Contatori di particelle e monitoraggio ambientale

L’altro giorno stavo parlando con Nicolas di MIRRHIA FACILITY quando, all’improvviso, sobbalza come se avesse avuto un’idea geniale (ne ha spesso) e mi dice: “Marie, ho un’idea per un articolo… perché non ci scrivi una pagina sui contatori di particelle?”.

Ed è così che è nato questo articolo.

Prima una piccola avvertenza

Attenzione: in questo articolo parleremo di contatori di particelle per il conteggio particellare, non per il particolato. E no, non è la stessa cosa! Il particolato indica la massa delle particelle presenti in un dato volume d’aria, mentre il conteggio particellare misura il numero di particelle nell’aria e fornisce informazioni dettagliate sulla loro distribuzione granulometrica.

Se cercate un sistema di monitoraggio ambientale che integri i contatori di particelle, non cercate oltre e scoprite MIRRHIA FACILITY®.

Bene, ora lasciate che vi dica una cosa: la scelta del contatore di particelle più adatto dipende da ciò che volete farne. In base a questo, infatti, emergeranno requisiti specifici, legati alla natura del processo farmaceutico, alle prescrizioni normative e alla necessità di un monitoraggio in tempo reale.

Che cos’è un contatore di particelle?

Un contatore di particelle è uno strumento utilizzato per rilevare e contare le particelle fisiche presenti nell’aria.

Le clean room sono il luogo in cui più comunemente si trovano i contatori di particelle. Questi ambienti richiedono livelli di contaminazione controllati e sono determinanti nei settori in cui particelle di piccole dimensioni possono compromettere il processo produttivo, come le biotecnologie, il farmaceutico e l’ingegneria aerospaziale.

Il funzionamento di un contatore di particelle è relativamente semplice, ma poggia su una tecnologia avanzata. Il dispositivo aspira un campione d’aria nella propria camera di rilevamento, dove l’aria attraversa un fascio laser. Passando attraverso il fascio, le particelle diffondono la luce in un modo che un sensore è in grado di rilevare e contare. La diffusione luminosa viene elaborata e convertita in segnali elettrici, che vengono poi analizzati per determinare le dimensioni e la quantità di particelle presenti nel campione.

Semplice così.

Questi dati sono cruciali perché indicano se la clean room soddisfa gli standard necessari all’uso previsto. Nella produzione farmaceutica, in particolare nelle aree in cui si svolgono processi sterili o asettici, il controllo della contaminazione particellare è essenziale per garantire la sicurezza e l’efficacia del medicinale.

Tecnologia e tipologie di contatori di particelle nel farmaceutico

1. La tecnologia impiegata nell’industria farmaceutica

a. I contatori di particelle ottici – Di che cosa si tratta?

I contatori di particelle ottici (OPC) sono i più diffusi nel nostro settore, per la loro versatilità e per la capacità di fornire dati in tempo reale su un’ampia gamma di dimensioni particellari.

Gli OPC sono comunemente utilizzati nell’industria farmaceutica sia per il monitoraggio ambientale di routine sia per la convalida degli spazi puliti e degli ambienti controllati. La loro elevata risoluzione li rende particolarmente adatti a rilevare particelle molto fini.

b. Il funzionamento dei contatori di particelle ottici

I contatori di particelle ottici si basano sulla diffusione della luce da parte delle particelle.

Ecco una spiegazione dettagliata del loro funzionamento:

• Sorgente luminosa: i contatori ottici impiegano una sorgente luminosa focalizzata, in genere un laser o un LED, per illuminare il campione.
• Sistema di rilevamento: collocati ad angoli specifici attorno al campione, i rilevatori captano la luce diffusa dalle particelle presenti.
• Schemi di diffusione: attraversando la zona illuminata, le particelle diffondono la luce in varie direzioni. I rilevatori raccolgono informazioni sull’intensità della luce diffusa ai diversi angoli.
• Analisi dei dati: gli schemi luminosi rilevati vengono analizzati per determinare dimensioni e concentrazione delle particelle nel campione. Algoritmi e modelli complessi convertono gli schemi di diffusione in dati di distribuzione granulometrica.

c. Sensibilità alle dimensioni delle particelle

I contatori di particelle ottici sono noti per l’elevata sensibilità su un’ampia gamma di dimensioni. Ecco i punti chiave:

• Ampio intervallo di misura: sono in grado di rilevare particelle su un vasto spettro dimensionale, dal sub-micron a decine di micron. Questa versatilità li rende adatti a moltissime applicazioni.
• Alta risoluzione: offrono una risoluzione fine nei dati di distribuzione granulometrica, permettendo una caratterizzazione precisa delle popolazioni particellari.
• Limite di rilevabilità (LOD): hanno un limite di rilevabilità basso, il che significa che riescono a rilevare accuratamente anche particelle molto piccole presenti nel campione.
• Suddivisione in classi dimensionali: a seconda della progettazione e delle impostazioni dello strumento, i contatori ottici possono ripartire le particelle in classi dimensionali, fornendo informazioni dettagliate sulla loro distribuzione entro intervalli specifici.

d. Gli indicatori chiave

I tre indicatori chiave più usati quando si parla di contatori di particelle sono:

Dimensione delle particelle: si riferisce al diametro delle particelle, misurato in micrometri (µm). Le clean room farmaceutiche monitorano in genere un intervallo di dimensioni, ma le più critiche sono spesso le particelle ≥0,5 µm e ≥5 µm, poiché possono incidere sulla qualità del prodotto e sono disciplinate da standard quali la ISO 14644-1 e l’Allegato 1 delle GMP UE.

Conteggio particellare: è la concentrazione di particelle, espressa in numero di particelle per metro cubo d’aria (particelle/m³) o per piede cubo d’aria (particelle/ft³). I livelli accettabili di concentrazione dipendono dalla classificazione della clean room e dai requisiti specifici del prodotto farmaceutico fabbricato.

Piedi cubi al minuto (CFM): questo indicatore misura la portata d’aria, cioè quanta aria il contatore è in grado di campionare al minuto. È un fattore essenziale perché determina la rapidità con cui un contatore può valutare la pulizia dell’aria in una data area. Nelle clean room farmaceutiche, per esempio, le portate di campionamento possono essere regolamentate e i contatori devono poter campionare un volume d’aria specifico, come 1 CFM ovvero 28,3 litri al minuto (LPM), per rispettare gli standard di settore e garantire un monitoraggio accurato della contaminazione particellare.

2. Tipologie: contatori di particelle mobili o fissi nel farmaceutico

I contatori mobili e i contatori fissi sono due tipologie di dispositivi impiegati nell’industria farmaceutica per monitorare la contaminazione particellare nelle clean room: svolgono ruoli distinti e offrono vantaggi differenti.

I contatori di particelle mobili

Potreste pensare che si spostino da soli, come i robot che si vedono in certi ristoranti o alla colazione di certi alberghi. E invece no (non vorrei deludervi): non si muovono da soli.

I contatori di particelle mobili sono dispositivi portatili che potete spostare per effettuare misurazioni in punti diversi di una clean room. Sono in genere impiegati per il monitoraggio periodico e per le attività di convalida.

Tipo di particelle e monitoraggio

I contatori mobili possono rilevare particelle di dimensioni diverse, esattamente come i sistemi fissi. Il monitoraggio è puntuale: forniscono cioè istantanee del conteggio particellare in momenti e luoghi specifici.

Un contatore mobile dispone solitamente di sei canali, capaci di rilevare particelle da 0,1 µm, 0,3 µm, 0,5 µm, 1 µm, 3 µm e 5 µm. Ciò consente un’analisi dettagliata della distribuzione granulometrica in ambienti diversi ed è particolarmente utile per i controlli a campione e per i processi di convalida nelle clean room o durante la certificazione delle stesse.

Esempi: un contatore mobile può essere impiegato durante la certificazione di una nuova clean room o dopo modifiche apportate al locale o al suo impianto HVAC. Serve anche alla verifica periodica del conteggio particellare nelle diverse aree della clean room, per accertare che tutte le zone rispettino gli standard richiesti.

I contatori di particelle fissi

I contatori di particelle fissi sono sistemi installati in modo permanente, che assicurano un monitoraggio continuo dei livelli particellari nell’aria.

Tipo di particelle e monitoraggio

I contatori fissi possono monitorare in continuo un intervallo di dimensioni particellari, fornendo spesso dati in tempo reale utilizzabili per azioni correttive immediate qualora i conteggi superino i limiti ammessi.

I contatori fissi sono comunemente impostati per rilevare particelle da 0,5 µm e 5 µm, dimensioni standard per il monitoraggio della qualità dell’aria nelle clean room farmaceutiche secondo la norma ISO 14644-1.

Esempi: un contatore fisso può essere collegato a un sistema di monitoraggio centralizzato, che consente una sorveglianza continua delle condizioni della clean room. Ciò è particolarmente critico nelle zone di Grado A, dove il rischio di contaminazione va ridotto al minimo per via dell’esposizione diretta del prodotto all’ambiente.

3. Applicazioni del conteggio particellare nella produzione di medicinali

Monitoraggio ambientale delle clean room

Gli OPC servono a monitorare il livello di contaminazione particellare nelle clean room in cui si producono medicinali. È indispensabile per rispettare standard normativi quali la ISO 14644, che definisce le classi di pulizia dell’aria in base alla concentrazione particellare.

Verifica degli impianti HVAC

Negli stabilimenti farmaceutici, le prestazioni degli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC) nel controllo della contaminazione particellare sono determinanti. Gli OPC vengono impiegati per valutare l’efficienza dei sistemi di filtrazione e ventilazione dell’aria e verificare che operino entro i parametri specificati.

Controlli su isolatori e cappe a flusso laminare

Gli isolatori e le cappe a flusso laminare offrono ambienti sterili per la preparazione e il confezionamento dei prodotti farmaceutici. Gli OPC servono a verificare che queste aree siano prive di contaminazione particellare, che potrebbe comprometterne la sterilità.

Convalida del processo di riempimento asettico

Durante il riempimento asettico di iniettabili e di altri prodotti sterili è essenziale monitorare l’ambiente per prevenire la contaminazione. Gli OPC svolgono un ruolo chiave nel convalidare che i processi di riempimento asettico restino entro livelli particellari accettabili, così da garantire la sicurezza del prodotto e la conformità alle norme di buona fabbricazione (GMP).

Esempio di requisiti per il conteggio particellare

Le zone di Grado A e B

Sono le aree con i requisiti più elevati in termini di conteggio particellare e di sterilità.

Le zone di Grado A, dove il rischio di contaminazione è più alto (ad esempio le linee di riempimento e i contenitori aperti), richiedono spesso un monitoraggio continuo con contatori fissi, così da rilevare e affrontare immediatamente qualsiasi scostamento dai conteggi richiesti.

Il Grado B funge da contesto per le zone di Grado A e impone anch’esso standard di pulizia elevati.

Ecco come possono essere specificate le dimensioni particellari nelle zone di Grado A e B:

Classe ISO 5 (zona di Grado A, a riposo)

Dimensioni e conteggio delle particelle: l’ambiente in Classe ISO 5 è tra i più severi in termini di conteggio particellare. A riposo ammette in genere non più di 3.520 particelle per metro cubo di dimensione pari o superiore a 0,5 µm. Per le particelle più grandi, come quelle da 5 µm, la norma prevede spesso un massimo di 29 particelle per metro cubo.

Classe ISO 5 (zona di Grado A, in attività)

Dimensioni e conteggio delle particelle: in attività (per esempio durante i processi produttivi), gli standard possono differire leggermente per tenere conto della maggiore generazione di particelle. Il conteggio per le particelle da 0,5 µm resta di 3.520 particelle per metro cubo. La tolleranza per quelle da 5 µm può invece aumentare leggermente, anche se ciò dipende dalle linee guida di settore o dai requisiti normativi specifici.

Classe ISO 7 (impiegata nelle aree di contesto delle zone di Grado A)

Dimensioni e conteggio delle particelle: la Classe ISO 7 è meno severa della Classe ISO 5. A riposo la norma ammette un conteggio fino a 352.000 particelle per metro cubo per le particelle da 0,5 µm, mentre per quelle da 5 µm il limite si attesta in genere attorno a 2.930 particelle per metro cubo.

In attività: durante l’attività i limiti di conteggio sono generalmente più alti, per tenere conto della maggiore generazione di particelle. I valori esatti possono variare in funzione delle operazioni svolte.

Le operazioni a flusso laminare

Il flusso laminare serve a creare un movimento d’aria uniforme che riduce al minimo le turbolenze e convoglia le particelle in una direzione costante, lontano dalle aree di lavorazione critiche. In queste zone il conteggio particellare è essenziale per verificare che il flusso laminare protegga effettivamente il prodotto.

Nelle aree a flusso laminare il conteggio particellare è analogo a quello delle zone di Grado A.

Bene, per oggi sono già molte informazioni: tornerò nel prossimo articolo sui contatori di particelle, sulla qualità e sulla conformità in ambito farmaceutico.