클린룸 오염제어 - 바이오·제약 산업 클린룸의 특징

클린룸 오염제어를 위한 일반 클린룸과 바이오 제약 산업의 클린룸 특징 알아보기

오늘은 우선적으로 첫번째 클린룸 오염제어를 위한 바이오 제약 산업 클린룸에 대한 특징과 두번째로 두 클린룸 간의 차이점에 대해서 알아보도록 하자. 클린룸 오염제어를 위한 바이오·제약 산업 클린룸의 특징은 무균·멸균·제품안전·규제준수가 필요 하다라는 것이다. 그럼 바이오, 제약 클린룸의 주요한 특징을 아래 요약해 본다.

 

 바이오·제약 클린룸이 가진 주요 특징

• 입자뿐 아니라 미생물·세균·엔도톡신 오염까지 통합 제어
• ISO+GMP 규제 기반으로 제품·공정·작업자·문서관리까지 요구
• 무균 상태 유지가 필수여서 Grade A~D 운영과 Validation 절차 필요
• 공정 자체가 위험하므로 BSL·음압·멸균·배기 관리가 필수
• 오염원이 증폭될 수 있어 Barrier/RABS/Isolator 기술 활용
• 제품과 작업자, 환경 보호까지 포함되는 가장 복잡한 형태의 클린룸 운영 구조

삼성바이오로직스 송도공장 전경

 

 

1. 무균성(Aseptic) 확보가 절대 조건 — 미생물·엔도톡신·세균오염까지 제어

바이오·제약 공정 클린룸이 반도체 클린룸과 가장 크게 다른 점은 ‘입자 제어’뿐 아니라 ‘미생물·세균·바이러스·엔도톡신 오염’을 동시에 차단해야 한다는 점이다. 의약품은 인체에 투여되는 제품이기 때문에 화학적 순도뿐 아니라 **무균 상태(sterile condition)**가 절대적으로 필요하다. 단순 먼지 입자 제거만으로는 미생물 오염을 막을 수 없으며, 실제로 제약 생산에서는 박테리아(0.5–5µm), 곰팡이 포자(2–10µm), 바이러스(0.02–0.3µm) 등이 제품 및 라인 오염을 유발할 수 있다.

특히 주사제·백신·세포치료제 같은 무균제형은 제조공정 전체가 무균 환경을 유지해야 하며, 공기뿐 아니라 작업자, 공정 접촉면, 용기, 배지, 장비 표면의 생물학적 청정도가 함께 관리된다. 이를 위해 제약 클린룸은 HEPA/ULPA 필터 외에도 멸균공정(SIP/Steam in Place), 표면 소독, Bioburden 관리, 환경미생물 모니터링(EM) 등의 프로세스가 필수다.

바이오 공정은 살아있는 세포·세균·바이러스 등을 배양하기 때문에, 이 배양체가 외부 환경으로 유출되거나 반대로 외부 미생물이 배양계에 혼입될 경우 즉시 배치 전체가 폐기될 수 있다. 그만큼 무균성 확보는 제품 안전성뿐 아니라 생산 경제성까지 좌우하는 가장 중요한 기준이며, 이를 가능하게 하는 기반이 바로 제약용 클린룸이다.

2. GMP 기반의 운영 규제 — Grade A~D 환경, 행동·절차·설비까지 통제

바이오·제약 산업의 클린룸은 단순 환경 기준만 적용되는 ISO 14644와 달리, GMP(Good Manufacturing Practice) 규정을 핵심으로 운영된다. GMP는 입자 기준뿐 아니라 운전 상태, 작업 절차, 작업자 교육, 멸균 방식, 장비 검증, 문서관리, 배치기록 등 전체 운영 체계를 포함한다.

GMP 클린룸은 Grade A~D로 구분되며, 특히 Grade A는 무균 제조 공정에서 가장 중요한 구역으로 ISO Class 5와 대응된다. Grade B는 무균 제조 배경구역, Grade C·D는 배지 제조 및 보조 공정에 사용된다. 이러한 등급 시스템은 각 공정의 위험도(Risk Level)에 따라 청정도, 미생물 허용수준, 작업자 동작 허용 범위 등을 구체적으로 규정해 준다.

특히 제약 클린룸은 “사람 자체가 가장 큰 오염원”이므로 작업자의 행동 규제가 매우 강하다. 예를 들어, Grade A/B에서는 손을 공정 위로 지나가게 하는 행동조차 허용되지 않으며, 장비와의 접촉은 최소화되어야 한다. 모든 작업은 SOP(Standard Operating Procedure)에 따라 문서화되어야 하고, 동선·작업순서·자재흐름·공정간 이동 경로까지 표준화되어야 한다.

또한 GMP 클린룸은 **Validation(검증)과 Qualification(적격성 평가)**이 필수다. HVAC, 압력차, 온습도, 기류 패턴, 미생물 환경 모니터링, 무균 시험, 배지 배양 시험(Media Fill Test) 등은 정기적으로 실시한다. 즉, 바이오·제약 클린룸은 단순한 청정 공간을 넘어 규제 기반의 운영 시스템 전체가 제품 품질을 보증하는 구조로 되어 있다.

3. 인체 안전·제품 안전·환경 안전을 동시에 만족해야 하는 고위험 공정 환경

바이오·제약 산업의 또 다른 특징은 공정 자체가 고위험군이라는 점이다.
예:

• 세포·바이러스 기반 백신 제조
• 항체·단백질 의약품 대량 배양
• 독성물질·세포독성 화합물 취급
• 병원성 미생물 또는 유전자 조작 미생물 다루기

이러한 공정은 유출되면 인체·환경에 직접적인 위험을 초래할 수 있다. 따라서 공정 중 취급하는 미생물의 위험등급에 따라 BSL(Biosafety Level) 규정을 적용하고, 음압 구역·배기 HEPA·이중 여과·폐기물멸균 시스템·배양 장비 격리 시스템(Isolator) 등을 구축해야 한다.

또한 제품 안전성도 고려해야 한다. 바이오의약품은 열에 민감하고 구조가 불안정한 단백질 기반 물질이 많아, 환경 변화(온도·습도·CO₂ 농도 등)에 의해 의약품 기능이 쉽게 변한다. 따라서 바이오 클린룸은 단순 청정도 외에도 공정별 최적 온습도 제어, 배양장비 주변 미세환경 제어, 압력차 관리, 배출가스 및 잔류 VOC 제거까지 통합적으로 다뤄야 한다.

환경 안전도 중요하다. 폐액·배지·세포 잔여물 등은 멸균 후 폐기해야 하고, 배지 교체 과정에서 발생하는 bio-aerosol이 외부로 퍼지지 않도록 배기 시스템이 설계된다. 결과적으로 바이오·제약 클린룸은 제품·작업자·환경의 세 가지 안전을 동시에 만족해야 하는 복합적 보안시설이라고 볼 수 있다.

4. 오염제어 기술의 수준이 다름 — 미생물·입자·세균·유기물·엔도톡신의 총체적 관리

바이오·제약 산업의 클린룸은 반도체 대비 오염제어 기술의 범위가 훨씬 넓다. 반도체가 입자·분자오염 중심이라면, 제약 클린룸은 다음 여섯 가지를 동시에 관리한다.

1. 입자오염(Particles)
2. 미생물오염(Microorganisms)
3. 바이러스·세균·곰팡이 포자 등 생물학적 오염
4. 엔도톡신(Endotoxin) 오염
5. 유기물·VOC 오염
6. 교차오염(Cross Contamination)

이 중 엔도톡신은 세균이 죽어도 남아 있는 독소로, 단백질 기반 의약품이나 주사제에서는 극소량만 있어도 치명적인 제품 부작용을 일으킬 수 있다. 따라서 의약 제조 클린룸은 엔도톡신 제거를 위한 초순수(WFI), 멸균 공정, 무균 충전(Isolator Filling) 등이 필수다.

또한 바이오 클린룸은 공정 특성상 “살아 있는 세포를 다루므로 오염이 증폭될 가능성이 매우 높다.” 즉, 한번 오염되면 확산 속도가 매우 빠르고 공정 설비 전체를 위험에 빠뜨릴 수 있다. 이를 막기 위해 Barrier System, RABS, Isolator, 차압 Cascade 설계, 공정 분리, 밀폐형 배양 장비 등 다양한 공정 보호 장치가 사용된다.

바이오·제약 산업 클린룸 vs 일반 산업 클린룸 비교 정리

1. 오염제어 목적의 근본적 차이

바이오·제약 산업 클린룸의 최우선 목적은 무균 보증(Sterility Assurance) 이다. 즉, 제품에 미생물이나 외래 오염원이 존재하지 않도록 공정 전체를 통제하는 것이 핵심이며, 환경은 제품 품질의 일부로 간주된다. 오염은 단순 결함이 아니라 환자 안전과 직결되는 위험 요소로 인식된다.

반면 일반 산업 클린룸은 주로 제품 기능 및 수율 확보를 위한 환경 관리가 목적이다. 오염은 공정 불량이나 성능 저하를 유발하지만, 인체 안전과 직접 연결되는 경우는 제한적이다. 따라서 오염제어는 품질 최적화 수단으로 작동한다.

2. 관리 대상 오염원의 차이

바이오·제약 클린룸에서는 미생물 오염(Bacteria, Fungi, Spores) 이 가장 중요한 관리 대상이다. 여기에 부유 입자, 표면 오염, 작업자 기인 오염까지 포함되어 관리 범위가 넓다. 미생물은 증식 가능성이 있기 때문에 “존재 여부” 자체가 관리 대상이 된다.

일반 산업 클린룸은 비생물학적 입자(Particles) 가 핵심 관리 대상이다. 금속 입자, 섬유 입자, 분진 등이 주요 문제이며, 미생물은 관리 대상에서 제외되거나 부차적으로 취급된다.

3. 적용 규제 및 기준 체계의 차이

바이오·제약 클린룸은 GMP(Good Manufacturing Practice) 를 중심으로 관리된다. Grade A–D 등급, 운전/비운전 상태 구분, 미생물 한계 기준, 청소·소독 절차, 작업 행위까지 규제 범위에 포함된다. 규정 준수 여부는 법적 효력을 가진다.

일반 산업 클린룸은 주로 ISO 14644 기준을 적용한다. ISO Class 1–9는 공기 중 입자 농도를 기준으로 환경을 분류하며, 법적 규제보다는 국제 표준에 따른 품질 관리 수단으로 활용된다.

4. 운영 개념 및 관리 방식의 차이

바이오·제약 클린룸은 공정 중심(Process-oriented) 운영이 특징이다. 동일한 공간이라도 작업 행위, 인원 수, 공정 단계에 따라 허용 기준이 달라진다. 따라서 SOP, 교육, 작업자 행동 관리가 환경 관리의 핵심 요소가 된다.

일반 산업 클린룸은 환경 중심(Environment-oriented) 운영이 일반적이다. 특정 공간의 청정 등급을 유지하는 것이 목표이며, 공정 행위에 따른 변동은 상대적으로 덜 엄격하게 관리된다.

5. 환경 모니터링 방식의 차이

바이오·제약 클린룸에서는 환경 모니터링(Environmental Monitoring) 이 실시간·정기적으로 수행된다. 부유균, 낙하균, 표면균, 부유 입자, 차압, 온·습도 등이 모두 모니터링 대상이며, 초과 시 즉각적인 조치가 요구된다.

일반 산업 클린룸은 주로 입자 모니터링 위주로 관리된다. 실시간 모니터링보다는 주기적 측정과 트렌드 관리가 중심이며, 경보 기준도 상대적으로 단순하다.

6. 청소·소독 및 위생 관리의 차이

바이오·제약 클린룸에서는 청소(Cleaning)와 소독(Disinfection) 이 명확히 구분된다. 소독제 종류, 교대 사용 전략, 잔류물 관리, 접촉 시간까지 SOP로 규정된다. 청소 활동 자체가 밸리데이션 대상이다.

일반 산업 클린룸에서는 주로 청소(Cleaning) 가 중심이며, 소독 개념은 제한적으로 적용된다. 오염 제거 목적이 주를 이루며, 화학 잔류물 관리 요구는 상대적으로 낮다.

7. 인원 관리 및 작업자 영향의 차이

바이오·제약 클린룸에서는 작업자가 가장 큰 오염원으로 간주된다. 가운 시스템, 탈의 절차, 교육 이력, 작업 동작까지 관리 대상이며, 작업자 수 제한이 엄격하다.

일반 산업 클린룸에서는 작업자 관리가 필요하지만, 오염 기여도가 상대적으로 낮다고 판단되는 경우가 많아 관리 강도는 낮다.

8. 설계 및 투자 구조의 차이

바이오·제약 클린룸은 무균 보증을 위해 고중복 설계(Redundancy), 차압 계단, 일방향 기류, 고성능 필터 시스템을 적용한다. 초기 투자비와 운영 비용이 매우 높다.

일반 산업 클린룸은 공정 요구 수준에 맞춘 최적화 설계가 중심이며, 비용 대비 성능 효율이 중요한 판단 기준이 된다.

 

종합 정리             

바이오·제약 산업 클린룸 vs 일반 산업 클린룸 비교 정리를 표 한 장으로 정리해 봤다.                                         

구분	바이오·제약 클린룸	일반 산업 클린룸
핵심 목적	무균 보증·환자 안전	수율·기능 품질 확보
주요 오염원	미생물 + 입자	입자 중심
적용 기준	GMP 중심	ISO 14644 중심
운영 개념	공정·행위 중심	환경 중심
청소 관리	청소 + 소독	청소 중심
인원 영향	매우 큼	상대적으로 낮음
비용 구조	고비용·고규제	효율 중심