今天，市场对生物制剂和制药商开发新药的需求与经济环境，正在挑战生物加工厂审查他们的加工系统，并开始寻求使其更加灵活、可靠和具有成本效益的方法。越来越多的制造商正在转向一次性无菌加工系统，以满足或超越苛刻的产品上市时间框架，同时控制成本。
创新的一次性使用技术，可以用塑料加工系统取代传统的不锈钢管道、设备甚至是整个加工套件，为制药商提供了更大的灵活性。转换为预消毒的一次性使用技术的好处，已被记录在许多文章和案例研究中，如果制造商不能安全、可靠地连接各种设备以创建一个完整的工艺流程，那么这些好处就会丧失。
连接设备或连接方法，看起来可能是整个系统的一小部分，然而，用于工艺流体传输的管子的连接和断开，是一次性处理的一个关键方面。因为连接器可能是保证一次性使用生物工艺真正无菌的决定性因素，制造商需要仔细考虑现有的选择。
无菌一次性使用连接器的流量配置从1/8到1英寸不等
无菌无性别连接器提供可互换的¼英寸至¾英寸的无菌连接，同时简化了系统集成
无菌连接选项
生物制药厂可以通过许多方式在其单位内部或之间建立无菌连接。操作之间建立无菌连接，正确的选择在很大程度上取决于每个工厂的需求和偏好。
快速断开接头或管件（卫生级和鲁尔级），通常用于各种类型和尺寸的管材。这些接头与层流罩一起使用时可提供快速、简便和安全的连接。管子焊接器是一种替代方法，用于与直径为半英寸和更小的热塑性弹性体管建立无菌连接。这些系统使用加热的、可更换的刀片，在将两个独立的管子焊接在一起时保持无菌状态。一次性使用的原位蒸汽(SIP)连接器，可以在各种一次性使用系统和不锈钢加工设备之间建立无菌连接，这些解决方案需要在连接处有蒸汽供应。目前正在推出一些一次性无菌连接器，允许软管与软管之间的无菌连接，可以在不需要层流罩或软管焊接机的情况下完成，这种能力为在不同的一次性系统之间建立无菌流体传输提供了选择，即使是在灰色空间。除了无菌连接器外，还有一个带截止阀的无菌断开接头，可以在断开一次性使用管的过程中或之后，保持流体的无菌性，即使是在不受控制的环境中。
决定哪种解决方案最适合于特定的应用，取决于许多因素，如被处理的流体、管子的选择、流量要求，以及层流罩、SIP或管子焊接设备的可用空间，其他需要考虑的因素包括材料的兼容性、产品的可用性、连接方法是否已经在设施或组织内得到验证，以及供应商的技术支持。
最佳实践指南
由于有一系列的解决方案，制造商可能会很难确定评估或鉴定连接技术的最佳方法。生物工艺系统联盟（BPSA）技术委员会成立了小组委员会，以处理一次性使用技术主要类别的最佳做法，包括：薄膜和容器、过滤胶囊、管道和连接器以及配件。由于塑料连接器与传统的不锈钢阀门相比具有不同的特性，一个来自不同公司的连接专家团队，制定了质量测试方法的共识指南，用于解决一次性使用连接技术的关键性能。
这一合作的结果是一个矩阵，其中概述了连接器和配件的常见测试、测试频率和可用的测试参考或行业标准摘要。可用的测试参考或行业标准包括：爆裂、完整性（泄漏）、细菌挑战/污染、生物相容性、颗粒、物理化学、流速/压降和消毒过程兼容性测试。该矩阵是制定选择、鉴定和验证连接解决方案的方法时，药品制造商的绝佳参考。
应用实例
- 使用不锈钢反应器发酵种子列车：
现代生物处理设施通常具有1000-25000L容量的生产性生物反应器。将接种物从几毫升培养液中的几百万个细胞扩大到这些生产量是一个挑战，需要在种子链的每个点进行无菌转移培养。传统的生物处理设施，使用一系列专用的不锈钢生物反应器来完成放大，为了防止生产过程中的污染，在每个生物反应器、容器中设计了可以清除任何残留材料的原位清洁（CIP）系统。每次培养开始时的无菌保证，是通过一个由蒸汽管道、温度传感器和冷凝水收集管道组成的SIP系统。这些CIP和SIP系统需要广泛的验证测试，这些系统中包含的阀门和管道，会带来额外的验证挑战。此外，在对连接管道和阀门进行重大维护或改变之后，必须对CIP和SIP系统进行重新验证。
单次使用系统技术的进步，使工程师能够用一次性使用的存储系统和传输线取代大多数存储容器和固定管道网络。一次性使用消除了对许多组件进行CIP验证的需要，降低了维护和资本支出，并取消了昂贵的容器、阀门和卫生管道组件。图1描述了一套依靠不锈钢生物反应器但将一次性技术用于细胞培养基储存和关键传输线的生产套件。介质存储系统通常装有集成过滤器、采样系统和连接器，在到达生物处理设施时会经过伽马射线辐照的预消毒。使用SIP连接器，操作人员可以在这些预灭菌的一次性系统和不锈钢生物反应器之间进行无菌连接，以实现介质的无菌传输。
图1：带有不锈钢生物反应器的发酵种子列车
同样，一次性传输线可以使用蠕动泵或顶空压力在生物反应器之间传输接种物，这种传输线减少了传输所需的可重复使用的阀门数量，并消除了CIP和SIP的问题区域验证。一次性使用的SIP连接器终止了每条预灭菌的传输线，提供与传统固定管道相同且资本成本更低的无菌保证。
随着一次性生物反应器（SUB）技术的接受度和可用性的提高，用户可以创建完全由各种体积的SUB组成的更加灵活的种子列车系统，或者在需要大体积的时候，将SUB和传统的不锈钢生物反应器结合起来。将一列SUB组装、消毒和安装成一个完整的系统是不现实的，所以一次性连接可以用来提供一个安全的无菌过程，一旦各种组件被安装在流程套件中，就可以将它们连接在一起。如上所述，这可以通过快速接头、管道焊接或无菌连接装置来完成。如果较小体积的SUB需与较大体积的传统不锈钢反应器相连接，可以使用快速接头或卫生接头搭配层流罩一起使用，或者使用SIP接头来建立无菌介质传输。
图2显示了一个模型设施，它将一次性生物反应器与两个最大容器的不锈钢生物反应器结合在一起。
图2：带有一次性生物反应器的发酵种子列车
- 缓冲区/媒体应用：
内部培养基/缓冲液制备，需要在混合后和储存前进行在线无菌过滤。许多制造商正在使用过滤器完整性测试，以确保产品纯度并尽量减少产品损失。过滤器完整性测试，验证了所使用的过滤器是否运作正常，并且能够从滤液中去除最小的颗粒尺寸。这些测试可以在过滤前、过滤后或两者同时进行，以确定潜在的无菌性破坏，以及是否有必要重新运行一个批处理过程。
历史上，生物处理设施往往在不锈钢过滤器外壳中使用可更换过滤元件的硬管系统，这需要耗费时间的设置、验证和生产后的清洁。在这些过滤器完整性测试系统中引入一次性使用的组件，除了提高工艺灵活性外，还减少了污染的风险。用于过滤和过滤器完整性测试的一次性组件，包括一次性胶囊过滤器、袋子、管子、夹子和连接器。在这些过滤系统中，连接器是各组件之间一个极其重要的接口，也为子系统快速、轻松地集成到更大的生产过程中提供了可能。
一次性部件和系统可以取代部分或全部用于培养基和缓冲液的不锈钢设备（图3）。一次性使用罐内衬或专用混合袋系统，可替代固定放置的混合罐。袋子系统集成了胶囊过滤器的袋式系统，取代了不锈钢过滤器外壳和无菌保温箱。在加工液被过滤到无菌容纳袋中后，过滤器可以快速、方便地被拆开，而后使用带阀的无菌断开连接进行过滤后的完整性测试连接，由此产生的无菌断开连接使技术人员能够自信地取出过滤器，而不会有污染保存袋中内容的风险，同时还能保持过滤器的湿润以进行完整性测试。移除过滤器后，可使用气泡点、气体扩散或压力衰减的方法对过滤器进行自动测试，一旦测试确认了过滤器的完整性，储存的细胞培养基就可以被释放出来，继续进行处理。将一次性部件的使用扩展到过滤器的完整性测试，是制造商简化生物工艺和更快地将产品推向市场的另一种方式。
图3：缓冲液/介质准备
- 单一用途套房之间的转移：
在完成上游生产后，必须将含有蛋白质的培养基无菌转移到生产设施的不同位置，以便为最后的灌装操作做准备。传统的生物处理设施，通过使用带有管道或可重复使用软管的不锈钢歧管作为传输线，来完成这种转移。这种设备在使用前需要验证CIP和清洗程序，并在每次介质转移前进行消毒。
随着人们对一次性组件的接受，工艺工程师正在工艺套件中的生物反应器和转移容器之间加入一次性转移管道，以简化这一过程。使用预先消毒的接头和管道，培养基可以从生产车间转移到制备车间，而不需要对不锈钢管道或设备进行消毒。除了更快的生产，这些一次性使用系统还使制造商在决定在每个生产套件中运行哪种工艺时，具有更大的灵活性。增强的流动性消除了硬管线管道可能给生产设施带来的许多限制。生产车间之间的传输过程中，交叉污染的风险可能很高，特别是在多产品的生产设施中。利用无菌接头作为关键工序之间的接口，可以减少这些风险，提高药物开发和交付的速度与安全性。
- 配制和灌装：
产品安全问题和整体产品价值，在最终配方和剂量灌装期间是最高的。与之前的应用一样，传统的灌装工艺由不锈钢设备组成，通过可重复使用的阀门、硬管和钢管连接。再次，散装储存容器、过滤器、管道、连接器甚至一次性灌装歧管等形式的一次性技术可以被整合，以最大限度地降低污染风险并减少操作的停机时间。
图4描述了利用带有无菌过滤器的一次性分流板系统，在散装储存袋和隔离器中的灌装设备之间转移药物产品的灌装操作。为了解决产品质量和减少浪费，在最后的生产阶段，过滤前和过滤后的完整性测试都可以结合起来。
图4：最后的填充操作
为了进行预过滤测试，使用无菌连接器将过滤器组件连接到无菌保温箱上。连接后，用产品配方将过滤器润湿，然后就可以进行预过滤测试了。在确认过滤器的完整性后，夹住通往冲洗袋的管道，并将过滤器组件无菌地连接到隔离器的传输管道上。隔离器管线可以通过SIP连接预先安装到小瓶灌装系统上，以最大限度地减少停机时间。一旦过滤完成，可使用无菌断开接头将过滤器从组件中取出，以保持过滤器的无菌性，直到可以进行过滤后的完整性测试。
通过进行过滤前和过滤后的完整性测试，操作人员可以保证最终药品配方中的产品纯度，并且已经准备好释放。
单一用途连接的未来增长
用于流体输送的管子的连接和断开，对于使用一次性系统或与传统不锈钢设备相结合的无菌处理至关重要。无菌连接技术使不同的子系统或工艺得以组合，从而创造出从上游发酵到下游灌装的更大灵活性和效率。由于连接器可能是保持工艺无菌性的决定性因素，用户需要仔细选择其连接方案。
来自B公司等组织的行业支持以及供应商的持续产品开发，将进一步解决无菌加工对小批量产品的快速转换需求。更大的吞吐量系统和管道范围将创造更有效的操作，并为制造商提供他们需要的灵活性，使他们的产品更快进入市场。因此，连接技术的进步有助于满足行业对快速药物开发、工艺可靠性和提高生产效率的需求。
