Hiện nay, vắc-xin đang nhận được sự quan tâm đặc biệt trên toàn cầu do tác động của đại dịch COVID-19. Trong bối cảnh đó, công nghệ chân không ngày càng khẳng định vai trò quan trọng và gần như không thể thiếu trong sản xuất công nghiệp nói chung và trong quy trình sản xuất vắc-xin nói riêng. Bên cạnh yêu cầu nghiêm ngặt về công nghệ, vắc-xin cũng đòi hỏi điều kiện bảo quản và vận chuyển khắt khe. Ví dụ, vắc-xin Pfizer-BioNTech cần được duy trì ở nhiệt độ khoảng -60°C để đảm bảo chất lượng trong suốt chuỗi cung ứng.
Sấy đông khô sản xuất Vắc-xin
Ứng dụng chân không trong công đoạn sấy lạnh (đông khô) đã khá phổ biến trong ngành dược phẩm. Tuy nhiên, trong nhiều bước của quá trình tổng hợp và tinh chế, chân không cũng đóng vai trò then chốt và gần như bắt buộc.
Chẳng hạn, tinh chế là một công đoạn tối quan trọng trong sản xuất, thường có sự tham gia của máy ly tâm siêu tốc. Dựa trên sự khác nhau về hệ số lắng và khối lượng riêng giữa các thành phần trong hỗn hợp, quá trình ly tâm cho phép tách chúng ra một cách hiệu quả. Ở những hệ ly tâm có tốc độ quay trên 30.000 vòng/phút (RPM), các thành phần mong muốn sẽ được phân tách rõ rệt khỏi phần cặn và tạp.
Tuy nhiên, ở tốc độ cực cao như vậy, ma sát với không khí trong buồng ly tâm có thể tạo ra lượng nhiệt lớn, làm biến tính hoặc phá hủy các cấu phần nhạy cảm của mẫu. Đây chính là lúc hệ chân không cao phát huy tác dụng, hệ bơm kết hợp bơm Turbo với bơm sơ cấp (ưu tiên bơm chân không khô) giúp giảm mật độ khí, hạn chế ma sát và sinh nhiệt, từ đó bảo vệ vật liệu và đảm bảo chất lượng tách chiết.
Bảo quản đông khô (Freeze drying)
Thành phần quan trọng của vắc-xin là các vi sinh vật hoạt động và các enzim, chúng phải còn sống để hoạt động hiệu quả. Vắc-xin sống sau khi điều chế được trộn với một chất ổn định gốc nước để tạo thành dạng huyền phù, và được đem đi đông lạnh. Sau đó, chân không được sử dụng cùng với một lượng nhiệt nhỏ để phần đóng băng chuyển thành pha hơi hoặc thăng hoa . Bởi vì quá trình thăng hoa có nhiệt độ thấp nên các thành phần của vắc-xin vẫn hoạt động và không bị biến chất.
Biểu đồ chuyển đổi pha của nước thay đổi theo áp suất. Pha rắn sẽ chuyển trực tiếp thành pha hơi, không qua pha lỏng làm trung gian.
Đường cong áp suất hơi / đường cong áp suất hơi bão hòa.
Văc- xin đông khô có thể được niêm phong và bảo quản trong môi trường chân không. Việc này có ưu điểm là văc-xin có thời hạn sử dụng dài, hòa tan nhanh với chất pha loãng trong quá trình sử dụng và các đặc tính gần như không bị thay đổi. Hiện đây là phương pháp bảo quản vắc xin sống phổ biến nhất.
Sản xuất lọ thủy tinh
Trước khi vận chuyển và phân phối, vắc xin được cho vào các lọ thủy tinh. Việc lựa chọn loại thủy tinh là rất quan trọng để duy trì hiệu quả của vắc xin. Chỉ thủy tinh borosilicat mới có độ ổn định hóa học cao cần thiết để đảm bảo sự ổn định cho vắc xin. Nó có khả năng chịu giãn nở và co lại do nhiệt rất tốt, cần thiết cho việc bảo quản vắc xin ở môi trường nhiệt độ thấp.
Chân không được sử dụng trong 2 công đoạn sản xuất lọ thủy tinh borosilicat:
- Để loại bỏ không khí trong quá trình nấu chảy, điều kiện hoạt động thường ở áp suất 50 mbar. Các bụi thủy tinh và nhiệt độ cao được xử lý bởi các bơm chân không vòng dầu tiêu chuẩn. Nhưng càng ngày, để giảm chi phí vận hành, cả bơm cánh gạt và bơm trục vít khô đều được sử dụng. Bơm trục vít khô là phương án tiết kiệm chi phí vì không cần thay dầu thường xuyên.
- Quá trình đúc yêu cầu áp suất hoạt động ở 100 mbar. Quá trình làm việc là liên tục nên việc dừng hoạt đông của bơm là rất ngắn. Các bơm được sử dụng phổ biến trong quá trình này: bơm cánh gạt , bơm trục vít vòng dầu; bơm trục vít khô.
Vận chuyển và bảo quản trước khi sử dụng
Như đã đề cập, vắc xin đầu tiên được phê duyệt của hãng Pfizer BioNtech, yêu cầu bảo quản ở -60o C. Duy trì nhiệt độ này là thực sự là một thách thức. Việc sử dụng công nghệ tấm cách nhiệt chân không Vaccum insulation Panel (VIP) là phương pháp duy trì được điều này và tiết kiệm năng lượng.VIP cung cấp hệ số dẫn nhiệt rất thấp là 0,004W (m.K), với độ dày thành bình chứa phổ biến là 25 -60mm. Để hiểu rõ chúng ta so sánh với bông cách nhiệt sợi khoáng thông thường có độ dày 150mm và có hệ số dẫn nhiệt là 0,04W (m.K). Điều này không chỉ có ý nghĩa là hiệu quả cao hơn mà còn trữ được nhiều mẫu hơn trong kho làm lạnh.
Công nghệ này có các ứng dụng toàn diện hơn để cách nhiệt cho các tòa nhà cũ mà không làm mất đáng kể không gian bên trong đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải carbon. Cấu trúc VIP bao gồm ba phần: vật liệu cách nhiệt, vật liệu hấp phụ khí (Getter) và màng cách nhiệt kín.
Hệ thống bơm chân không sơ cấp với tốc độ hút cao sẽ giảm thiểu thời gian trước khi bơm khuếch tán hoạt động nâng cao năng suất làm việc.
- Sử dụng hệ thống bơm chân không cao kết hợp với máy ly tâm tốc độ cực cao cho phép tinh chế vắc xin trong khi giảm thiểu tác động có hại của nhiệt lên sản phẩm.
- Làm khô đông lạnh chân không cung cấp khả năng bảo quản số lượng lớn lâu dài trước khi đóng vào lọ thủy tinh để phân phôi
- Sản xuất lọ thủy tinh phụ thuộc vào chân không để loại bỏ không khí trong quá trình nấu chảy. Ngoài ra, chân không còn có vai trò quan trọng trong quá trình đúc.
- Công nghệ tấm cách nhiệt chân không nâng cao hiệu năng cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng vượt trội, rất quan trọng đối đối với việc bảo quản lâu dài của văc-xin.
Nếu quý anh/chị đang cần ứng dụng công nghệ chân không trong sản xuất vắc-xin, vui lòng liên hệ Hyesungtech để được tư vấn giải pháp phù hợp và hỗ trợ kỹ thuật chi tiết.
Nguồn tham khảo: https://www.leybold.com/en-ie/knowledge/blog/vaccine-manufacturing-made-possible
Xem thêm: Giải pháp thiết bị y tế
