشد. بنابراین آب در دمای بالای ºC80 یا شرایط خود سترونسازی داغ به چرخش در می اید. آب نبایستی در سامانه راکد باشد، به همین دلیل به طور مداوم در حال گردش بوده و امکان توقف آب در یک مسیر وجود ندارد. طراحی و ساخت لوله ها عاری از فضای مرده بوده و اصل”شش برابرقطر” ( بزرگتر بودن طول انشعابها از شش برابر قطر لولهی اصلی ) اعمال میشود.
آب تحت شرایطی غیر خودسترون (ذخیره سرد) نباید بیش از یک ساعت در یک گنجایه نگهداری شود، ولی در صورتیکه در این مدت در حال گردش باشد مشکلی ندارد.
در مجموعه لوله ها با قراردادن شیبی به سمت نقاط تخلیه شرایط تخلیهی خود به خودی ایجاد می شود.
قابلیت تزریق بخار به سامانه باید وجود داشته باشد. اگر سامانه مصرف کننده های زیادی داشته باشد، بهمنظور کاهش خطر آلودگی احتمالی و همچنین کنترل بهتر شرایط هیدرودینامیکی چندین لوپ فرعی در نقاط مصرف تعبیه می شود. این نقاط باید قبل از شروع مصرف آب، با جریان سریع آب سترونسازی شود.
مجموعه فنی مهندسی مهیاز علاوه بر طراحی و ساخت دستگاه های آبساز ، خدمات طراحی و اجرا و مستندسازی لوپ های مربوط به PW و WFI را به مشتریان خود ارائه می دهد.
