在无菌制药行业，不同等级洁净区之间的压差Pressure differential是重要的污染控制措施之一。这里我们先简单梳理一下压差的基础含义。压力是一种物理力，定义为垂直施加在物体表面上的力，该力分布在单位面积上。而压差 ((DP 或 ∆P)) 是一种压力测量方法，其读数和参考值是可变的。压差是通过用其中一个值减去另一个值来计算的。差值就是压力梯度pressure gradient。要生成读数，两个压力中的一个必须高于另一个或低于另一个。如果它们相同，则不会生成压力读数。因此，压差是压力下降的量度。差压是一种不同于“绝对压力 Absolute Pressure’”的测量方法。绝对压力使用无空气空间作为其零点基准。另一种变体是表压Gauge Pressure。定义差异的一种方法是绝对压力以绝对零点作为其零点。相比之下，表压使用大气压力作为其零点。常见的计量单位是帕斯卡Pa或巴Bar。目前，对于无菌区压差的通用单位以帕斯卡为主。洁净空间压力是通过控制洁净空间的进入空气量和抽出空气量来实现的。换句话说，气量的进出差值造就了密闭空间内的压力。而气流方向以及送风和排风量本身并不影响腔室内压力。而为了保持洁净腔室间的压差，相邻空间的压力必须是不同的压力。当然还必须考虑空气泄漏。当压力较高的空间的密封“门”打开时，会产生暂时的压力脉冲，随后相邻空间的压力就会平衡。长时间开放的RABS，理论上不存在对于背景的压差保护，而是一个气流流向保证。差压测量装置有两个输入端口。每个端口施加一个未知压力，仪器输出是两个压力之间的差值。另一种方法是用单独的仪器测量每个压力，然后从其中一个读数中减去另一个读数（这会产生远不准确的测量结果，因为减去测量值的过程会放大每个单独测量中固有的不准确性）。差压装置有很多种：隔膜压力传感器、压阻式、压电式、磁式、电容式和光纤式传感器。而大多数设施使用自动化设施系统或 Magnehelic 仪表。典型精度在 ±2% 以内。在正压条件下，空气自然地从高压区域流向低压区域。当该值恒定时，只要没有其他力量对气流产生阻碍，污染控制通常就能维持。因此，当空气朝一个方向流动时，它就不会朝相反方向流动。举个小朋友都能懂得例子：当空气从气球中流出时，空气不会流入气球，而且只要气球内的空气承受更大的压力，这种情况就会持续下去。在清洁度较低的区域，低压空气将捕获气流中污染物并阻止它们进入“更清洁”的洁净区域，像一个陷阱一样。与之相反，如果当需要负压时，排气装置会以相比单位时间内引入的速度更快的速度将空气从洁净室中抽出。由此产生的负压意味着空气只能流入洁净区内以填充低压区域，从而有效地阻止污染物逃出洁净区域，到达一种囚室的效果。但同时周围的高压区域会通过“泄露”点，引入气流，如果要保证无菌条件，需要更多的考量。因此，根据欧盟GMP的要求，A级无菌区通常需要保持正压，以防止外部污染物进入。只有当产品防护是必须时，才可考虑负压隔离器，但同时需要有足够的措施和方案证明关键区域不受影响。适当的压差是多少？了解 0 Pa 时“渗透性”颗粒侵入对人员存在和移动的影响实际上有多大吗？在“现实”世界中，这是无法测量的！在零（或负值条件下）下，一旦出现泄漏（例如门缝或门打开），理论上，颗粒就会从颗粒浓度较高的相邻空间迁移。这种影响类似于渗透压。因此，需要一定程度的压差，而室内超压会让检查员和制造商产生安全感。因此，20 世纪 50 年代，当第一批洁净室建成时，压差被设定为 12.5 Pa。虽然从理论上考虑了防止颗粒侵入所需的条件，以及根据压力水平防止房间受到过度结构损坏所需的条件，但这并不是基于科学研究的。在考虑 0 Pa 下颗粒物跃迁的风险时，早期研究表明，将压力增加到 5 Pa 可将颗粒物侵入风险降低至少 50%。在稍高一点的水平上，一项研究显示，尽管外部颗粒物浓度很高，但 +7.5 Pa 过压的压差足以将内部浓度保持在接近零的水平。
Adjacent rooms of different grades should have an air pressure difference of a minimum of 10 Pascals (guidance value).
为了建立超额水平（并接受测量仪器的不准确性），至少 +10 Pa 可确保在静态条件下大多数颗粒不会进入。这也许就是该值出现在欧盟 GMP 附件 1 中的原因，作为进一步的衡量标准，Whyte 认为洁净室和外部环境之间的压力最好为 +15Pa。当然，并不是越高的压差越好。过高的压差可能导致更高的能耗，设备和结构的损坏、空气流动不均匀或人员的不适。比如，人的感知阈值一般在几十到几百帕斯卡之间，对大多数人来说，10 Pa的压差通常不会产生明显的体感。因此最佳的压差应根据具体的应用和环境要求来确定，以确保有效防止污染而不影响系统的稳定性。这是一种平衡，也是边际效益的体现。理解压差对于如何实现无菌保证很重要，但其并不是保证无菌的唯一方法，但它是重要的措施之一。确保无菌环境还包括高效过滤、空气流动控制、定期监测、严格的清洁和消毒/灭菌/净化程序等。这些因素共同作用，才能有效维持无菌状态。人生一样，"压力"无处不在，但有恰当的压力不见得是坏事，学会感受和理解压力。
作者：Shengyi
来源：拾西
公众号日期：2024年10月6日
