Sản xuất vắc-xin bằng chân không Ngày 24 tháng 2 năm 2021

Việc sử dụng chân không để sấy đông lạnh trong ngành dược phẩm là rất phổ biến, nhưng có một số bước trong quá trình tổng hợp mà chân không là rất quan trọng.

Làm sạch trong quy trình sản xuất là điều tối quan trọng, và một máy ly tâm tốc độ siêu cao được sử dụng để tạo điều kiện thuận lợi cho bước này. Hệ số lắng hoặc mật độ nổi khác nhau của các thành phần hỗn hợp cho phép đạt được quy trình tinh chế. Cần có tốc độ quay cao hơn 30.000 vòng/phút để tạo ra sự tách biệt hoàn toàn giữa các loại hoạt tính và các chất gây ô nhiễm không mong muốn. Tốc độ quay cao như vậy sẽ gây ma sát không khí trong hỗn hợp và dẫn đến phát sinh nhiệt, làm hỏng các thành phần hoạt động. Việc sử dụng hệ thống bơm chân không cao kết hợp bơm turbo phân tử (TMP), và lý tưởng nhất là bơm chân không khô, cho phép chiết xuất nhiệt từ hỗn hợp như minh họa dưới đây. 

Các thành phần quan trọng của vắc-xin là các vi sinh vật và enzyme hoạt động, chúng còn sống và phải duy trì theo cách đó để có hiệu quả. 
 
Vắc-xin sống đã hoàn thành được trộn với chất ổn định gốc nước để tạo thành huyết phù, sau đó vật liệu được đông lạnh. Sau đó chân không được áp dụng với một chút nhiệt, để băng chuyển từ rắn sang hơi hoặc thăng hoa. Do nhiệt độ thấp của quá trình thăng hoa, các thành phần vắc-xin vẫn hoạt động và không bị hư hỏng. 
 
Sơ đồ pha cho nước được minh họa dưới đây minh họa cách thức ở áp suất thấp, băng rắn thay đổi trực tiếp thành hơi, không có pha lỏng trung gian nào liên quan. 

Vắc-xin đông khô có thể được niêm phong và bảo quản dưới chân không; điều này mang lại lợi thế về thời hạn sử dụng lâu dài, hòa tan nhanh chóng với chất pha loãng trong quá trình sử dụng và các đặc tính thu hồi không thay đổi. Hiện nay, đây là phương pháp phổ biến nhất để bảo quản vắc-xin sống.

Trước khi vận chuyển và phân phối, vắc-xin được phân phối vào lọ thủy tinh. Lựa chọn thủy tinh chính xác là rất quan trọng để duy trì hiệu quả của vắc-xin. Chỉ thủy tinh borosilicate thấp mới có độ ổn định hóa học cao cần thiết để đạt được độ ổn định lâu dài của vắc-xin. Nó có độ bền giãn nở và co lại nhiệt tuyệt vời, cần thiết cho việc bảo quản lâu dài ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường.

Chân không được yêu cầu trong hai giai đoạn sản xuất lọ borosilicate:

• Quy trình nóng chảy để loại bỏ không khí bị kẹt trong thủy tinh, thường hoạt động ở áp suất khoảng 50 mbar. Bụi thủy tinh và nhiệt độ cao phải được giải quyết, và theo truyền thống, bơm vòng nước đã là tiêu chuẩn. Nhưng ngày càng nhiều, để giảm chi phí vận hành, cả máy bơm cánh quạt xoay và trục vít dầu đều được sử dụng. Bơm trục vít khô cung cấp một giải pháp thay thế không dầu.

• Quy trình đúc yêu cầu mức chân không khoảng 100 mbar. Thời gian ngừng hoạt động của bơm ngắn và hoạt động liên tục là rất quan trọng, và một lần nữa, cánh quạt xoay dầu, bơm trục vít và bơm trục vít khô đang ngày càng được sử dụng. 

Như đã đề cập, vắc xin được phê duyệt đầu tiên, Pfizer BioNtech, yêu cầu bảo quản ở nhiệt độ -60°C. Duy trì nhiệt độ này là một thách thức đáng kể. Việc sử dụng công nghệ Vacuum Insulation Panel (VIP) cung cấp một phương pháp để duy trì các nhiệt độ này một cách hiệu quả về năng lượng. VIP cung cấp độ dẫn nhiệt rất thấp 0.004W (m.K), với độ dày thành bình thường là 25 - 60 mm. So sánh, len khoáng thông thường có độ dày 150 mm sẽ có giá trị 0,04W (m.K).

Điều này không chỉ mang lại hiệu quả cao hơn mà còn lưu trữ nhiều hơn trong thiết bị làm lạnh.

Công nghệ này cũng có các ứng dụng toàn diện hơn để cách nhiệt các tòa nhà cũ hơn mà không làm mất không gian bên trong đáng kể đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải carbon.

• Cấu trúc VIP bao gồm ba phần: vật liệu cách điện, vật liệu hấp thụ khí (Getter) và màng cách điện kín (rào chắn). Rào chắn cách điện an toàn này được bơm đến mức chân không cao trước khi niêm phong, do đó cung cấp các đặc tính cách điện đặc biệt. 

Dưới đây là một hệ thống chân không điển hình:

Hệ thống bơm chân không sơ bộ tốc độ cao giảm thiểu thời gian trước khi bơm khuếch tán khởi động để cung cấp thời gian quay vòng nhanh cho các tấm.

• Sử dụng hệ thống bơm chân không cao kết hợp với máy ly tâm tốc độ siêu cao cho phép tinh chế vắc-xin trong khi giảm thiểu bất kỳ tác động bất lợi nào của nhiệt lên sản phẩm.
• Sấy đông chân không cung cấp khả năng lưu trữ hàng loạt lâu dài trước khi chuyển sang lọ phân phối.
• Sản xuất lọ phụ thuộc vào chân không để loại bỏ không khí trong quá trình nóng chảy, và ngoài ra, chân không là chìa khóa để đúc lọ đồng đều.
• Công nghệ tấm cách điện chân không cung cấp nhiệt độ thấp đáng tin cậy và tiết kiệm năng lượng, rất quan trọng đối với sự ổn định lâu dài của một số vắc-xin.