在任何无菌工艺中，有许许多多的阀门和调节装置用于把消毒工艺区域与外部环境隔离开来。另外在变换和控制原料的流速及保护流体中也必须用到阀门。在每一过程中，阀门必须可以防止含有许多在传染源的外部环境进入工艺流程中，许多制药企业依赖提高使用遗传控制机构的生化工艺流程。在这样的例子中，对阀门又有了一个另外的要求，那就是密封和防止流程对外部环境的污染。

医药和生化工业对产品的洁净程度有严格的标准，GMP和3-A委员会发表的指南对工厂的设计和材料的选择有重要的影响，但是，对阀门的选择中，这些指南却缺少这方面的信息，许多制药企业所制订的他们自己的阀门标准和详细说明，通常建立于实验性工厂中严格控制下的详细测试。

这篇论文提供了以下要点，即消毒和密封工艺中选择阀门的重要考虑：

构件的材料

阀门的部件必须由不会与流程中的流体裁发生反应的材料构成。阀门的材料若可以与无菌工艺中的产品和所保护的流体发生反应的话，将导致产品严重的污染。美国食品和药物管理委员会（FDA）中的联邦标准规则（CFR）对阀门材料的选择有着重要的影响。例如，在所批准的治疗药物的生产过程中，FDA要求确认所有阀门的材料，特别是和工艺流体裁直接接触的密封和隔膜部分，必须符合CFR21部分中的177.2600和177.1380条。

许多生化工艺流程对阀门材料也有另外的测试要求并要求通过USP的生物测试。例如VI级是假设工艺流程对污染特别敏感的情况下要求：

由于消毒工艺流程包括蒸汽消毒，对于阀门和管道分流系统，316L不锈钢是最合适的选择。必须选择在显微镜下不存在杂质或针孔的316L不锈钢阀门。例如，在不锈钢的抛光过程中，杂质将出现并留下凹痕，这将导致滋生细菌，针孔表面将导致产生含铁氧体的表面缺陷。用于PH值控制的热注射用水（WFI）和硫酸是流体裁产生对铸造不锈钢表面进行冲击的例子，这时，就要选择铁素体含量远低于0.5%的锻造不锈钢阀体，这种光洁的抛光内表面将消除微孔缺陷和铁素体问题。阀体的端口连接方式也可供选择，这样就降低了工艺流程系统的焊接数量。如果阀体置于对不锈钢有高腐蚀性的环境之中，它们可以得到合成橡胶或聚合物作衬里的保护。另一方面，存在更多例行的金属（如钛或镍基合金）或固态聚合物（如PFA、PTFE、PVDF）作为阀门的材料使用。

阀机构（通常是物动阀盖或驱动器）的材料是相当重要和不容忽视的。例如，许多精密无菌工艺使用高压蒸汽消毒的设备，那么，那些操作装置就必须能够承受高至135℃的温度，阀门的外表面在CIP（在线清洗）过程中也必须能够承受高温，不锈钢的组成部分特别适用于阀机构，但是高强度的工程聚合物（聚醚砜）也作为一种结构材料应用于许多新的阀门驱动器和阀盖中，这些聚合物具有重量轻，强度高，耐腐蚀如承受蒸汽清洗的优点；铝，钢或低度合金的外表面可以通过覆盖一层环氧树脂而得到保护。

与工艺流体接触的密封圈，复杂的隔膜等的材料必须能够承受温度高至140℃的在线蒸汽消毒。高压蒸汽消毒对无菌阀门的密封材料具有严格的要求，但PTFE，EPDM和硅橡胶适用于FDA的使用要求。这些材料，特别是PTFE具有防化作用的其它优势。

易于清洗和消毒

马菲·霍尔（MATHEW HALL 1987）对无菌生化工艺工厂的阀门类型提供了一个有用的论点。在这篇报道中，在无菌环境中操作的各种类型的阀门得到了合适的评定。根据广大用户反馈回来的问单把阀门分为1（差）至10（好）个等级，表1是马菲·霍尔对易于消毒的阀门的总结，论述如下：在通常的在线清洗过程中，阀门的装置必须能够抵抗高温高压的消毒和化学作用，与流体接触部分必须无缝隙并且易于蒸汽通过。

　　　　表1：无菌阀门的消毒评定

在消毒的考虑中隔膜阀和球阀得到了较高分，在马菲·霍尔的论述中英国的生化工程广泛地使用隔膜阀和球阀。对于美国的生化工程市场，福罗斯特（FORST）和苏利文（SALLIVAN 1990）报导说，在阀门的应用中，隔膜阀占了75%。

隔膜阀在无菌方面的成功应用归结于它内部设计的优点，工艺管路的流体通过隔膜与操作装置完全分离开来，这样就不会由于物柄密封不够而引起泄漏。隔膜阀光洁的流体通道，无流通死点，自动排空的优点便于消毒。所有轴向旋转的阀门，包括球型和蝶型的，在操作装置的手柄密封方面存在不足，通过这些密封的缝隙会出现泄漏的危险，从而导致更加难以消毒，这也是保证无菌方面所不允许的。许多阀门制造厂家在阀机构周围提供蒸汽通道用以作为无菌的另一方面的保护，但是，连续产生的蒸汽将导致密封过早地失效并会对生产线产生热传导。

在无菌状况下对阀门的进一步考虑是阀门在管路水平（通常有2-3的倾斜度）和垂直状态下的自排空能力，由于以下三种原因，在水泄不通工艺过程中自排空是必须的：

1、 允许高标准的CIP清洗并减少固体颗粒存留的可能性。

2、 允许在蒸汽消毒过程中易于冷凝排空。

3、 减少流体在管路中的滞留，特别是生产少量而高值的产品。

隔膜阀、柱塞阀和蝶阀有良好的自排空特点。对于球阀来说，在球体后部至阀门手柄密封部分将会有少量的流体滞留，使自排空较难以实现。

死角的消除

在无菌工艺工作管路系统中流体的转换，分离和输出过程中最常用到的方法是安装含有通用的两路出口的T型阀，但这种通用的技术将带来死角区域。

固定的死角对任何无菌工艺系统有特别危害作用，因为细菌和污染物会滞留在这些区域。高纯水系统（如WFI-注射用水）特别易受到污染。特别是在流速为1-1.5M/S，温度为80-90℃的循环中，造成死角区域成为一个滞留冷却点。死角区域也难以进行消毒和在线清洗（CIP）。工艺工作管路所存在的滞留区域要经常进行清洗和消毒，这样一来就会增加生产时间，减少产量。最后，如果流体分流或混合，死角将会留下一些通常是高价的产品。

死角尺寸的测量是通过比较死角长度，“L”是指从工艺主要管路的中心线到阀门中心的距离，而内径“D”是出口部分的内径，主要对于GMPS中工艺流程的设计，L:D的最大值是6。在工艺管道系统中，这个比值太高以至不被用户接受，于是产生塞阀。

表面光洁度

制药和生化企业的用户在无菌方面对不锈钢阀门的表面光洁度的要求有很大的不同。对于同一产品，有着完全不同的表面光洁度的说明并非少见。

对于阀门的内表面，主要目的是对表面光洁度的详细说明，它包括：

1、 阀门内表面最小的产品附着力

2、 最短的CIP直接清洗时间

3、 阀体表面缺陷和连续一贯

在食品工业的调查（泰坡利 TIMPERLEY）和罗逊（LAWSON 1980）中有些报道是关于表面光洁度和表面残留物之间的联系的。它指出清洗表面光洁度Ra为1.0uM的时间相当于清洗0.5uM的表面的两倍（图5）（不锈钢内表面的Ra值或叫CLA是最常用的确定表面粗糙程度的方法），图6表示的是凹凸高度均为4uM的表面将会留下直径为0.5uM-1.0uM细菌，这种表面轮廓出现在没有经过抛光的铸造不锈钢表面，相比之下，镜面抛光的不锈钢表面轮廓Ra值低于0.2uM，在清洗和消毒过程中将很容易去掉表面的残留的细菌。

电抛光能达到最高等级的表面光洁度，但阀门内部也必须通过抛光达到一个高的等级。电抛光工艺的另一个好处是可以去除机械抛光过程中留下的高低不平的表机及消除内部焊接的粗糙度。电抛光阀门在美国食品，制药和生化工业中使用显著，但在欧洲除了美国的子公司或受美国承包商和顾问影响的工厂外，要求就没有那么严格。

对于阀门的内表面，必须设计成最小的表面突起和裂缝，阀体的内抛光程度要和连接的管道内表面抛光程度接近，并且易于内部清洗。驱动器微型开关和手动阀盖必须有保护层，并且所有表面都是光滑和无裂缝的。

密封和密封性

马菲·霍尔的报告（1987）中对密封的考虑做了如下的说明：

“首先必须确保无菌，其次必须保护操作环境免遭细菌的危害，重要的是一有泄漏产生，必须能马上看到并可以迅速地采取措施来防止的。“

表2概述了马菲·霍尔关于密封的结论，用1（坏）-10（好）的等级来分，隔膜阀再次得到了最高分，通过比较各种阀门手柄密封的泄漏程度，证明隔膜阀最适合用于密封工艺中。

密封性也指和阀门保持关闭及防止内部流动的能力。所有类型的旋塞阀包括金属的和PTFE的密封环在关闭位置可以挡住固体微粒但会有流体通过，复杂形式密封（隔膜和压轮）的阀门在挡住固体微粒的同时仍能保护密封性。

　　　　　　表2 无菌阀门的密封性

压力和氦气的泄漏测试，通常作为检验阀门密封性的方法，但是，制造者也可以不依赖测试，在典型的工艺状况下，让流体流经阀门，观察阀门保持关闭和防止污染（如细菌）的能力，而去论证阀门的密封性。表3所概述的是被国际工程师实验室（NEL）接受的隔膜阀的测试结果。阀门在周期为7天的时间中，每五分钟变换一次不同的压力，若有发现细菌用“+”表示，若没有则用“-”表示，若两端都发现细菌，那么这个阀门对于测试来说是失效的。

表3 隔膜阀对细菌的阻隔测试

最后，阀门的端口连接处也必须考虑到是否密封和无菌，阀门必须有大范围的连接形式用以适应各种特殊的工作管路，在密封无菌的工厂常常用到对接焊、卡箍和螺纹等端口连接方式。但是，在密封工艺区域，卡箍和螺纹连接存在泄漏的可能性。所以，通常在多数阀门都是焊接在工作管路系统中，焊接阀门必须设计成方便在线维修的形式。

表面光洁度对清洗时间的影响

不锈钢阀体表面光洁度与所藏微小菌体的尺寸