关键词：
新型冠状病毒
mRNA
mRNA疫苗
模块化厂房
摘要：
自2019年12月武汉出现不明肺炎感染病例,对人类健康、社会发展及经济状况都造成了非常严重的破坏。通过相关研究证实该肺炎是由新型冠状病毒SARS-Co V-2引起,该病毒具有高度传染性,对于疫情防控,阻断传染源的相关工作造成了极大困难。研究发现,接种疫苗可以在一定程度上让易感人群得到保护,减轻感染症状。目前,已经陆续有超过200多个新冠病毒疫苗进入临床研究的阶段,也有数种疫苗在不同地区获批上市或取得了紧急使用授权。相比其他疫苗,mRNA疫苗又具有生产工艺简单、生产效率高、免疫原性好、安全性高的优势,并且在本次新型冠状病毒流行期间发挥了重要的作用。在疫情当下,如何快速的将疫苗从研发转化为大规模生产已经成为当务之急。而大规模生产mRNA疫苗需要建立一定的生产体系,包括生产设备、模块化洁净厂房、工艺流程等。而模块化洁净厂房由于其建设周期短、空间利用效率高、可拓展、可移动等优势成为当前疫苗生产的主流厂房,在短时间内可以快速实现mRNA疫苗的产业化。但是,目前国内缺乏基于大规模生产生物医药的经验与具体案例,特别是疫苗生产技术,再加上疫苗制备新技术、新工艺、新设备的迭代效应,导致大部分生物技术产企公司需要对产能结构进行调整,特别是模块化厂房的升级。除此之外,国内也没有形成一种标准化的厂房建设实施方案,更缺乏mRNA疫苗技术平台和模块化厂房实践相结合的案例。因此,本研究论文以mRNA疫苗生产技术为研究方向,根据mRNA新冠疫苗生产工艺流程,结合最佳产能总值、融入生产工艺的集约化、智能化创新技术对模块洁净化厂房的功能布局和设备清单进行优化设计,再将mRNA疫苗的上游生产技术与模块洁净化厂房相结合,并对实际的mRNA模块化厂房实施案例进行分析研究,确保案例立足技术创新、经济效应、社会效应等层面来证实mRNA疫苗大规模生产与模块化厂房相结合的建筑方式可以大幅提高产业化转换的效率,达到降低整体生产成本的目的,为mRNA疫苗的大规模生产提供相应的参考价值。主要研究内容为:(1)结合新冠mRNA疫苗的生产工艺流程,按照1.2亿剂规模的设计产能和排班计划确定产品生产工艺,分别从上游、下游生产工艺总结出关键工艺技术与设备并对关键技术的厂房功能布局进行设计。上游技术主要包括菌株发酵、质粒提取与纯化、体外转录及消化DNA;工艺设备主要包括发酵系统、裂解系统、超滤系统、层析系统。下游技术包括无帽mRNA纯化、mRNA加帽及纯化、mRNA原液稀释、包封模块、西林瓶灌装联动线。厂房功能布局主要包含发酵培养、菌体收集裂解、质粒纯化、质粒线性化、体外转录与加帽、mRNA包封、制剂区域。(2)从概念设计、基础设计、详细设计制定了符合生物制药的模块化厂房的路径设计方案。同时根据模块化厂房的特点,制定出符合模块化厂房的施工工序,第一步分析最终用户的需求,第二步完成功能分区,第三步结合详细工艺和法规要求细化工艺平面图,第四步进行施工图深化,同时可以利用BIM系统进行3D模型构建,最终根据模块尺寸要求,拆分成95个模块进行模块化厂房设计,在工厂设计的同时,对应的设备和配套系统就同步安装到模块中。(3)对沃森生物由95个核心模块组成的mRNA疫苗生产厂房的实际案例研究,设计方面采用了建筑设计、工艺设计以及3D建模为一体的同步设计方式,大大提高了空间的利用率,整合各专业指导施工,在提高效率的同时,降低了运维成本和频率;建设方面采用现场建筑基础和模块化厂房同时施工的策略,缩短了整体工期,提前错开了现场基础养护时间,最终现场18天完成厂房安装工作;管理方面,采用数字化手段,在3D厂房模型基础上,让虚拟工厂与现实工厂进行数据交互,可以实现VR参观、培训、维护等功能,同时也可通过工程数据中心进行远程管理,可做到预防性维护,减少停机风险。mRNA技术作为生物制药领域较为前沿的技术,全球仅有欧美少数的企业形成了mRNA疫苗的大规模产业化能力,我国在该领域尚处于早期阶段,还没有产品实现产业化,mRNA疫苗的产业化尤为重要,不光只针对当下流行的新型冠状病毒,该技术平台还可以用于其他疾病的mRNA疫苗生产。本研究在探索mRNA疫苗和模块化厂房技术的融合,通过实际参与项目,总结实施过程中的亮点和后续可优化的方向,希望可以在未来人类应对突发传染病的时候可以给疫苗生产者提供一个探索方向。
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