干冰代替超纯水，药品灌装后外部清洁的新思路

药品灌装完成后，瓶身外部可能残留活性成分，这些残留物一旦进入环境或接触人体，潜在风险不容小觑。传统做法是用超纯水冲洗容器外壁，再以洁净压缩空气吹干。这套流程耗水量惊人，能源成本高企，废水处理还可能涉及危废管理。在全球部分地区饮用水资源日趋紧张的背景下，制药行业迫切需要一种更经济、更可持续的替代方案。

 

德国灌装包装设备制造商 Bausch+Ströbel 近期参与了一项由 Invest BW 资助的联合研究项目，联合五家工业合作伙伴以及弗劳恩霍夫制造工程与自动化研究所（Fraunhofer IPA）和蒂宾根大学自然与医学科学研究所（NMI），对 acp systems 公司的 quattroClean 干冰喷射清洁技术进行了系统验证。结果表明，该干式清洁工艺在材料兼容性和细胞毒性方面均满足制药行业要求，已完成基础验证（basic validation），符合 GMP 和 FDA 法规。

 

 

高效活性成分时代，灌装后清洁需求升温

 

据了解。Bausch+Ströbel 成立于 1967 年，总部位于德国伊尔斯霍芬（Ilshofen），是全球重要的制药包装设备供应商之一，提供定制化的灌装生产线，涵盖液体和粉末剂型的西林瓶、瓶装、预灌封注射器及卡式瓶等容器，工艺覆盖容器清洗灭菌、灌装封盖到贴标或注射器组装的全流程。

 

Bausch+Ströbel 研究、技术与制药服务部门负责人 Werner Iländer 指出，随着高活性药物成分（highly potent active ingredients）的使用越来越普遍，灌装过程中容器外壁被潜在危险物质污染的风险随之上升。行业对灌装后外部清洁的需求持续增长，清洁标准也越来越严格，企业必须证明产品残留物已被可靠去除。

 

传统的超纯水冲洗工艺面临多重挑战。大量超纯水的制备本身就是高能耗过程，冲洗后的废水根据灌装产品性质，可能需要按危废标准处置，运营成本居高不下。对于水资源紧缺地区的生产设施而言，这一矛盾更加突出。

 

 

二氧化碳干冰喷射，清洁原理与技术路径

 

quattroClean 干冰喷射清洁是一种干式工艺，可用于全表面或局部清洁，能够集成到全自动化生产线中。其清洁介质为液态回收二氧化碳，来源于工业副产物，也广泛用于食品工业。

 

 

液态 CO₂ 通过无磨损的双物质环形喷嘴，在喷嘴出口膨胀形成细微雪晶。这些雪晶被外层压缩空气护套束流并加速至超音速。当高速雪晶撞击待清洁表面时，产生热效应、机械效应、溶剂效应和升华效应的复合作用，实现高效清洁。被清除的污染物在紧凑型清洁腔体内被抽排，防止产品二次污染和环境扩散。

 

该工艺的一大优势在于，CO₂ 晶体在清洁过程中完全升华，清洁后的表面干燥无残留，无需额外的冲洗和干燥步骤，直接省去了传统工艺中能耗最高的两个环节。

 

 

系统验证材料兼容性与细胞毒性

 

Iländer 解释，Bausch+Ströbel 此前已了解 quattroClean 技术在不同污染物去除方面的清洁效果，但缺乏针对制药容器材料兼容性的有效数据。联合项目的核心目标是证明两件事：一是雪晶的机械冲击力不会改变、损伤或破坏容器表面；二是热应力和 CO₂ 的化学特性不会影响容器表面或生物相容性，例如不会导致细胞毒性物质的释放。

 

 

研究涵盖了制药和医疗领域常见的多种材料。除玻璃西林瓶外，测试样品包括不同表面处理的 1.4301 和 1.4305 不锈钢，以及聚醚醚酮（PEEK）、聚乙烯（PE）、聚甲醛（POM）、镍钛诺（nitinol）和钴铬合金。

 

Fraunhofer IPA 负责测试样品的表面评估。清洁前后，研究人员分别使用光学显微镜和扫描电子显微镜对样品表面进行检测。干冰喷射清洁在最严苛条件下执行，以 12 bar 高压对测试样品的中段和边缘进行连续 10 秒的 CO₂ 雪晶照射。

 

玻璃西林瓶的检测结果令人满意。显微镜观察未发现新裂纹，已有缺陷也未出现扩展。荧光渗透检测进一步证实，雪晶冲击未在玻璃中引入额外应力。骤冷后回温至室温的过程同样未导致微裂纹。

 

在生物相容性方面，依据 DIN EN ISO 10993-5:2021-05 和 DIN EN ISO 10993-12:2021-08 标准进行的体外细胞毒性测试确认，CO₂ 干冰不会对细胞活性产生任何不良影响。按 ISO 16017-1 标准执行的挥发性有机化合物（VOC）和半挥发性有机化合物（SVOC）分析显示，Tenax 吸附管检测值均处于或低于测量限值。

 

 

基础验证完成，迈向市场化应用

 

综合上述研究结果，quattroClean 干冰喷射清洁工艺在材料兼容性层面满足制药行业的各项要求，已完成基础验证，符合 GMP 和 FDA 相关法规。

 

Iländer 表示，联合项目为客户提供了关键数据，并形成了基本解决方案。下一步计划是将研究成果转化为市场化产品，针对特定应用场景大幅降低灌装后外部清洁的运营成本和资源消耗。

 

对于制药企业而言，干式清洁技术的成熟意味着灌装后处理环节有望告别对超纯水的高度依赖。在全球制药行业绿色制造转型加速的大趋势下，减少水耗、降低碳排放的清洁方案将获得更多关注。Bausch+Ströbel 与 acp systems 的这一合作，为灌装包装领域的可持续发展提供了一条经过验证的技术路径。