利用凝膠膜過濾器進行潔凈環(huán)境中的空氣監(jiān)測

生物污染控制策略是最新標準和指導方針如EN17141及歐盟GMP附錄1的修訂版本的關鍵要求。歐盟和英國已采用了2020年發(fā)布的EN17141取代ISO14698。EN17141附錄E章節(jié)對基于培養(yǎng)技術的微生物監(jiān)測方法和取樣器驗證指南作了詳細的說明。
 

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本篇《根據(jù)EN17141和ISO14698，使用凝膠膜過濾器進行潔凈環(huán)境中的空氣監(jiān)測》應用說明重點關注活性微生物的監(jiān)測，并證明通過凝膠膜過濾技術進行的微生物空氣監(jiān)測符合EN17141和ISO14698的要求。
 

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簡介
 

無菌和生物制藥生產(chǎn)中必須實施生物污染控制策略。要實現(xiàn)這些控制，就需要精心設計工藝流程以免污染、實施監(jiān)測系統(tǒng)以監(jiān)測污染、以及實施補救策略以迅速解決污染事件。

空氣污染物可通過主動采樣進行測量，而主動采樣需要使用專業(yè)的設備主動抽取規(guī)定體積的空氣。這便于準確測量每立方米（m³）的空氣中的微生物菌落形成單位的數(shù)量（CFU）。

采樣器效率可分為物理效率和生物效率。物理效率是采樣器收集的微生物數(shù)量與取樣空氣體積中存在的總數(shù)量的比率。生物效率是從空氣樣本中回收的活性微生物數(shù)量與預期收集的數(shù)量的比率。
 
物理采樣效率
枯草桿菌黑色變種芽孢（1.2μm x 0.8μm）是一種能夠承受霧化壓力的強健微生物。

在受控環(huán)境室中使用旋轉(zhuǎn)頂部氣溶膠發(fā)生器生成含有不同大小的活枯草芽孢桿菌孢子顆粒的微生物氣溶膠。將含有 0 - 7 %（重量/體積百分比）碘化鉀（Kl）的 80%乙醇的孢子懸浮液（約 106CFU/ml）注入氣溶膠發(fā)生器中。顆粒的大小可通過旋轉(zhuǎn)頂部的速度和懸浮液中的KI濃度來調(diào)節(jié)。與氣溶膠發(fā)生器等距放置的采樣器可同時采集樣本。
 
截留率
通過使用霧化枯草芽孢桿菌孢子進行的細菌激發(fā)試驗（BCT）測定出了凝膠膜過濾器的截留率。在BC試驗中，使用了 1.2 * 105 CFU/cm² 枯草芽孢桿菌孢子來挑戰(zhàn)凝膠過濾器，然后檢測過濾后的空氣是否受到枯草芽孢桿菌的污染。凝膠過濾器對枯草芽孢桿菌孢子的最高截留率 > 97.996%（圖1）。

圖1：用 1.2 * 105 CFU/cm²的枯草芽孢桿菌孢子進行激發(fā)試驗后得出的凝膠膜過濾器截留率。
 

物理采樣效率
結(jié)果表明，0.8μm和 16μm之間顆粒的收集效率沒有顯著的差異（圖2）。

圖2：與Casella狹縫取樣器相比，凝膠膜過濾器在不同粒徑的 1.2 * 105CFU/cm²枯草芽孢桿菌孢子激發(fā)時的物理取樣效率。
 

生物采樣效率
試驗結(jié)果表明，凝膠膜過濾器可以可靠地收集空氣中的攜菌顆粒，且不會降低回收率。

通過從含有植物細菌的氣溶膠中取樣，并將其與實驗室自然空氣中的微生物回收率進行比較，測定出了凝膠過濾法的生物效率。

大腸桿菌和枯草芽孢桿菌
通過噴灑在環(huán)境室內(nèi)生成含有枯草桿菌黑色變種孢子（1.2μm x 0.8μm）和革蘭氏陰性大腸桿菌（2μm x 1μm）混合物的氣溶膠。結(jié)果表明，與Casella狹縫取樣器相比，大腸桿菌與枯草芽孢桿菌孢子之間的比率沒有顯著差異（圖3）。這也證實，基于凝膠膜過濾的空氣采樣不會對植物微生物的生存能力產(chǎn)生不利的影響。
 

圖3.與Casella狹縫取樣器相比，凝膠膜過濾器的懸浮大腸桿菌/枯草芽孢桿菌孢子生物取樣效率。
 

連續(xù)微生物空氣監(jiān)測（8 h）
實驗證明，在從環(huán)境空氣中連續(xù)采樣 8 小時后，與對照組相比，平均CFU計數(shù)沒有顯著的變化。此外，與僅 30 分鐘的采樣周期相比，微生物范圍沒有顯著的變化（圖4和圖5）。

圖4.與取樣 30 分鐘后直接放置在營養(yǎng)培養(yǎng)基上的凝膠過濾器相比（參照），取樣（試驗）8 小時后凝膠膜過濾器上的微生物回收率。
 

圖5.在凝膠過濾器上取樣 8 h（A）后與取樣 30 min后直接放置在營養(yǎng)培養(yǎng)基上的凝膠過濾器（B）的回收菌種范圍比較。
  
 

凝膠過濾法的優(yōu)點

• 在特定時間內(nèi)增加流速或延長采樣時間，可進行大容量采樣和/或長期采樣，并在 8 小時內(nèi)連續(xù)收集空氣，而不會對微生物回收產(chǎn)生不利影響。

• 避免將營養(yǎng)培養(yǎng)基引入隔離器/灌裝線。

• 營養(yǎng)培養(yǎng)基不會因脫水而造成水分流失。

• 由于凝膠膜過濾器容易溶解在瓊脂表面，因此，可確保從孔結(jié)構(gòu)中輕松回收微生物。

• 在典型工作班次 8 小時的取樣期間，可避免操作員干預（例如，頻繁更換培養(yǎng)基板）。

• 經(jīng)證實的病毒截留率有助于監(jiān)測空氣中傳播的外來病毒。

• 使用凝膠膜過濾器和快速檢測法（PCR）。

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Conclusion
實驗結(jié)果證明，與Casella采樣器相比，凝膠膜過濾器的截留率超過 97.996%，物理取樣效率超過 80%。在EN17141和ISO14698標準中，膜過濾法被指定為高效生物取樣的參考方法。盡管如此，我們還是將凝膠膜過濾法的生物效率與Casella取樣器的生物效率作了比較，并證明，與Casella取樣器相比，革蘭氏陰性大腸桿菌與枯草芽孢桿菌孢子的比率沒有差異。

即使經(jīng)過 8 小時的采樣期，凝膠膜過濾法的高生物采樣效率仍保持不變。連續(xù)采樣也不會對過濾器的平均CFU計數(shù)以及回收的微生物種類范圍產(chǎn)生不利的影響。

結(jié)果表明，無需重新評價賽多利斯微生物空氣監(jiān)測儀器和耗材的功能，并且凝膠膜過濾方法符合EN17141和ISO14698 的要求。該方法還符合歐盟GMP附錄1，2020年修訂版中關于活性顆粒環(huán)境監(jiān)測的規(guī)范。