无菌产品的生产相当复杂，因为它需要制造具有一致功效的产品并确保终产品是无菌的。许多因素有助于实现无菌保证，包括高质量的操作洁净室、屏障技术以及训练有素的员工。而另一个重要方面是无菌设备的使用。这些设备中的大部分，从接头到储罐，以往会通过加热方式进行灭菌。大多数此类设备是可回收的，经过清洁和再次灭菌过程而重复使用。
然而，这样的过程耗时、昂贵、耗能、需要较大的占地面积，并且容易出现偶发性控制故障，后者会在多个方面带来风险，包括产品无菌性、交叉污染以及未能达到无菌状态，例如不锈钢罐的湿式高压灭菌负载，亦或者引入污染物，比如在进行罐与罐之间的连接操作时。近年来，一次性无菌技术取得了多项进展，例如袋子、接头、管路以及过滤器，无论是作为独立的单元还是作为完整的系统。这些一次性系统正在“挑战”以不锈钢为主的重复使用设备的既定循环，并正逐步成为药物生产的新范式。这种新范式通过采用一次性技术来减少对时间、成本和非无菌性的担忧，使生产商能够远离进行设备消毒/灭菌、回收消耗品或将其转移到洁净室时构成的风险。
当前在生物制药行业应用的一次性技术已涵盖生产工作流程的绝大部分方面，包括管路、囊式过滤器、混合设备、生物反应器、储存产品的无菌液体密封袋、连接装置以及取样容器，可供生物生产商使用。用于无菌工艺的无菌接头即是其中一个例子，其用于容器之间或与过滤器和其它功能歧管之间的连接，以进行产品传输，一次性无菌接头是实现该过程完全封闭以及自动化的基础。另一个例子是一次性袋子技术，这是从固定的不锈钢设备操作转移的关键部分。除了袋子外，还包括一次性混合系统，以及2D或3D储袋。
大多数此类产品都使用伽马射线辐照进行灭菌。伽马辐照具有足够的能量，通过分解细菌DNA 和抑制细菌分裂，在分子水平上杀死细菌。另一种替代灭菌工艺是环氧乙烷气体，但较少被一次性产品制造商采用。
制药生产商投资一次性技术有三个主要原因。首先，减少处理时间和运营成本，前者与缩短上市时间的经济压力有关。由于去除了通过使用在线灭菌 (SIP) 和在线清洗 (CIP) 工艺清洁和回收设备的需求，从而节省时间和成本，而且这些工艺往往还需要广泛的验证工作。
其次是生产成本的降低，这源于系统更可靠、更灵活且更具成本效益。这种灵活性吸引了规模较小的生产商，对其而言，使用一次性技术可以更轻松地进行“利基”产品的可管理、小规模操作。灵活性也符合行业日益增长的“按需生产”趋势。此外，灵活性有助于实现更快的设置时间以及更低的资本成本。
第三个原因是改进的无菌保证。通过改进产品生产和灌装过程中的控制，投资于更好的无菌保证，可以避免或减少批次失败。更强的过程控制部分解决了这样的担忧，即如果产品未通过批次放行的最终无菌检测，则无法采取任何措施来纠正该批次生产中的无菌问题。
综上所述，一次性技术的优势可以概括为：无需清洗；取消对所有组件进行组织内部现场灭菌的要求，如高压灭菌；减少清洁化学品的使用；削减存储要求；减少过程停机时间；提高工艺灵活性并降低交叉污染风险。
但在实际实施一次性技术时，还必须考虑多种因素，从产品功效到灭菌方法。需要特定的实施和验证方法来评估几个关键因素。这项技术的集成不一定需要无所不包，保留一些传统技术的混合方法可能是合适的，混合系统可以优化现有技术并降低购买一次性用品的成本，具体取决于计划生产的产品数量以及所需的灵活性。
在制药生产中实施一次性技术的一些主要考虑因素包括：
在产品存储和处理方面有必要考虑人体工程学因素，例如空间要求。采用一次性技术还允许生产商审查和重新考虑产品工艺流程并进行旨在提高效率的调整。根据运营的性质和目标，生产商可以将一些产品转移到灵活、占地面积较小的设施；而在其它设施中，原有产品可通过融入质量源于设计的原则，进行“现代化”的改造。
这种技术更新和迭代也为更实时的监控提供了机会，即整合过程分析技术 (PAT) ，如配备一次性传感器的生物工艺设备，包括在线 pH、电导和温度等的监测以及更高端的、针对产品质量属性的入线监测。
验证问题是影响生产商是否采用一次性技术策略的核心，在采用此类技术之前必须执行几个验证步骤，其中包括评估与产品接触的一次性技术产品潜在的任何可溶出物和可析出物，其风险因不同的产品、接触时间的长短以及接触所发生的生产阶段的位置而异。此外，对用于薄膜、组件和管材生产的聚合物的可靠性和一致性也必须有足够的“信心”。
灭菌方法及其是否可能对产品产生任何有害影响也是重要的考虑因素。例如，某些灭菌过程，如伽马辐照，会使某些塑料变脆。另一个值得关注的领域是上述的可溶出物和可析出物，如果灭菌过程影响塑料，可能会引发风险。作为验证的一部分，需要对灭菌方法改变聚合物特性（例如拉伸强度、颜色、形状或分子量）的程度进行审查。
可用性和开发成本也是影响一次性技术实施的重要因素，因为并非所有所需的尺寸或类型都有可用的现成商业化产品，如果技术是定制的，则需要生产商与技术提供商的密切合作。在与特定供应商取得显著进展之前，有必要对其进行审计，包括财务、供应连续性保证以及对生产领域。供应商也应提供完整的资质文件包。
一旦完成了每个必要的确认步骤，可能需要进行稳定性研究，以评估该技术对所生产产品的长期影响。此类研究是否必要将取决于技术类型及其成熟度和支持数据。另外，对于基于传统技术的已有工艺，在确定实施后，需要针对一次性技术的变更控制，并且可能需要在用于商业批次之前更改许可，具体取决于适用监管机构的要求。当然，对于小规模工艺和前期阶段的 GMP工艺，另一个考虑因素是该技术是否将用于放大的商业化批次。这需要对成本效益和技术可行性进行评估。理想情况下，需在这些问题得到圆满解答之后，在进行进一步的工作。
总结来说，一次性技术在自动化可行性、紧凑性和可靠性方面可以为制药生产商带来的优势，但在实施过程中需考虑多方面的因素，包括规模放大、产品兼容性、针对人体工程学的空间考虑、成本、灭菌方法以及产品审批影响。基于诸多已有的成功案例，一次性技术的整体实施有助于生产商降低产品成本，并加强无菌保证。
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