NewsAnforderungen der Pharmaindustrie an Roboter in aseptischen Umgebungen

Robotik im aseptischen Umfeld: SKAN und Stäubli gelingt
zukunftsweisendes Technologie- und Design-Upgrade
Die Pharmaindustrie hat sich kontinuierlich weg von manueller hin zur vollautomatisierten Industrieentwickelt. Grund: Steigende Anforderungen an Hygiene, Sicherheit und Produktivität. Die Covid-19-Pandemie
beschleunigt diesen Wandel.
Die Anforderungen sind mit dem Entwurf der GMP-Annex, 1. Revision und den FDA-Richtlinien noch einmal
strenger geworden – Roboter kommen in diesem sensiblen Umfeld mehr und mehr zum Einsatz. Die Baureihe
Stäubli Stericlean aus dem Jahr 2009 war die erste, die den aseptischen Anforderungen – insbesondere in
Isolatoren und RABS – gerecht wurde.
Neues Selbstverständnis: umfangreiches Validierungs- und Dokumentationspaket
Der August 2021 markierte den Startpunkt für eine Partnerschaft zwischen Stäubli und SKAN, mit denen beide
den steigenden regulatorischen Anforderungen gerecht werden möchten. SKAN ist ein weltweit führenderAnbieter von Isolator Systemen, der sich auf pharmazeutische und aseptische Umgebungen spezialisiert hat. "Dieanalytischen Dienstleistungen von SKAN (SKANalytix) helfen Stäubli, das aseptische Roboterdesign zu verbessern.
Zudem gibt es ein dringend benötigtes Validierungs- und Dokumentationspaket, das Kunden fordern. Wir haben
unsere Hausaufgaben gemacht", schmunzelt Rudolf M. Weiss, Global Head of Pharma & Medical bei Stäubli.
"Mit dem SKANalytix-Service bieten wir unseren Kunden analytische Unterstützung bei ihren Fragen und Anliegenrund um die aseptische Verarbeitung", so Gregor Hommes, Head of Research and Strategic Business Development
bei SKAN. "Wir bieten Studien rund um Isolatoren an und führen Tests zur Produkt-, Prozess- undBedienersicherheit in Bezug auf Isolator- und Reinraumtechnik durch."
Die Zusammenarbeit von Stäubli und SKAN mündete in die Entwicklung neuer Funktionen für das StericleanPaket. Sie machen die Roboter fit für aseptische Fertigungsbedingungen.
Anforderungen der Pharmaindustrie an Roboter in einer aseptischen Umgebung
Das Hygienic Design ist ein maßgeblicher Aspekt für Roboter, die in einer aseptischen Umgebung agieren dürfen.
Die Besonderheiten des Designs decken ein breites Spektrum ab.

"Es gibt zwei Hauptfaktoren", sagt Richard Denk, Senior Consultant Aseptic Processing and Containment bei SKANund Vorsitzender der ISPE (International Society for Pharmaceutical Engineering). "Erstens: die gesamte
Außenfläche des Roboters. Kann diese nicht ausreichend gereinigt und dekontaminiert werden, besteht dieGefahr, dass die aseptischen Verarbeitungsbedingungen nicht eingehalten werden können. Die Materialienmüssen entsprechend ausgewählt werden und das Design sollte einen einfachen Zugang ermöglichen. Zweitens:
die beweglichen Teile stellen das größte Risiko der Partikelerzeugung dar. Hier muss der Konstruktion undAbdichtung von Verbindungen besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden."Genauer gesagt: Lücken in den Gelenken in der äußeren Hülle des Roboters in denen sich Mikroorganismen
ansammeln und wachsen könnten, müssen vermieden werden. Die Oberflächenrauheit kann eine Ra von nicht
mehr als 0,8 μm aufweisen, um eine Ansammlung von Pilzen oder Bakterien zu vermeiden und eine effiziente
Reinigung zu ermöglichen. Die Oberfläche muss allen Reinigungs- und Oberflächen-dekontaminationsmaterialien
widerstehen, insbesondere vaporisiertem Wasserstoffperoxyd (H2O2), das zur Oberflächendekontamination inIsolatoren verwendet wird.
"Ein Roboter sollte keine Turbulenzen im laminaren Luftstrom erzeugen, während er sich bewegt", fährt Richardfort. "Partikel, die während der Bewegung freigesetzt werden, müssen auf einer niedrigen Schwelle bleiben, um
die ISO 5-Standards einzuhalten. Zu guter Letzt muss ein Roboter leicht zu reinigen und zu dekontaminieren sein:
Alle Bereiche müssen zugänglich sein – Bereiche wo sich Stoffe, Partikel oder Mikroorganismen ansammeln odersammeln können, sind zu vermeiden. "Die Stäubli Stericlean Roboter TS2-60 sowie TX2-40, TX2-60 und TX2-90 wurden intensiven Tests durch SKANalytix
unterzogen, um mögliches Verbesserungspotenzial zu finden und sie für die Reinraum- oder Isolator-Umgebungzu optimieren.
Intensive Tests auf Roboter-Reinigbarkeit, Widerstand und Bewegung in einem Isolator„Einzeln gibt jeder Test Auskunft über einen Designaspekt des Roboters. Zusammen entsteht ein vollständiges
Bild über den Roboter und seine Eignung für einen Einsatz im Isolator. Je nach Art des Tests dauern diese voneinigen Stunden bis hin zu Wochen,“ beschreibt Maximilian Mittelviefhaus, Research Manager bei SKAN, das
Verfahren hinter jedem Test.
1/ Reinigbarkeit der Ausrüstung
Er erläutert das: "Wir besprühen den Roboter mit einer fluoreszierenden Tracer-Substanz wie Riboflavin, bevor
wir einen Reinigungsvorgang durchführen. Nach der Reinigung hilft jede Restfluoreszenz, Schwachstellen im
Design zu identifizieren. Optisch zeigt sich wo die Zugänglichkeit zu gering ist und wo Verunreinigungen schwer zu
entfernen sind und / oder sich wahrscheinlich aufbauen werden." Die Tests können noch weiter gehen, indem
Surrogat-Kontaminationen präzise aufgetragen und nach dem Reinigungsvorgang bis auf das Nanogramm-Niveau
nachgewiesen werden.
2/ Chemische und mikrobiologische Beständigkeit"Diese Tests konzentrieren sich auf die Sicherstellung, dass alle Materialien ein Panel von häufig verwendeten
Reinigungs- und Dekontaminationsmitteln, einschließlich H2O2, enthalten", fährt Maximilian fort. Alle Materialienmüssen auch gegenüber Bakterien und Schimmelpilzen inert sein. So wird ein standardisierter Satz vonMikroorganismen auf das Baumaterial geimpft und ihr Wachstum wird über vier Wochen überwacht.

3/ Adsorption/Desorption
Materialien sollten H2O2 während der Dekontaminationsverfahren nicht adsorbieren. "Wenn die Adsorption
stark oder die Ausgasung langsam ist, kann dies zu H2O2-Konzentrationen in einem Isolator führen, die für das zu
handhabende Produkt schädlich sein können", verrät Maximilian. "Der Dekontaminationsprozess kann auchunnötig lang werden. Wir praktizieren eine standardisierte Prüfung der H2O2-Adsorptions- undDesorptionskinetik.“4/ D-Wert-Tests
Ein D-Wert in der Mikrobiologie gibt die Zeit an, die erforderlich ist, um eine 1 (log) 10-Reduktion (90%Inaktivierung) von Bakterien unter bestimmten Bedingungen zu erreichen. Ein niedriger D-Wert bedeutet eineschnellere und einfachere Dekontamination. Die Effizienz der H2O2-Dekontamination kann je nach Materialvariieren. Verschiedene Oberflächen an einem Roboter können beeinflussen, wie sich Verunreinigungen auf einer
Oberfläche ablagern oder wie leicht H2O2 diese Kontamination neutralisiert.
"Mit diesem Test kontaminieren wir künstlich Probenstücke, dekontaminieren sie im Anschluss und vergleichen
die Ergebnisse mit Edelstahl. Letzteres bildet die meisten Oberflächen in einem Isolator ab und dient alsReferenz", veranschaulicht Maximilian.
5/ Partikelemissionen
Während der kinematischen Bewegung sollte der Roboter keine Partikel produzieren, die das im Isolator
behandelte Medikament kontaminieren könnten. "Dieser Test stellt die Einhaltung der ISO-5-Anforderungen füreinen Roboter sicher, der in einem Isolator eingesetzt wird", erzählt Maximilian.
6/ Oberflächenrauheit
Abschließend konstatiert er: "Schließlich bewerten wir die Oberflächenrauheit verschiedener Ersatzteilmaterialien
als Bestandteil des Hygienic Design. Parameter für die Profilrauheit und die Flächenrauheit werden bestimmt.
Zudem vergleichen wir diese Werte mit denen gemäß den EHEDG-Richtlinien und den internen Spezifikationen
von SKAN".
7/ Dichtheit der Dichtung"Zusätzlich zu den SKAN-Tests führen wir unseren eigenen Dichtheitstest durch", ergänzt Renaud Doen, Stäubli'sR&D Pharma Leader. Gemäß den IP65-Anforderungen wird die Dichtheit der Dichtung bei dynamischen undstatischen Bewegungen gemessen.
Die SKAN-Ergebnisse und ihre Bedeutung bei der Verbesserung des Roboterdesigns für die Pharmaindustrie
Das Testen ergab zwei große Vorteile. Für Stäubli größere Fortschritte in der F&E-Konstruktion und eine fürKunden höhere Transparenz über die Roboterleistung.
Renaud Doen kommentiert: " Wenn wir unsere eigenen Testergebnisse mit denen von SKAN vergleichen undkombinieren, gewinnen wir ein viel detaillierteres Verständnis kritischer Mängel an unseren Robotern. Wir haben
das Design angepasst, um glatte, reinigbare Oberflächen zu schaffen und die Dekontaminationsfähigkeiten allerOberflächen und Materialien zu verbessern."

Richard Denk bestätigt: "Diese Informationen helfen, das Roboterdesign zu verbessern. Die Tests sind sehrnützlich, um zu validieren, ob sich die implementierten Änderungen positiv auf die Eignung des Roboters für den
beabsichtigten Einsatz ausgewirkt haben."Sébastien Lagarde, Global Pharma and Medical Market Leader bei Stäubli: "Dieser Ansatz unterstützt den Wandelin unserer Kommunikation. Kunden haben jetzt vollständig transparente und neutrale Nachweise über die
mechanischen und aseptischen Fähigkeiten eines Roboters. Sie können sich ihre eigene Meinung über den Wert
unserer Roboter bilden."
Mikrobiologische, Adsorptions- und Desorptions- sowie D-Wert-Tests sind für Kunden wichtig. Diesewissenschaftlichen Daten sind nun Teil des Validierungs- und Dokumentationspakets jedes Roboters. "Da die
Reinigungsverfahren von Kunde zu Kunde unterschiedlich sein können", räumt Sébastien ein, "ermöglichen die
Tests eine Empfehlung von Reinigungsmethoden, die an unterschiedliche Geräte, Aktivitäten und erforderliche
Reinigungsschwellen angepasst sind.""Die Bereitstellung von Testergebnissen ist nichts, was wir tun müssen. Es ist eine Verpflichtung, die wir eingehen,um das Vertrauen unserer Kunden und Partner in uns zu stärken, begründet Rudolf Weiss. Kunden haben jetzt
neutrale Nachweise, dass Stäubli Roboter ihre wesentliche Rolle in Isolatoren erfüllen.

Stäubli Roboter mit fluoreszierender TracerSubstanz (Riboflavin) und Reinigung. (Quelle:Stäubli/Skan)

Ingenieur bei der Durchführung des CleanoomTests. (Quelle: Stäubli)