（来源：抗体圈）
生物工艺，突破瓶颈
一次性系统 (SUS) 已成为生物制药工艺的变革力量，为传统不锈钢设备提供了替代方案。这些一次性预灭菌技术——涵盖生物反应器、混合容器、过滤组件等——带来了显著优势：降低污染风险、加快批次转换速度、提高灵活性以及降低前期设施成本。在 COVID-19 疫情爆发后，随着制造商寻求快速、灵活的疫苗和治疗药物生产解决方案，SUS 的采用也随之加速。如今，一次性创新涵盖了从细胞培养到纯化再到最终灌装的整个生物工艺流程，并正在推动药物开发和生产的加快。
本文探讨一次性生物工艺领域的最新趋势和技术进步，并重点关注推动创新的关键行业参与者。我们比较了丹纳赫旗下思拓凡（Cytiva）、赛默飞世尔科技、赛多利斯、默克 MilliporeSigma 以及日本 SATAKE MultiMix 等全球主要供应商如何突破一次性生物工艺 (SUS) 设计的界限。我们还分析了中国一次性工艺领军企业的崛起，例如乐纯、金仪盛世、东富龙、多宁生物和奥星，这些企业正在迅速拓展国内产能。重点关注领域包括一次性生物反应器 (SUB)、混合系统、管组、过滤技术和集成生产平台。我们还将讨论区域优势（尤其是中国不断发展的一次性生物工艺生态系统）、GMP/监管考量、可持续发展举措以及这些创新如何加速生物制药制造业的发展。
生物工艺中一次性技术的兴起
一次性技术已从小众选择发展成为生物工艺上下游的主流。20世纪80年代至90年代早期，其应用仅限于过滤器和小型一次性工艺袋，但到了90年代末，出现了体积高达约1000升的大型一次性生物工艺袋。到2010年左右，一次性生物反应器（SUS）已从“支持系统”（例如培养基袋）发展成为“生产系统”，能够处理完整的商业化生产流程。如今，体积高达2000升的一次性生物反应器已成为行业标准，甚至更大的一次性反应器也正在涌现，打破了SUS以往的体积上限。整个生产车间可以配置模块化一次性设备，在某些情况下实现端到端的连续工艺。
采用SUS的关键驱动因素包括降低跨产品污染风险（每个批次使用新的无菌流路）以及省去耗时的在线清洗/在线蒸汽灭菌 (CIP/SIP) 程序。一次性组件可实现产品间的快速切换，这对于多产品设施和快速临床放大至关重要。SUS灵活、即插即用的特性意味着生物制造商可以通过更换包装袋尺寸或反应器来扩大或缩小生产规模，从而相对轻松地满足不同的需求。这实现了生产能力的“民主化”——即使是规模较小的公司或CMO也可以建立敏捷的生产线，而无需投资大型固定不锈钢基础设施。
与此同时，挑战也推动了进一步的创新。以往的担忧包括材料兼容性、塑料中的可提取物/可析出物、废物产生以及供应链对少数薄膜/袋子供应商的依赖。新冠疫情凸显了供应方面的脆弱性：严重依赖进口一次性袋子和零部件导致了短缺和延误。这反过来又刺激了对本地制造和新供应商的投资——尤其是在中国等地区——以确保更稳定的一次性系统（SUS）耗材供应。环境可持续性是另一个压力：虽然SUS无需清洁，从而节约了水和能源，但它会产生通常被焚烧的塑料废物。正如我们将看到的，该行业正在积极寻求可回收材料和回收计划等解决方案，以改善一次性技术的生命周期影响。
总体而言，一次性系统已成为现代生物制药设施的基石。以下章节详细介绍了领先公司如何推进一次性系统 (SUS) 设计，并克服上游（发酵/细胞培养）和下游（纯化、制剂）工艺中的挑战。
上游工艺：一次性生物反应器和混合系统的进展
近年来，一次性生物反应器 (SUB) 取得了显著创新，旨在实现更大规模、更高性能和更专业的应用。标准的 SUB 设计是将一个搅拌罐式一次性反应器袋置于钢制支撑容器中，通常工作体积高达 2,000 升。赛多利斯、赛默飞世尔、Cytiva（丹纳赫）和默克 MilliporeSigma 等公司长期以来一直提供此范围的 SUB 产品线。目前，SUB 的研发重点是突破 2,000 升的限制，并改进混合、供氧和工艺控制，使其性能达到或超过不锈钢反应器。
ABEC 的巨型 SUB： ABEC 是值得关注的先驱，它系统地突破了 SUB 的“体积上限”。大多数供应商的体积止步于2,000 升左右，而 ABEC 于 2015 年推出了 4,300 升（工作体积 3,500 升）的一次性生物反应器，并于 2017年推出了 4,900 升系统（工作体积 4,000 升）。到 2019 年，ABEC 推出了 6,000 升一次性生物反应器，是行业标准上限的三倍。这些定制一次性运行 (CSR) 生物反应器的细胞培养性能可与不锈钢反应器相媲美，为大批量产品实现了前所未有的规模经济效益。领先的制造商已开始使用 ABEC 4,000 升 SUB（是常规体积的两倍），而6,000 升系统则为降低商业生物制剂的成本树立了新的标杆。例如，总部位于中国的CDMOBioInno（百因诺生物）安装了首批6,000升SUB，以实现单克隆抗体多产品生产灵活性和低成本。ABEC设计制造的大规模一次性袋子和集成式搅拌设备表明，规模化生产的限制正在被克服，将一次性生产扩展到曾经被认为不切实际的生产规模。
赛默飞世尔科技也通过其 HyPerforma DynaDrive 生物反应器系列扩展了一次性生物反应器 (SUB) 的产能。赛默飞世尔科技推出了3,000 升和 5,000 升一次性搅拌罐式反应器，并宣称这是市场上首款 5,000 升一次性生物反应器。DynaDrive 5,000 升反应器于 2020 年发布，现已在全球范围内部署，其改进的混合和传质性能可有效处理大体积反应。赛默飞世尔科技近期还推出了一款 5 升台式 DynaDrive 装置，其几何形状与大型反应器一致，实现了从 1 升工艺开发规模到 5,000 升生产规模的真正无缝放大。这种跨规模的统一设计确保了氧气转移、细胞生长和产品产量等参数从实验室到生产阶段保持一致，从而大大简化了技术转移。值得注意的是，与传统玻璃生物反应器相比，新的 5 升系统通过缩短循环时间并每年支持更多实验，将实验室生产力提高了 27%。这充分说明了一次性平台如何能够加速工艺开发进程。Thermo的 DynaDrive 还融入了可持续发展的特性：其一次性 Aegis™ 5-14 薄膜采用生物基原料制成，具有净负碳排放，而 BioTitan™ 袋子固定装置则可减少包装浪费和运输损坏。这些创新解决了 SUB 的两个常见弱点——环境足迹以及处理大且重的袋子时可能出现的泄漏或故障风险。
混合技术是上游创新的另一个关键领域。对于一次性混合设备而言，正确溶解粉末（例如培养基）并实现大规模均匀混合可能颇具挑战性。2024年4月，Cytiva（丹纳赫）在INTERPHEX展会上展示了其全新Xcellerex™紧凑型一次性磁力混合设备，专为大体积培养基和缓冲液制备而设计。该混合设备提供2,000升和3,000升两种体积，解决了两大痛点：泄漏和溶解缓慢。该装置采用新型混合器生物容器，并以用户为中心的设计改进，可防止运输和操作过程中发生泄漏——3,000升培养基批次中的轻微泄漏可能造成6万至10万美元的产品损失。Cytiva设计了更耐用的滤袋和连接系统，并增加了防刺穿或抗扭伤的保护措施。此外，Xcellerex混合设备的容器采用独特的六边形设计，并配备强大的搅拌桨。这种组合可形成强大的涡流，主动将漂浮粉末拉入溶液中，从而显著改善细胞培养基等难湿粉末的混合效果。通过缩短混合时间并确保完全溶解，该技术可避免上游操作的延误。Cytiva 指出，传统的一次性搅拌设备通常搅拌桨动力不足，且几何形状不理想，无法满足大体积应用的需求——而新的设计则直接解决了这些限制。此外，该搅拌设备结构紧凑，易于在空间受限的设施中安装。
SATAKE MultiMix 是一家在混合技术领域根基深厚的日本公司，其在一次性生物反应器混合方面采取了独特的方法。SATAKE 的 SUB 设计（50 升至 200 升，1,000 升体积正在开发中）采用专有的直线电机驱动的混合轴（往复运动），而非传统的旋转搅拌桨。这种垂直振荡系统与专用搅拌桨相结合，实现了高效的混合和氧气传递，同时无需轴封。最终实现了强劲的混合，降低了剪切力并降低了污染风险。SATAKE 的 VMF 系列一次性生物反应器以其在日本本土制造而闻名，包括袋子。事实上，SATAKE 强调其一次性袋子和搅拌桨的 100%本土供应链，从而可以根据需要及时供应小批量袋子。这一策略确保了日本生物制造商不易受到全球供应中断的影响，这是在新冠疫情期间吸取的教训，当时海外制备袋供应成为瓶颈。 SATAKE 的一次性袋已预灭菌，可即取即用，采用符合 USP
赛多利斯 (Sartorius) 是 SUB 领域的又一领导者，专注于提高细胞培养强度和过程分析技术(PAT)。2023 年，赛多利斯推出了集成强化系统，将 Repligen XCell ATF 灌流装置整合到其 Biostat STR 一次性生物反应器中。该内置细胞截留模块可帮助用户轻松实现 N-1 灌流或全灌流培养，无需复杂的外部细胞分离装置。嵌入式ATF 可在保持封闭式一次性流路的同时，提高细胞密度和生产率。赛多利斯为灌流模块提供预定义的控制方案和 PAT 集成，帮助用户更轻松地采用连续上游工艺。赛多利斯指出，这项创新体现了他们对工艺强化的承诺——使客户能够通过以更高的效率运行更小的生物反应器，更快地生产出更多治疗药物。这也符合行业向连续生物制造发展的趋势。赛多利斯的SUB产品组合（Biostat STR、Ambr®等）涵盖从小型15毫升微型生物反应器到2,000升体积的各种规模，其Flexsafe®系列一次性生物反应器以其在整个生产过程中的坚固耐用而闻名。Flexsafe®薄膜专为承受剧烈搅拌、弯曲和长时间培养而设计，即使在强化的工艺中也能最大限度地降低薄膜失效或可析出物的风险。赛多利斯还推出了用于细胞和基因治疗的特定SUB型号（例如用于T细胞的Biostat RM TX摇摆式生物反应器），以满足新兴治疗模式的需求。
综上所述，上游一次性技术正在多个方面取得进展：规模放大（更大体积）、规模缩小（高通量微型设备）、混合效率和强化（灌流和高细胞密度）。主要供应商各有贡献：ABEC 以规模放大为特色，赛默飞世尔以可放大设计和可持续薄膜为特色，Cytiva 以用户为中心的混合技术和全球供应扩张为特色，赛多利斯以集成灌流和高性能薄膜为特色，SATAKE 则以创新的混合机制和本地供应为特色。与此同时，像金仪盛世这样的中国新进入者正在创新独特的生物反应器设计——例如，金仪盛世的专利 CUR 系列 SUB 采用“无气泡界面氧转移”机制，无需鼓泡即可实现高 kLa，从而避免气泡和过度剪切对细胞造成的损伤。这种创新的工程设计拓宽了一次性生物反应器的“工具包”，使其能够应对特定的细胞培养挑战（例如，剪切敏感细胞系）。所有这些发展使得一次性上游系统更加强大、可靠，并适用于更广泛的生物工艺。
下游工艺：一次性过滤和纯化管组
虽然上游SUB常常引人注目，但一次性技术也彻底改变了下游工艺。过滤、纯化和流体输送步骤现在可以采用一次性流路来执行，从而保持无菌并减少滞留体积。关键组件包括一次性深层过滤器、无菌连接器、除病毒过滤器、TFF（切向流过滤）过滤器、带有一次性管组的层析系统，以及用于缓冲液和产品处理的预组装管子/袋子管组。
过滤系统：丹纳赫旗下的颇尔（现已并入思拓凡）和赛多利斯是过滤领域的巨头。颇尔公司在过滤器领域的传统优势已发展到完全一次性的过滤组件和自动化的一次性TFF系统。例如，颇尔公司（思拓凡）提供用于产品储存的Allegro™ 2D和3D生物容器系统，该系统具有极低的提取物含量、极高的化学兼容性以及与一次性过滤器组件的兼容性。这些产品最初是颇尔公司的产品，在丹纳赫于2023年整合颇尔生命科学业务后，现已并入思拓凡的产品组合。默克公司的MilliporeSigma部门同样提供广泛的过滤器产品，并开发了完整的一次性下游单元。默克公司的Mobius®一次性组件涵盖无菌过滤器、除病毒过滤器以及集成到一次性管路套件中的超滤膜。Mobius 2D 和 3D 组件（50 毫升至 200 升）通常与默克过滤器搭配使用，用于无菌培养基和缓冲液制备或产品批量储存等任务。默克凭借其在膜技术领域的悠久历史（可追溯至微孔过滤器先驱 Milipore），确保这些一次性过滤器符合高质量和监管标准。例如，默克在 Mobius 滤袋端口上采用的 NovaSeal™ 密封技术可确保牢固的密封，防止过滤操作过程中发生泄漏。此外，一次性滤器（例如用于细胞收获物的深层过滤）可缩短批次之间的周转时间；它们用后即可丢弃，无需进行重复使用滤器所需的全面清洁验证。
层析：传统上，层析柱采用不锈钢材质并可重复使用，但一次性解决方案也正在兴起。某些填料可使用预装的一次性层析柱，这些层析柱可用于一次生产后丢弃，从而节省清洁和装填时间。Sartorius和Cytiva均已为层析系统引入了一次性流路。例如，Sartorius为其层析系统提供一次性流路套件，所有与产品接触的管路、阀门，甚至梯度混合设备均为一次性部件。连续层析（多柱设置）也非常适合使用一次性阀门和管路，因为系统配置可能很复杂，但已由供应商预先配置并消毒。
默克的 BioContinuum™平台体现了其对下一代下游工艺的不懈追求。该平台包含用于连续浓缩的单程 TFF 装置（Pellicon® 组件），以及全新开发的一次性流通式精纯系统（与中国Transcenta（创胜集团）共同开发），可实现单克隆抗体的连续纯化。这表明一次性组件是实现连续下游工艺（默克通常称之为“contiGuous”生物工艺）的关键。这些平台中集成的一次性组件简化了原本复杂的单元操作管路。
袋子/接头管组：一次性袋子管组是下游和制剂步骤中默默无闻的英雄。像乐纯这样的公司专注于高质量的生物工艺袋制造。例如，乐纯的LeKrius®薄膜是一种五层共挤薄膜，该公司自主生产以确保供应的连续性。他们提供从5毫升到3000升的2D和3D袋，并针对粉末转移等应用提供定制设计（例如用于粉末培养基的防静电袋）。一次性袋用于混合和盛放缓冲液、收集柱馏分以及储存药物（通常处于冷藏或冷冻状态）。专用组件，例如内置搅拌桨的一次性混合袋（例如多宁的DuoMix®系列），可在封闭系统中进行下游制剂混合或pH值调节。所有这些的关键在于无菌连接器和断开器（来自CPC或Pall等供应商），它们允许在袋子、过滤器和工艺单元之间进行无菌流体传输。现在许多供应商提供预组装的管组：例如，一个完整的一次性TFF流路可以经过伽马射线灭菌，泵管、过滤器、储液器和传感器均已连接。这减少了现场组装错误并缩短了设置时间。中国企业也开发了这些能力——多宁生生产各种一次性管路组件、连接器，甚至还有用于最终药品分装的一次性分装系统（DuoFill）。多宁的产品组合甚至包括一次性PUPSIT（使用前灭菌后完整性测试）组件，该组件可通过进行无菌在线过滤器完整性测试来帮助用户遵守欧盟监管指南。通过提供此类现成的解决方案，一次性供应商可以简化下游工艺中GMP合规步骤。
过滤是另一个正在扩张的领域。为了应对激增的过滤器需求（尤其是在疫情期间用于疫苗生产），Cytiva/Danaher 一直在大力投资提升产能。Cytiva 正在波多黎各和英国等地将其滤膜产量提高 30% 以上。值得注意的是，Cytiva 的新生产线已备有标准一次性耗材（例如常用的袋子和过滤器），可立即交付，旨在缩短客户的交货时间。这反映了一个更广泛的趋势：随着一次性用品对业务至关重要，供应商正专注于供应链的可靠性和“在区域内、为区域内”的本地化生产，以避免过去出现的延误和运费问题。Cytiva 首席运营官 Pierre-Alain Ruffieux 强调，在更靠近最终用户的地方生产耗材不仅可以加快交付速度，还可以减少碳足迹并降低贸易限制带来的风险。事实上，Cytiva 于 2021 年将其中国合资工厂（与 Wego（威高）合资）的产能提高了两倍，为亚太地区提供一次性耗材。同样，赛多利斯、赛默飞世尔和默克也都在亚洲增设了生产基地，或提高了现有工厂的产量，以支持区域市场。其下游意义在于，过滤器和一次性组件将更容易获得，并减少生物制剂生产的瓶颈。
综上所述，一次性下游创新专注于即用型集成组件，以减少手动操作并确保从澄清到最终灌装的无菌性。主要参与者——思拓凡/颇尔、赛多利斯、默克、赛默飞世尔——均提供端到端的一次性解决方案：例如，思拓凡的Allegro平台（来自颇尔）为每个步骤提供生物容器和过滤器；赛多利斯拥有其Flexsafe薄膜袋、膜过滤器，甚至一次性离心选项；默克将Mobius袋与其一流的过滤技术相结合。重要的是，像乐纯和多宁这样的新进入者正在扩大袋子、过滤器和连接器的供应商基础，通常凭借在本地市场提供经济高效的产品和更快的交货时间。供应商的多元化提高了一次性供应链的稳健性，使依赖持续耗材供应的下游业务受益。
集成一次性生产平台
一次性系统最强大的优势之一是能够打造一体化、交钥匙的生产平台。企业无需建造带有固定储罐和管道的传统设施，现在可以围绕每个单元操作的一次性系统构建模块化工厂。这些工厂可以由供应商设计、测试甚至预制，并交付现场快速组装。这样可以加快设施部署速度、扩展产能，并在工艺需求发生变化时更轻松地进行重新配置。
丹纳赫旗下的 Cytiva凭借其 FlexFactory™ 平台，率先采用了这种方法。FlexFactory 本质上是一个可配置的生物制造车间，由一次性生物反应器、搅拌设备、分离和灌装系统组成，所有这些都通过自动化框架紧密相连。Cytiva 已在全球范围内部署了 FlexFactory 装置，用于从单克隆抗体到疫苗再到细胞疗法等各种模式。例如，AGC Biologics在日本横滨安装了 Cytiva FlexFactory 车间，用于生产 mRNA 疫苗，并在不到 16 个月的时间内完成了启动。在中国，Ribobay Pharma（瑞拜医药）最近采用了 FlexFactory 进行寡核苷酸 API 的生产，展示了该平台超越传统蛋白质的多功能性。其吸引力在于，整个工艺流程——种子培养、生产生物反应器、澄清、层析、缓冲液制备等——都被设计为一个协调一致的一次性系统。这最大限度地减少了步骤之间的接口并确保了兼容性。 Cytiva 还提供 KUBio 解决方案，这是一个相关的概念，将完整的 GMP 设施（包括洁净室结构）以模块形式与一次性设备一起交付。此类解决方案帮助生物制药公司以较低的资本支出快速增加新地区的产能。值得注意的是，在中国、波兰和巴西等国家/地区，FlexFactory 和 KUBio 的安装通过提供符合国际 GMP 标准的即用型“盒式工厂”，拓展了当地的生物制造能力。
中国供应商也同样青睐模块化一次性设施。东富龙以生产冻干机和灌装设备而闻名，现已开发出全面的模块化生物工艺单元。东富龙可提供上游模块（各种一次性生物反应器：波浪式、磁力搅拌式、顶部驱动式或底部驱动式——基本上涵盖客户所需的任何配置），以及下游和制剂模块。在2025年亚洲生物制剂制造大会上，东富龙展示了其模块化设施概念，该概念将一次性生物工艺设备与洁净室模块、无菌灌装，甚至人工智能驱动的自动化系统集成在一起。其优势在于快速部署和可放大性——标准化模块可以根据产能规模进行添加或移除，并且整个设施从第一天起就符合法规要求。东富龙荣获2025年亚太生物制药卓越奖——最佳生物工艺供应商（一次性耗材）奖，彰显了其在这一领域的成功，这体现了其在改善区域供应链和制造基础设施方面的领导地位。通过将一次性系统与模块化结构相结合，东富龙和其他公司使生物制造商能够在传统建造过程的一小部分时间内从概念转变为功能性工厂。
AUSTAR（奥星，总部位于中国香港）是另一家提供端到端解决方案的集成商。AUSTAR 凭借其设计和制造不锈钢和一次性系统的能力，在适当的情况下提供定制的混合设施。这对于可能受益于混合的工艺非常有用（例如，不锈钢种子生物反应器为一次性生产反应器供料，或不锈钢层析柱与一次性缓冲袋串联）。AUSTAR 的理念是根据客户的工艺和投资需求定制解决方案，实现灵活性和成本的最佳平衡。他们的服务范围涵盖咨询、设计、制造和验证服务，确保最终装置符合 GMP 要求。他们在设计阶段特别注重法规合规性，并按照良好工程规范(GEP) 和良好文件规范 (GDP) 进行全面的文档记录和验证。这种关注至关重要，因为在同时部署多个一次性装置时，必须考虑整体验证（例如，确保所有一次性组件均合格，并且集成不会带来污染风险）。 AUSTAR 甚至在其项目交付中提供诸如一次性使用系统风险评估和材料兼容性测试等服务。此类支持可帮助最终用户了解一次性技术与固定系统不同的 GMP 要求。
总而言之，集成平台正在将生物制造转变为更具交钥匙性和灵活性的企业。无论是通过思拓凡的现成车间、东富龙的模块化工厂，还是 AUSTAR 的定制混合系统，其理念都在于缩短项目周期，降低新疗法规模化生产的风险。对于细胞和基因治疗等快速增长的行业，这使得企业能够及时上线生产，以满足临床和早期商业需求。这也在全球范围内创造了公平的竞争环境——缺乏生物制剂基础设施的国家现在可以进口模块化一次性设施，从而快速启动本地生产。因此，我们看到生物制造正在走向去中心化，而一次性技术是其核心。
中国崛起为一次性技术强国
十年前，一次性设备市场由美国和欧洲公司主导。如今，中国已迅速崛起，成为生物制药一次性设备（SUS）的主要消费国和生产国。中国生物制药业的蓬勃发展——数百家新的生物制剂开发商和合同生产企业（CMO）的涌现——带来了对一次性设备的巨大需求，其中大部分最初依赖于进口。然而，在政府推动生物制造自力更生的举措以及全球合作伙伴的技术转让的支持下，中国企业抓住了这一机遇，开发了自己的一次性设备（SUS）产品。
乐纯是中国领先的本土一次性技术供应商之一。乐纯成立于 2011 年，拥有丰富的一次性袋、组件，甚至生物反应器（品牌为LePhinix® SUB）产品组合。乐纯的一大优势在于其薄膜生产的垂直整合——自主研发聚乙烯多层薄膜，并自建薄膜挤出生产线。通过控制薄膜质量和供应，乐纯缓解了依赖海外薄膜来源可能出现的短缺问题。其基于 LeKrius® 薄膜的生物工艺容器体积覆盖从实验室规模到 2,500 升，并设计为跨平台兼容。乐纯的袋子产品组合包括2D储存袋、3D袋、混合袋和专用袋（用于冷冻保存、粉末添加等）。该公司还生产无菌连接器、管材（Le-Flex® 品牌下的 TPE 和硅胶），甚至还有自有的滤膜（LeSiever®系列下的 PES 和 PVDF 膜滤器）。乐纯本质上提供端到端的一次性解决方案——从上游到最终灌装——并将自己定位为能够加速药物开发的合作伙伴，通过提供所有必要的一次性用品并缩短交付周期。乐纯的快速增长和对质量的重视吸引了全球资本；该公司最近完成了由 Novo Holdings 和General Atlantic共同领投的一轮重大融资，彰显了国际社会对中国 SUS 能力的信心。
另一家企业金仪盛世成立于2014年，是中国首家将自主研发的一次性生物反应器商业化的公司。金仪盛世提供多种SUB设计：TOR系列（传统搅拌罐）、VOR系列（底部搅拌SUB）以及配备无气泡供氧系统的创新型CUR Torrent生物反应器。CUR SUB的专利机制可提供高氧传输率，且无气泡，从而保护对剪切力敏感的细胞培养——这是一种全球创新方法。金仪盛世还生产体积高达1,000升的一次性搅拌器（ITD磁力搅拌器和LMS悬浮搅拌器），以及用于无菌连接的管焊机和封口机等必要配件。此外，金仪盛世还自主研发了生物工艺膜（EB1596）和用于培养基、缓冲液和细胞培养的一次性生物培养袋。到2021年，JYSS已扩建并拥有一个大型新生产基地（包括自动化装配线和洁净室），以满足不断增长的需求。该公司吸引了大量投资并荣获行业奖项。值得注意的是，中国生物制药公司已开始在商业化生产中使用金仪盛世的一次性反应器，这有力地证明了其本土技术的实力。
前文提及的提供集成解决方案的东富龙和奥星（AUSTAR）也为中国一次性使用产品的崛起做出了贡献。东富龙利用其与中国生物制药公司建立的良好关系，在传统设备之外，推出了一次性产品（生物反应器、混合袋等）。奥星业务遍及中国，历来是西方一次性产品的重要分销商/合作伙伴（例如，多年前，它与ATMI LifeSciences成立了合资企业，在亚洲生产包装）。如今，奥星在中国生产定制的一次性组件，甚至混合系统，增强了国内供应。
多宁生物科技成立于2005年，总部位于上海，是新一代一站式生物工艺解决方案公司的代表。多宁生产种类齐全的一次性耗材：2D/3D袋、生物工艺容器、过滤器、连接器（包括穿墙系统），甚至一次性生物工艺仪器。一个值得注意的例子是多宁的一次性自动分装系统 (DuoFill)，该系统能够以密闭方式将原液产品无菌分装到袋或瓶中。这种创新解决了生产工艺的最后环节，确保直至最终容器的无菌性。多宁还进行了战略性收购以增强其产品组合——2023年，它收购了中国精密蠕动泵制造商PreFluid（普瑞），将其集成到其一次性系统中，以更好地控制流体处理。多宁首席执行官强调，普瑞的泵专业知识与多宁的一次性用品相结合，打造了完整的“无菌流体输送链”，彰显了其成为生物工艺需求一站式服务商的目标。事实上，多宁将自己定位为一家领先的综合生物工艺解决方案提供商，涵盖从研发到商业化生产的各个环节。这借鉴了西方巨头的全方位战略，但其本土制造能够更好地响应中国客户的需求。
总的来说，这些中国公司并非只是模仿者；他们正在创新，并推动一次性市场的竞争。他们通常提供更具成本效益的产品和更短的交货时间，这迫使全球供应商改进其在该地区的供应链和定价。此外，中国一次性企业也开始进行国际扩张——例如，乐纯和多宁已开始通过分销商在其他亚洲国家甚至欧洲销售其产品。中国本土一次性产业的崛起也增强了全球供应弹性，为曾经集中在少数西方供应商手中的关键耗材（薄膜、连接器、过滤器）提供了替代来源。
从区域实力角度来看，中国的优势在于规模和速度。庞大的国内市场规模使企业能够快速提升产量（从而降低单位成本），而良好的创业环境也意味着新的设计能够快速开发和迭代。政府对生物制药创新的支持也为一次性技术的发展提供了资金和基础设施（例如，一些一次性技术企业受益于地方补贴和被列入国家战略产业清单）。此外，还有一个反馈循环：本土一次性技术供应商的存在鼓励更多中国生物技术公司在国内建立生产基地，进而产生更多对一次性产品的需求——这是一个推动增长的良性循环。
总而言之，中国在一次性生物工艺领域的崛起是全球性的重大进展。它确保了一次性生物工艺市场不再是寡头垄断；相反，来自不同大洲的多元化供应商可以共同推动创新，稳定供应，甚至可能合作制定一次性技术质量和可持续性的国际标准。
一次性系统的监管和GMP考虑因素
向一次性技术的转变带来了新的监管和GMP考量，供应商和最终用户都必须谨慎应对。与固定式不锈钢设备不同，SUS设备交付时已进行预灭菌和预组装，因此制造商严重依赖供应商资质和进货质量控制，而非内部灭菌和清洁验证。监管机构（FDA、EMA等）普遍接受一次性技术，但重点关注材料兼容性、可提取物/可析出物以及一次性组件的严格质量保证。
材料测试与合规性：所有主要的一次性 (SUS) 组件均由必须具有生物相容性的聚合物和弹性体制成。因此，供应商会对薄膜、管材和连接器进行广泛的测试，以符合 USP <88> VI 级（生物相容性）等标准，并确保不会对产品造成干扰。例如，Cytiva 的 Fortem™ 薄膜经过了严格的抗弯耐久性、可焊性和低提取物分析，并经过精心设计，可在长期液体储存过程中保持 pH 值稳定。该薄膜营造出适合细胞培养的保护环境，并在各种应力条件下进行测试，以控制任何降解物。这种级别的测试对于满足法规要求至关重要，即接触材料不会对产品安全性或功效产生不利影响。公司通常会遵循行业指南（例如 BioPhorum Operations Group 推荐的提取物测试方案），并向最终用户提供提取物/析出物数据包，以供纳入申报。默克、赛多利斯和其他公司都拥有庞大的 SUS 产品可提取物数据库，并且不断改进薄膜（例如，较新的聚乙烯基薄膜减少了添加剂含量，以降低潜在的可析出物）。
无菌保证：一次性组件通常在工厂采用伽马射线灭菌。GMP 要求此灭菌过程必须经过验证。供应商必须遵守 ISO 辐射灭菌标准，并为每批产品提供无菌证明。最终用户则必须确保一次性组件 (SUS) 的包装在使用前保持无菌状态（这意味着要仔细检查是否有任何运输损坏，并控制储存环境）。一些监管指南（例如欧盟关于无菌生产的附录 1）包含适用于一次性组件的条款，例如，需要在使用前对一次性无菌过滤器进行完整性测试（因此提出了 PUPSIT 要求，像多宁这样的一次性产品供应商现在已推出专门的组件来满足这一要求）。
变更控制和供应链： SUS 组件的变更管理是一个重要的监管问题。生物制药工艺可能被授权使用特定的袋子、过滤器等，因此，如果供应商更改薄膜配方或停产连接器，则可能需要进行可比性研究。因此，SUS 供应商和生物制造商之间需要建立牢固的合作伙伴关系，并提前通知变更信息。许多供应商已经制定了严格的变更控制程序，甚至采用多方采购原材料的方式，以确保连续性。疫情凸显了多元化供应的重要性——正如前文所述，依赖单一来源可能存在风险。监管机构意识到了这一点，有时会敦促企业对关键一次性组件的二级供应商进行资格审查。
GMP 文件和验证：实施一次性系统仍然需要验证，但重点已发生转变。公司不再进行清洁验证，而是进行可析出物研究（通常是在工艺条件下进行最坏情况萃取，并对发现的任何化合物进行毒理学评估）。SUS 组件（尤其是像生物反应器袋这样的关键组件）的完整性测试可以通过压力衰减测试或成像方法进行，以确保没有针孔泄漏。供应商通过制定验证指南甚至在自身进行一些测试来提供帮助。例如，奥星提供从系统风险评估到兼容性测试的服务，帮助客户验证特定的一次性系统是否符合其用途。在设施检查期间，监管机构希望看到一次性系统被纳入工厂的质量体系——包括进货检验、批次可追溯性和操作员正确操作的培训（例如，不正确的袋子安装可能会导致故障）。
值得注意的是，可提取物和可析出物 (E&L)一直是重点关注领域。业界通过 BPOG 发布了标准化的可提取物测试方案，药典（USP、Ph. Eur.）也一直在更新章节，以解决制造过程中的塑料成分问题。许多新型疗法（例如细胞和基因疗法）完全采用一次性工作流程生产，监管提交的文件包含关于可提取物和可析出物的详细章节，其中包含 E&L 数据及其使用理由。到目前为止，尚无与可提取物和可析出物直接相关的患者安全问题报告，这证明了在材料认证方面所做的辛勤工作。然而，保持警惕仍然很重要，尤其是在将可提取物和可析出物报告应用于新工艺时（例如，某些步骤中的有机溶剂与某些塑料的相互作用可能与水性缓冲液不同）。
培训和人为因素： GMP合规性还延伸到确保操作员正确使用一次性系统。这意味着需要新的SOP——例如，如何在不损坏无菌袋的情况下将其拆开和安装，如何使用接管机或连接器进行无菌连接等。许多公司必须培养这些能力，有时还需要供应商的支持。其优点是，一旦实施，SUS可以简化操作（预灭菌管组可以减少现场清洁验证等），但它们会引入不同的故障模式（例如，袋子掉落或夹具闭合不正确可能会导致无菌性丧失或溢出）。
总而言之，监管机构接受一次性技术作为现代GMP生产的一部分，但供应商和用户都必须保持高标准的质量保证。GMP的关键影响包括严格的材料鉴定、确保一次性装置的无菌性、强大的变更控制以及对每个一次性组件功能的适当验证。随着一次性技术的应用日趋成熟，这些实践正在变得标准化。事实上，监管机构现在有时认为一次性技术可以降低某些风险（例如交叉污染）——SUS的一个众所周知的好处是，它通过设计“消除了批次间产品交叉污染的风险”。过去十年，该行业的集体经验和数据使人们充满信心，只要控制得当，一次性系统就可以像传统设备一样符合GMP标准并可靠运行。
一次性系统的可持续发展举措
一次性生物工艺面临的最大批评之一是其对环境的影响，尤其是塑料废弃物的产生。一次典型的2000升SUB运行可能会产生数十公斤的塑料废弃物（来自反应袋、过滤器、管道等），这些废弃物通常被视为生物危害物并被焚烧处理。虽然SUS减少了水和化学品的使用（无需清洁），从而降低了这些区域的环境足迹，但处理大量聚合物废弃物的长期可持续性一直受到质疑。
值得称赞的是，该行业已经认识到这个“房间里的大象”，并正在采取措施实现更环保的做法。一项多公司合作就是一个例子：2022-2023 年，赛诺菲（SUS 的主要最终用户）、赛多利斯（SUS 的供应商）和威立雅（Veolia ，废物管理公司）对一次性回收技术进行了一项具有里程碑意义的研究。这个三方项目发表在《La Vague》杂志上，研究了回收使用过的生物工艺塑料的技术挑战和潜在解决方案。一些研究结果包括需要更好地分类废物（因为并非所有一次性废物都具有生物危害性——世卫组织估计，如果分类得当，约 85% 的医疗塑料废物是无害的）。如果一次性废物可以净化和分类，那么很大一部分可能适合材料回收或能量回收。然而，SUS 中的聚合物混合物（聚乙烯、EVA、聚碳酸酯等）以及多层薄膜的存在使传统的回收流程变得复杂。该联盟一直在探索先进的回收技术（例如将塑料热解成燃料）并设计考虑到可回收性的新型一次性产品。
多家供应商已推出“可持续”的一次性产品线。如前所述，赛默飞世尔的Aegis 5-14薄膜部分采用生物基材料，其生产过程中产生的净碳足迹为负值。使用生物衍生聚乙烯（源自植物）可减少树脂对化石燃料的依赖。赛默飞世尔还报告称，通过设计变更减少了包装浪费（BioTitan固定器通过充当集成包装袋支撑，减少了额外的保护性包装）。赛多利斯一直致力于高密度包装，以便每箱运输更多包装袋，并研究了在其组件中非产品接触部件中使用再生材料的情况。默克的“BioContinuum™平台”包含一个缓冲液输送系统，该系统通过按需提供缓冲液浓缩液，显著减少了所需的一次性缓冲液容器数量，从而间接减少了浪费。
另一种方法是在非GMP环境下重复使用：一些团体将使用过的一次性塑料（经过适当清洁后）重新用于实验室训练单元或低等级应用，以延长材料的使用寿命。虽然一次性塑料并非用于多次生物工艺运行，但富有创意的二次利用可以减少浪费。
回收项目正在慢慢兴起。一些供应商正在试点项目，从客户那里收集用过的一次性材料，然后送往专门的回收合作伙伴。例如，有些供应商将一次性生物反应器袋处理成公园长椅的塑料材料。目前这些项目规模较小，但随着产量的增长，规模经济效应可能会使这些项目更加可行。废物的监管分类是一个问题——如果被认为具有生物危害性，大多数司法管辖区都要求焚烧处理。但如果生物制药公司能够证明其净化效果有效（例如，使用酶处理或使用后辐照处理），那么大部分塑料废物就可以被视为常规可回收废物。这是一个尚未完全解决的监管难题。
一个颇具前景的发展方向是循环设计。供应商正在探索使用更均匀的材料制造一次性组件，以便于回收利用。例如，采用全聚乙烯结构（无混合聚合物层）可以简化熔化和重塑过程。某些一次性用品供应商也对可生物降解塑料感兴趣，尽管对于关键的工艺接触部件，可生物降解塑料可能尚无法提供所需的坚固性和纯度。
值得注意的是，即使一次性塑料被焚烧，现代的废物能源焚烧炉也能捕获能量，并配备洗涤器来限制排放，因此与不受控制的焚烧或填埋相比，其影响较小。尽管如此，企业形象和可持续发展目标仍促使企业采取比焚烧更好的措施。许多使用SUS的大型制药公司都制定了可持续发展目标，其中包括提高生物工艺塑料的回收或再利用比例。
总而言之，业界认识到，一次性技术要想真正实现长期可持续发展，就需要在回收和材料方面进行创新。早期的合作（赛诺菲-赛多利斯-威立雅等）正在通过强调技术和监管障碍以及潜在解决方案来奠定基础。与此同时，供应商的渐进式改进（生物基薄膜、精简包装）已在减少一次性系统的碳足迹和废物足迹。随着这些努力的成熟，我们可以期待下一代一次性系统不仅能实现性能，还能履行环境责任，与生物制药行业更广泛地推动绿色制造的理念相一致。
加速药物研发和生产
归根结底，一次性系统的创新不仅仅是工程壮举；它们能够实现更快、更灵活的药物开发和生产。一次性系统 (SUS) 技术通过多种方式显著缩短了生物制药产品的临床和上市时间：
所有这些因素共同加速了从研发到商业供应的流程。得益于SUS赋予的敏捷性，新型疫苗、生物制剂乃至先进疗法都能更快地惠及患者。时间的节省体现在研发（快速实验、轻松规模化生产）、设施准备（模块化、预验证单元）以及生产周期（快速转换、减少清洁/验证停留）方面。对于等待救命治疗的患者来说，这些效率的提升意义非凡。
从战略角度来看，一次性系统的广泛采用也改变了企业规划生产网络的方式。企业不再为一款重磅产品建造一座大型固定工厂（如果需求下降，该工厂可能会利用率不足），而是选择规模较小、基于一次性系统的工厂，这些工厂可以根据需要进行复制或迁移。这降低了投资风险，并鼓励了一种更加分布式的生产模式——我们在新冠疫情期间就见证了这种模式的运用，当时多个国家都使用类似的一次性平台建立了疫苗生产基地，以确保全球供应覆盖。
一次性系统已从一个新颖的理念发展成为现代生物制药生产的驱动引擎。思拓凡、赛多利斯、默克、ABEC 以及中国新一波企业的创新，正在不断拓展一次性系统 (SUS) 的可能性——从更大规模和连续工艺到更智能、更环保的设计。这些进步反过来又加快了新疗法的开发、测试和交付给患者的步伐。随着行业的发展，我们可以预期一次性技术将与数字系统（用于监控和自动化）更加紧密地集成，并在未来的设施概念（例如完全灵活的“按需生产生物技术”工厂）中发挥核心作用。对于生物制药专业人士和战略家来说，紧跟一次性系统 (SUS) 的创新至关重要，因为这些系统正在重塑药品生产的技术和商业格局。全球专业知识的持续融合——西方先驱和东方新进入者——预示着一个充满活力、竞争激烈的领域，并将在未来几年继续推动一次性生物工艺迈向新的高度。
原文：Single-Use Systems Are Rewiring Biopharma Manufacturing. BioPharma APAC, 2025.
