大容量疫苗孵化設備的設計與開發(fā)

周歷群

（中國電子科技集團公司第四十一研究所，山東 青島 266555）

0 引言

目前疫苗生產(chǎn)的方式有2種。1） 使用細胞培養(yǎng)轉瓶機培養(yǎng)，一般在溫室內(nèi)完成。2）采用通用孵化器孵化雞蛋，雞蛋孵化一定時期后，接種病原微生物，在雞蛋內(nèi)繁殖生產(chǎn)。

溫室加轉瓶機的方式，多用于實驗室細胞培養(yǎng)或生物制藥小試，不適合大批量生產(chǎn)。規(guī)模化的疫苗更多的還是用雞蛋培育，在疫苗孵化設備中進行。目前適合培育疫苗的孵化設備的最大容蛋量為90 720 枚，由于雞蛋胚胎發(fā)育時自身會放熱，盲目增大產(chǎn)量會造成超溫，這對疫苗的生產(chǎn)是很致命的。大容量且適宜疫苗生產(chǎn)的孵化設備是目前生物制藥廠所需的。

1 現(xiàn)有方案的分析與新技術需求分析

1.1 原有方案的分析與技術難點

生物制藥廠所需的疫苗孵化設備，通常是在現(xiàn)有的孵化設備平臺上進行了特殊改造的。目前適用的最大機型為90720 疫苗孵化機，該孵化機解決了之前孵化設備皮帶的粉塵問題，基本滿足生物制藥的GMP 要求。有待改進之處是濕度不夠高，影響雞蛋尿囊液的收割量，更主要的是產(chǎn)量達不到要求，不利于疫苗的批次管理。

生物制藥廠需要滿足整入整出孵化要求的大容量孵化設備，環(huán)形氣流場的長度會影響通風的效果，更會直接影響溫度場的均勻性，目前大容量孵化設備的環(huán)形氣流最多可以穿透84 枚蛋。為增加容蛋量，在不改變環(huán)型氣流長度的情況下多放雞蛋，會影響溫度場的穩(wěn)定，影響系統(tǒng)的性能，這是不可取的。

另外疫苗生產(chǎn)工藝對生產(chǎn)區(qū)域的劃分要求十分嚴格，即雞蛋接種病原微生物前與雞蛋孵化后的路線需要分開。傳統(tǒng)的疫苗孵化設備，雞蛋接種疫苗前與雞蛋孵化后的路線無法嚴格分離。

1.2 大容量疫苗孵化設備的技術參數(shù)需求

根據(jù)生物制藥需求開發(fā)設備，參照EI 系列巷道式孵化設備[2]，整理的技術參數(shù)包括10 個方面。1）容蛋量：193 536 枚（近20 萬枚）。2）蛋車數(shù)量：32 輛，每輛車的容蛋量為6 048枚。3）外形尺寸：寬×深×高=4.8 m×10.8 m×2.6 m。4）視在功率：24 kW。5）絕緣電阻：≥2 MΩ。6）控溫范圍：31.50 ℃～39.00 ℃。7）控溫精度：±0.1 ℃。8）控濕范圍：40 %RH～80 %RH。9）控濕精度：±1 %RH。10）設備有分別的出入門。

2 大容量疫苗孵化機的技術創(chuàng)新與方案實施

利用在孵化設備方面的研發(fā)生產(chǎn)優(yōu)勢進行技術整合與創(chuàng)新。利用環(huán)形氣流技術開發(fā)一種大容量疫苗專用的孵化設備。根據(jù)已有的疫苗蛋盤設計孵化車，雞蛋裝入孵化車后，推入箱體進行孵化。

2.1 創(chuàng)新方案具體措施

在現(xiàn)有技術的基礎上進行創(chuàng)新，主要包括7 個方面。1）選用環(huán)型氣流技術方案，每層氣流穿透64 枚蛋，確保蛋區(qū)溫度均勻。與90720 疫苗孵化機的氣流相比，其可以獲得更穩(wěn)定的溫度場。2）采用蒸汽加濕的方法，基于等溫加濕的原理，可以使氣化效果更好，加濕能力更強，消除了因加濕引起的溫度波動。噴頭易清洗消毒，而且蒸汽高溫消毒有利于防疫。更符合GMP 對環(huán)境的要求。克服90720 疫苗孵化機水霧加濕能力不足的問題，而且水霧加濕會吸熱，改善了溫度場不穩(wěn)定的缺陷。3）蛋車整體采用不銹鋼板材料，焊接結構，四活輪，整體剛性強，活動靈活。每輛車的容蛋量為6 048 枚，32 輛車滿足容蛋量193 536（近20 萬枚）的要求。4）大通道框架，單元串聯(lián)結構。為確保蛋區(qū)的溫度均勻與穩(wěn)定，減少每層氣流穿透雞胚的數(shù)量，90720 疫苗孵化機為84 枚，現(xiàn)為64枚蛋。為保證容量（近20 萬枚）的要求，采用4 個相同的單元串聯(lián)而成，每個單元采用獨立的環(huán)形氣流與加熱、加濕方案，保證每個區(qū)域的溫度與濕度均勻一致，從而保證了整個大框架內(nèi)的系統(tǒng)性能。設備兩頭為開門結構，蛋車從設備的一頭進另一頭出，既保證容量，又避免交叉污染。確保批次入孵193 536 枚雞蛋的疫苗孵化要求。5） 箱板采用的不銹鋼板夾芯板中間為硬質聚氨酯泡沫。這種夾芯板具有高強度與高穩(wěn)定性，并具有良好的保溫性。整體采用型材拼接結構，并能實現(xiàn)多臺連接，無衛(wèi)生死角與夾縫。不銹鋼面板易清洗消毒，滿足GMP 對環(huán)境的要求以及設備的孵化要求。6）接種疫苗后的雞蛋在孵化時會產(chǎn)生自熱，為防止超溫，每個單元配備了水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)采用銅制盤管，內(nèi)通流動冷卻水，由電磁閥控制水流量，具有制冷效果好、制冷效率高的特性。符合GMP的要求。7）每個單元都配有進出風系統(tǒng)與進出風門聯(lián)動控制，按照需求可以調(diào)節(jié)風門的開口大小。進風口設在每個單元的風扇前，出風口設在每個單元的另一端，遠離蛋車側，進入單元的新風與單元內(nèi)的氣流攪拌后再進入蛋區(qū)，保證了溫度場的穩(wěn)定。進出風口都要有一定的靜壓（凈化車間標配），防止GMP 車間的空氣交叉污染。

2.2 單個單元的內(nèi)部結構

單個單元的內(nèi)部結構如圖1 所示。

2.3 控制系統(tǒng)的主頁面狀態(tài)圖

控制系統(tǒng)的主頁面狀態(tài)圖如圖2 所示。

圖1 單個單元的內(nèi)部結構

圖2 主頁面狀態(tài)圖

3 大容量疫苗孵化機的整體測試

采用框架結構，單元串聯(lián)，并且采用蒸汽加濕的方法，滿足大容量批次的疫苗生產(chǎn)，并且實現(xiàn)疫苗的生產(chǎn)路線不交叉的工藝要求，疫苗孵化車從設備的一端推入，孵化后從設備的另一端推出。根據(jù)孵化機的技術條件進行整機測試[1]，溫濕度穩(wěn)定，控溫精度達到±0.1 ℃，濕度穩(wěn)定在70 %RH 以上。

3.1 溫度測試布局圖

圖3 為一個單元的溫度與濕度的測試探頭的位置圖，每輛車布置5 個溫度測試點，圖中用圓點表示，濕度測試探頭在箱體內(nèi)，遠離風扇處，圖中用圓環(huán)表示，左圖為單元俯視圖，右圖為左圖的左視圖。參照EI 系列巷道式孵化設備進行設備測試[2]。

3.2 溫濕度測試結果

表1、表2 表示的是一組多路溫濕度測試儀的測試數(shù)據(jù)，環(huán)境溫度22 ℃，濕度52 %RH，設定機器溫度38 ℃。機器顯示溫度為38 ℃，按如圖3 所示布置溫濕度探頭，在系統(tǒng)穩(wěn)定后，進行驗證測試。

圖3 每單元測試探頭布置圖

表1 溫度指標測試記錄

表2 相對濕度測試記錄表

4 結論

該文設計了一種大容量疫苗孵化設備，采用大框架結構，獨立單元控制，單元串聯(lián)方式，在整入整出的孵化模式下，可以滿足蛋容量近20 萬枚的生產(chǎn)要求。縮短單元環(huán)形氣流的長度，使溫度更均勻，從根本上解決了由于容蛋量大，導致雞蛋發(fā)育時的自熱會造成箱體內(nèi)部超溫的現(xiàn)象，避免了疫苗生產(chǎn)過程中發(fā)生過熱的風險。并且采用蒸汽加濕，濕度高且穩(wěn)定，雞蛋尿囊液的收割量大，滿足疫苗孵化設備的高濕度要求。設備入口與出口區(qū)分，避免接種雞蛋的行進路線交叉。該設備完全符合疫苗生產(chǎn)工藝要求，并且滿足生物制藥生產(chǎn)GMP 規(guī)范要求，更適合高質量的生物疫苗生產(chǎn)需求。