Nước cất pha tiêm (WFI) và nước siêu tinh khiết: Khác biệt, yêu cầu và công nghệ xử lý

Trong ngành dược phẩm, các thuật ngữ UPW, Purified Water (PW) và Water for Injection (WFI) thường xuất hiện cùng nhau nhưng không phải là những khái niệm đồng nhất.

Đặc biệt, WFI là một loại nước dược dụng có yêu cầu riêng và được sử dụng cho các mục đích liên quan đến thuốc dùng đường tiêm.

Vì vậy, không nên hiểu đơn giản rằng nước có điện trở suất 18,2 MΩ·cm hoặc hệ thống RO–EDI là mặc nhiên tạo ra WFI.

1. WFI là gì?

WFI – Water for Injection là nước dùng cho mục đích dược phẩm liên quan đến các chế phẩm dùng đường tiêm và các ứng dụng được quy định tương ứng trong dược điển.

USP định nghĩa Water for Injection là nước được tinh chế bằng chưng cất hoặc một quy trình tinh chế có khả năng loại bỏ hóa chất và vi sinh vật tương đương hoặc tốt hơn chưng cất. USP cũng quy định nguồn nước ban đầu phải đáp ứng các yêu cầu nước uống phù hợp.

Trong Ph. Eur., WFI được quy định tại chuyên luận Water for injections (0169). Ph. Eur. phân biệt WFI với Purified Water (0008) và các loại nước dược dụng khác.

2. WFI có phải là nước siêu tinh khiết UPW không?

Không nên đồng nhất WFI với UPW. 

UPW thường được sử dụng trong các ngành như:

• Bán dẫn
• Điện tử
• Vi mạch
• Phòng thí nghiệm
• Một số quy trình công nghiệp có yêu cầu độ tinh khiết ion rất cao

Trong khi đó, WFI là một loại nước dược dụng được xác định theo mục đích sử dụng và yêu cầu dược điển.

Một hệ thống UPW có thể đạt mức điện trở suất rất cao, chẳng hạn khoảng: 18,2 MΩ·cm @ 25°C nhưng điều đó không đủ để kết luận nước này là WFI.

Ngược lại, thiết kế hệ thống WFI phải quan tâm đến nhiều yếu tố khác ngoài độ tinh khiết ion.

3. WFI và Purified Water khác nhau như thế nào?

Có thể hình dung đơn giản:

Đặc điểm	Purified Water (PW)	Water for Injection (WFI)	UPW
Bản chất	Nước dược dụng	Nước dược dụng có yêu cầu riêng cho ứng dụng tiêm	Nước có độ tinh khiết rất cao về mặt kỹ thuật
Ứng dụng	Thành phần, sản xuất và các mục đích dược dụng phù hợp	Chế phẩm dùng đường tiêm và các ứng dụng quy định	Điện tử, bán dẫn, Lab, công nghiệp
Conductivity	Có yêu cầu theo dược điển	Có yêu cầu theo dược điển	Thường rất thấp
TOC	Được kiểm soát	Được kiểm soát	Tùy ứng dụng
Vi sinh	Kiểm soát	Kiểm soát chặt hơn tùy loại WFI	Tùy ứng dụng
Endotoxin	Không phải tiêu chí chung cho mọi PW	Là chỉ tiêu quan trọng	Không phải tiêu chí định nghĩa UPW
18,2 MΩ·cm	Không phải yêu cầu chung	Không phải cách định nghĩa WFI	Thường được sử dụng làm mốc kỹ thuật

Các chuyên luận của Ph. Eur. hiện phân biệt rõ Water, purified (0008) và Water for injections (0169).

4. Vì sao endotoxin đặc biệt quan trọng đối với WFI?

Endotoxin là các thành phần liên quan đến màng tế bào của vi khuẩn Gram âm.

Đối với nước sử dụng trong các ứng dụng tiêm, việc kiểm soát endotoxin có ý nghĩa đặc biệt vì endotoxin có thể gây phản ứng sốt khi đưa vào cơ thể.

USP có các chương chuyên biệt liên quan đến kiểm tra endotoxin và nước dùng cho mục đích dược phẩm, trong đó có USP <85> và USP <1231>.

Đối với WFI theo Ph. Eur., yêu cầu bacterial endotoxins đối với Water for Injections được quy định ở mức: < 0,25 IU/mL theo tài liệu đào tạo chính thức của EDQM về các monograph nước dược dụng.

Do đó, không nên sử dụng chỉ tiêu conductivity hoặc resistivity để thay thế việc đánh giá endotoxin.

5. Công nghệ sản xuất WFI

Công nghệ sản xuất WFI phải được lựa chọn dựa trên yêu cầu dược điển, nguồn nước và thiết kế hệ thống.

Một trong những phương pháp truyền thống là: Pretreatment → RO → Purification → Distillation → WFI

Trong đó thiết bị chưng cất có thể sử dụng:

• Multiple Effect Distillation
• Vapor Compression Distillation
• Các công nghệ phù hợp khác theo yêu cầu hệ thống

USP quy định WFI có thể được tạo ra bằng chưng cất hoặc một quy trình tinh chế có khả năng loại bỏ hóa chất và vi sinh tương đương hoặc tốt hơn chưng cất.

Điều này có nghĩa không nên viết một cách tuyệt đối rằng: “WFI bắt buộc phải sản xuất bằng chưng cất trong mọi trường hợp.”

6. RO–EDI có thể tạo WFI không?

Đây là một câu hỏi thường gặp. Không nên trả lời đơn giản rằng RO–EDI = WFI.

RO–EDI là một công nghệ xử lý nước có khả năng tạo nước tinh khiết cao và thường được sử dụng ở các công đoạn tiền xử lý hoặc sản xuất nước tinh khiết.

Đối với WFI, cần đánh giá toàn bộ:

• Công nghệ tạo nước
• Chất lượng nước đầu vào
• Chất lượng nước sau xử lý
• Endotoxin
• Vi sinh
• TOC
• Conductivity
• Bồn chứa
• Loop phân phối
• Khử trùng
• Giám sát
• Xác thực

Do đó, việc lựa chọn RO–EDI, chưng cất hoặc cấu hình kết hợp phải dựa trên yêu cầu cụ thể của dự án.

7. Hệ thống bồn chứa và phân phối của WFI

Không chỉ thiết bị tạo nước mà hệ thống lưu trữ và phân phối cũng rất quan trọng.

Một cấu hình tổng quát có thể gồm:

Tạo nước WFI → Bồn chứa → Bơm tuần hoàn → Loop phân phối → POU → Hồi về

Các yếu tố cần xem xét:

• Vật liệu đường ống
• Thiết kế loop
• Bồn chứa
• Bơm tuần hoàn
• Điểm lấy mẫu
• Điểm sử dụng
• Kiểm soát nhiệt độ nếu áp dụng
• Sanitization
• Kiểm soát vi sinh
• Giám sát

Một hệ thống tạo nước đạt chất lượng tại đầu ra thiết bị nhưng bị tái nhiễm trong storage hoặc distribution thì không thể chỉ dựa vào chất lượng tại máy tạo nước để đánh giá toàn bộ hệ thống.

8. WFI nóng và WFI lạnh

Trong thiết kế hệ thống dược phẩm, có thể gặp các phương án phân phối WFI khác nhau.

Một số hệ thống sử dụng:

Hot WFI loop

với nhiệt độ được duy trì ở mức phù hợp theo thiết kế và chiến lược kiểm soát vi sinh.

Các dự án khác có thể sử dụng hệ thống WFI với phương án kiểm soát và khử trùng khác.

Do đó, nhiệt độ loop không nên được đưa ra như một con số cố định áp dụng cho mọi hệ thống.

9. Các chỉ tiêu cần quan tâm đối với WFI

Khi thiết kế hệ thống, có thể chia thành các nhóm:

Hóa lý

• Conductivity
• TOC
• Các tạp chất liên quan theo chuyên luận áp dụng

Vi sinh

• Tổng số vi sinh vật phù hợp với yêu cầu áp dụng
• Kiểm soát biofilm
• Kiểm soát tái nhiễm

Endotoxin

• Bacterial endotoxins

Hệ thống

• Bồn chứa
• Loop phân phối
• Khử trùng
• Giám sát
• Lấy mẫu

Đây là lý do thiết kế WFI không thể chỉ dựa vào một chỉ tiêu như 18,2 MΩ·cm.

10. WFI và nước siêu tinh khiết 18,2 MΩ·cm

Đây là hai khái niệm cần tách biệt trong thiết kế.

UPW kỹ thuật: 18,2 MΩ·cm @ 25°C ≈ 0,055 µS/cm @ 25°C là mức thường dùng để mô tả nước có độ tinh khiết ion rất cao.

Trong khi đó, WFI được xác định theo yêu cầu của dược điển và mục đích sử dụng, trong đó kiểm soát endotoxin và vi sinh là những vấn đề đặc biệt quan trọng.

Vì vậy: 18,2 MΩ·cm không phải là định nghĩa của WFI.

11. Khi nào nên lựa chọn hệ thống WFI?

WFI cần được xem xét khi mục đích sử dụng thuộc phạm vi yêu cầu nước dùng cho các sản phẩm hoặc công đoạn liên quan đến đường tiêm theo quy định áp dụng.

Trước khi thiết kế cần xác định:

• Mục đích sử dụng
• Loại sản phẩm
• Quy trình sản xuất
• Yêu cầu dược điển áp dụng
• Công suất
• Nhu cầu cao điểm
• Storage
• Distribution
• Phương án khử trùng
• Giám sát
• Xác thực

12. KAPANO thiết kế hệ thống nước dược phẩm như thế nào?

KAPANO tiếp cận hệ thống theo chuỗi:

Nước nguồn → Tiền xử lý → RO / RO 2 Pass → EDI hoặc công nghệ khử ion phù hợp → Polishing → WFI generation hoặc công đoạn xử lý tiếp theo theo yêu cầu → Storage → Distribution Loop → POU

Cấu hình thực tế được xác định dựa trên yêu cầu chất lượng và dữ liệu của từng dự án.

13. Kết luận

WFI không đơn giản là một dạng UPW có điện trở suất cao hơn.

WFI là một loại nước dược dụng có yêu cầu riêng về chất lượng và hệ thống sản xuất, lưu trữ và phân phối.

Trong khi đó, UPW chủ yếu được sử dụng để mô tả nước có độ tinh khiết rất cao về mặt kỹ thuật trong các ngành như điện tử, bán dẫn, phòng thí nghiệm và một số ngành công nghiệp.

Do đó, khi thiết kế hệ thống nước cho nhà máy dược, cần xác định trước:

Mục đích sử dụng → loại nước cần sản xuất → yêu cầu chất lượng → công nghệ → storage → distribution → kiểm soát và validation.

KAPANO tập trung vào thiết kế và cấu hình hệ thống xử lý nước tinh khiết cao theo yêu cầu kỹ thuật của từng ứng dụng.