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在制药领域，水的纯度至关重要。微生物污染或生物负载对消费者健康和制药公司的声誉构成重大威胁。传统的微生物检测方法通常耗时、容易出错且需要大量人力。 实时微生物分析仪 的出现为这些挑战提供了有前途的解决方案，彻底改变了制药商进行生物负荷控制的方式。
微生物污染，在制药用水中也称为生物负载，是指水样中存在的活微生物（包括细菌和真菌）的数量和类型。这种污染是制药公司非常关心的问题，因为微生物污染会损害医药产品的安全性和有效性。 制药用水必须符合监管机构制定的严格纯度标准 ，因为它们是药物生产的关键组成部分。因此，严格的微生物检测对于确保水纯度、保护患者健康和制药过程的完整性至关重要。
制药用水中与微生物污染相关的风险怎么强调都不为过。受污染的水对消费者健康构成直接威胁，尤其是对于免疫系统受损或正在接受关键治疗的人。摄入或接触被病原微生物污染的水会导致严重的健康并发症，例如血液感染、胃肠道疾病和其他危及生命的疾病。
对于许多制药公司来说，水污染的影响在财务和声誉损害方面同样具有毁灭性。制药行业估计，一次召回的成本可能从数十万美元到数百万美元不等，具体取决于问题的严重性和范围。此类事件会通过侵蚀消费者信任和长期的负面品牌影响来损害公司的声誉。
在信息通过社交媒体和在线平台迅速传播的时代，负面宣传会导致销售额、股价和投资者信心大幅下降。
对于制药品牌来说，风险非常高：在保持运营效率和 确保符合最高水质标准的监管 之间取得平衡，是可持续成功的必要条件。
微生物检测的历史可以追溯到 19 世纪后期，当时微生物学领域正在蓬勃发展。Louis Pasteur、Julius Petri 和 Robert Koch 等先驱科学家为理解微生物在健康和疾病中的作用奠定了基础。到 20 世纪初，随着制药工业开始发展，药品生产变得更加复杂，对检测产品（包括水）中微生物污染的可靠方法的需求变得显而易见。
第一次生物负荷计数测试主要依赖于直接观察和培养技术。直到 20 世纪中叶，才开发了定量水中微生物的标准化方法，从而建立了第一个药典指南。在美国， 美国药典 （USP） 开始概述药品可接受的微生物限值和测试方法，强调生产用水质量控制的重要性。
直接平板计数包括收集水样，在实验室中培养，并对几天内形成的菌落进行计数。虽然这些技术一直是标准做法，但它们具有很大的局限性：
膜过滤在 20 世纪中叶开始流行，特别是用于测试更大量的水。在这种技术中，水样通过孔径足够小的过滤器，以捕获微生物（通常直径为 0.45 μm）。然后将过滤器置于培养基上并孵育，类似于平板计数法。因此，膜过滤面临类似的缺点：
虽然传统的微生物负荷检测方法多年来一直是关键工具，但它们具有很大的局限性，可能会危及水质，从而危及患者安全。提到的两种技术都特别依赖于计数 菌落形成单位 （CFU）， 这需要时间让微生物生长成可以物理计数的菌落。因此，这些技术是资源密集型的，需要大量的时间和人力来进行样品采集、处理和分析，并且只能提供特定时刻微生物水平的快照。因此，它们不提供对水质的持续监测。在污染事件可能迅速发生并产生直接后果的行业中，获得结果的延迟可能特别成问题。
此外，并非所有微生物都可以在实验室环境中轻松培养，这意味着某些病原体可能仍未被发现。这种选择性可能导致低估总微生物负荷， 因为样品中存在的一些微生物可能无法在所选培养基上生长。
进入连续、 实时的微生物分析仪， 它为传统方法带来的挑战提供了现代解决方案。这些先进的系统可立即检测微生物污染，从而实现主动干预。
实时微生物检测，如我们的 RMS8120i 分析仪， 依赖于两种成熟的光学测量技术：激光诱导荧光 （LIF） 和米氏散射。这些技术共同作用，以检测和定量高纯度水（如制药生产中使用的水）中的微生物。
以下是该过程的工作原理：
激光诱导荧光 （LIF） 通过利用微生物代谢物（如 NADH 和核黄素）的天然荧光而进行测量。当分析仪中的 405 nm 激光照射流经其中的水时，这些代谢物吸收光并进入激发态。当它们恢复到原始状态时，它们以荧光的形式释放能量，然后由 RMS8120i 中的荧光检测器 光电二极管捕获。
米氏散射通过测量光如何与微生物本身相互作用来补充这一过程。当激光穿过水时，存在的任何微生物都会散射光。探测器记录光是如何散射的，揭示有关颗粒大小和数量的关键信息。 RMS8120i 合成来自荧光和散射检测器的数据。当两个信号在特定标准下对齐时，分析仪将单个微生物识别为 自发荧光单位 （AFU）。结果实时显示在用户友好的触摸屏界面上，提供对水质的清晰和即时的了解。
在基本层面上，AFU 计数就像立即拍摄一张充满活力和细节的照片，而 CFU 计数就像等待渲染一个基本草稿。这种实时功能对于快速检测污染至关重要的制药行业至关重要。
此外，AFU 允许对单个细胞进行直接计数方法，这与 CFU 计数不同，CFU 计数仅估计整个菌落的种群。后续的 AFU 测量可以直接在过程环境中进行，从而降低了与传统采样方法相关的污染风险。这种原位监测提供了对水质的持续洞察，提供了微生物活动的动态视图
| 检测速度 | 连续的 | 直接测量 | 增强的灵敏度 | 立即行动 |
实时监测每两秒出结果，可快速检测污染。虽然平板计数可能需要 5-7 天，但 RMS8120i 在同一时间段内捕获了 216,000+ 次测量。 | 与在单时刻提供快照的静态板计数不同，RMS8120i 可持续分析水流，从而实现主动趋势识别和早期干预。 | 先进的光学测量技术对单个微生物进行计数，不依赖于生长，消除了微孔板方法中菌落形成带来的差异。 | RMS8120i 能够检测小至 0.3 μm 的微生物。该分析仪还揭示了活但不可培养 （VBNC） 细菌，即传统方法可能会遗漏的微生物。 | 来自 RMS8120i 的趋势数据有助于确定何时需要对供水系统进行消毒，并有助于快速响应污染。这种积极主动的方法可以降低使用受污染水的风险，同时优化消毒频率。 |
在制药行业，纯化水、超纯水和注射用水的微生物监测不仅仅是一种良好的质量控制实践;这是一项监管要求。 美国药典 （USP） 制定的标准规定了必须检测微生物污染的条件。
例如， USP <61> 概述了微生物限度的要求，规定了非无菌产品中可接受的微生物水平，并强调了水质的重要性。 USP <62> 详细介绍了在无菌水中检测特定病原体的方法，包括大肠杆菌、沙门氏菌和铜绿假单胞菌。此外，USP 关于制药用水的 USP <1231> 一直支持对制药用水进行在线、连续监测。这种方法可确保收集历史过程中数据，从而有效控制供水系统，并保持水的生产符合可接受的质量标准。
RMS8120 i符合 USP <1223> 标准和《中国药典》9209，该标准鼓励验证在准确度和灵敏度方面具有优势的替代方法。它还遵守 FDA 和 EMA 发布的替代微生物测量方法指南，确保符合监管标准，同时改进监测过程。
梅特勒托利多 Thornton 的 RMS8120i 是一款在线分析仪，用于实时测量制药用水中的微生物污染（生物负荷）。基于激光的技术能够直接从水样中即时检测和定量微生物，克服了耗时的基于生长的方法的局限性。
Areen Kalantari has extensive experience in biotechnology applications, including cell culture and fermentation, as well as pharmaceutical water systems. Areen has worked closely with global pharmaceutical and biotech customers to implement effective SOPs and train personnel on these complex biological and process operations. He assists clients with the implementation of process control instruments, helping them understand how to maintain proper process control and quality control for USP-regulated water systems.
