除菌过滤器完整性验证 中国药科大学高等职业技术学院 黄家利 baobeiwei0229@126.com

过滤器在医药工业上的用途 水和气体的纯化 去微粒 去细菌 分子分离及产品的浓缩

过滤除菌工艺 除去对热不稳定的药品溶液或气体中的细菌与杂质 过滤后物料中大于0.2μm的微生物出现概率＜10－6 应用范围 可最终灭菌药品的工艺过程 非最终灭菌药品的工艺过程 水系统处理 气体处理

溶液型输液 过滤除菌系统的设计

第一节 过滤介质与过滤器 一、过滤器分类 （一）按材料与水的关系分类 分类 用途 亲水性滤膜 注射用水终端过滤器 药液过滤器 第一节   过滤介质与过滤器 一、过滤器分类 （一）按材料与水的关系分类 分类 用途 亲水性滤膜 注射用水终端过滤器 药液过滤器 水／有机溶液混合的过滤 疏水性滤膜 气体过滤器（CA.N2）、 缓冲罐呼吸器（图） 溶剂、酸、碱和化学品过滤 发酵进气／排气过滤

滤膜的分类 微孔过滤 用途 去除病原体 去除细菌 去除微粒 孔径 μm 0.10 0.22 0.45 、0.65、0.80 、1.0 超滤 孔径 约5nm 用途 分子分离、病毒分离、胶质分离、水质纯化 反渗透 孔径 约0.5nm 用途 去盐、水质纯化、抗生素浓缩

（二）按滤芯材质类型分类 材质 特点 用途 聚偏二氟乙烯（PVDF） 吸附较低 本身是疏水性，经过化学修饰可变为亲水性 不对称膜，提高纳污能力 耐灭菌、化学稳定 亲水、疏水过滤器 聚四氟乙烯（PTFE） 疏水性 化学兼容性好 疏水过滤器 无机溶剂及空气的精过滤。 聚醚砜（PES） 聚砜（PS） 不对称膜、天然亲水材质 吸附较低、流通量较大 耐酸碱，适宜pH1-14 耐灭菌 不兼容丙酮 亲水过滤器 适合过滤难度较大的液体 适合强酸、强碱

按滤芯材质类型分类（续） 材质 特点 用途 尼龙（N66） 适宜pH3.5-10 化学兼容性较好 过滤器带正电，具有吸附热源的作用 聚丙烯（PP） 吸附较大 析出物较少 精滤 醋酸纤维膜（CA） 不对称膜 极低的非特异性吸附性 适宜pH4—8 疫苗、蛋白质、眼用制剂 其他：聚酯、硝酸纤维素膜等。

二、过滤器选型 选择过滤器大小 选择过滤器材质 对过滤流速、流量要求 对使用时间要求 对过滤压力要求 连续操作、间歇操作 重复使用/一次性使用 产品性质（a/w/pr/） 对PH要求 是否直接与产品接触 产品与过滤器兼容性、吸附、溶出、析出 对温度要求

选择过滤器孔径 预过滤、除菌过滤、超滤 选择过滤器类型 囊式、筒式、板式 疏水性、亲水性 选择过滤器组合形式 预过滤+X个除菌过滤器 连接方式：垂直、水平

过滤器 按滤膜结构分类 深层过滤器　用于澄清过滤 表面过滤器　用于预过滤 膜过滤器　用于终端过滤 按过滤器结构分类 平板式过滤器 筒式过滤器

1.平板式过滤器 滤膜材料 混合纤维素酯膜 特点 耐热压灭菌 不耐酸、碱 适用范围 水溶液、油类、酒精 果汁、及气体的细菌和微粒过滤

2.筒式过滤器 滤膜材料 聚丙烯(粗滤) 尼龙、聚砜、聚四氟乙烯(精滤)

三、过滤器使用 （一）滤芯安装注意事项 检查过滤器、O型圈、滤壳圆槽，核对滤器批号、序列号 剪开滤芯塑料包装（禁用尾翼顶开） 湿润O型圈（禁用低沸点液体湿润） 避免手直接接触滤芯 手握滤芯底部、滤芯垂直、完全插入 顺时针旋转（反复旋转一下，确保O 型圈张力释放均匀） 去掉滤芯包装袋、安装滤壳

滤芯使用注意事项 不能反冲 注意分辨过滤器进、出口 SIP前，排尽冷凝水，控制蒸汽压力 SIP时，过滤器上下游压力差确保△P=P1-P2≤XPsi SIP后、使用前，滤芯残留水分不建议吹干（吹干的操作、要求） SIP后不可通入冷水快速降温 滤芯使用注意事项

（二）滤芯长期不适用的贮存注意事项 贮存前洗净、烘干（50-60℃） 贮存时须有保护包装 保存在干净、干燥环境 切勿靠近锋利物体

疑问？ 药液过滤器安装后，进行安装完整性测试。残留有水分是否可以直接 SIP？ 大部分的水可以排掉，表面少部分水可利用纯蒸汽的吹扫流动作用烘干。 从过滤器的上、下游同时通蒸汽灭菌。

第二节  过滤除菌器完整性的验证 关键设备　无菌过滤器 制造商需提供的参数 细菌截留试验 溶出物量及抗氧化能力 多次蒸汽灭菌及消毒后是否能保持滤膜的完整性 最大承耐液压

完整性测试时间点 法规 要求 中国GMP附录1 第75条 除菌过滤器使用后，必须采用适当的方法立即对其完整性进行检查并记录。 欧盟G M P 附录1 第113 条 已灭菌的过滤器的完整性，需要使用适当的方法，在过滤前进行确认，并需要在使用后立刻进行确认，…… F D A 无菌药物工业指南（2004） 过滤器的完整性检测可以在使用前进行，并且应当在使用后常规进行。

验证项目 （1）过滤器性能试验 尘粒去除率(纯化)测定 细菌去除率测定——细菌挑战性试验 （2）过滤器完整性试验试验 目的 证明安装正确性、膜完整性、密封良好性、 孔径分布率 试验项目: 起泡点试验 气体扩散试验 保压试验

完整性检测试验的目的是确定滤芯是否完好,不是测量孔径 完整性定义 完好的 完全的 未受损坏的 完整性检测试验的目的是确定滤芯是否完好,不是测量孔径 u_integtest.ppt 9/4/98

一、过滤器完整性测试的原理 在一系列压力值下评估湿润过滤膜的气流特性 膜上所有的孔必须充分沾湿。 气体在较低压力下引入膜的上游。 毛细管力阻止液体离开孔。 气体溶入液体，在湿的膜上扩散开。 气体在下游释放 通常在大气压下

由于上游的气体压力增加， 扩散速度增加 在增加的上游气体压力下，较大滤孔克服了毛细管力, 液体从较大滤孔中排出 敞开的孔允许大的气体流通过 大的气体流 >> 扩散流

下图显示了气体在低压下扩散漫过湿润滤膜的孔，而液体在毛细管力的作用下留在孔里, 允许“扩散流”通过

下图 显示了气流在较高压力下穿过湿润滤膜的孔，液体被挤出较大滤孔，允许“大的气流”通过。

被测量的气流穿过的湿润滤膜的孔径和分布都一样，只是测量区域不同。 图 膜特性曲线图 测量气体在压力作用下的运动情况 被测量的气流穿过的湿润滤膜的孔径和分布都一样，只是测量区域不同。

曲线图的三个特征部分是膜过滤器完整性测试的基础： 图 7.0-3膜特性曲线图 上游低压线性部分 气体扩散穿过湿润滤膜孔里的液体 “扩散流” 随着压力的增加，气流不再呈线性关系 从单纯的扩散流转变为大的气流和扩散流混合体 “起泡点区” 在“起泡点区”以上，在高压作用下又变成线性相关了 大部分气流是因为自由流动的气体穿过了敞开的膜孔。 小部分气流是因为气体扩散穿过依旧湿的膜孔。 1 2 3 Continued next slide

气流决定完整性 完整的膜 液体打湿的 不完整的膜 液体打湿的 使气体压力 低于 起泡点区 使气体压力 位于或大于 起泡点区 P P Idealized look at bubble point. On the left the integral membrane pores a filled with liquid which is held there by capillary forces. This liquid and these forces present a barrier to air flow. On the right, the air pressure has exceeded the capillary forces of the largest pore, air flows freely through the pore, and can be seen downstream. Remember that this is an "idealized" model. 液体停留在膜孔中，气体溶解于液体中并扩散 少量气流穿过膜 气体压力使液体离开较较大滤孔或缺陷处大量气流穿过膜

一、尘粒去除率(纯化)测定 方法： （1）在过滤膜的上游侧 放置一定数量或浓度的试验用粉尘 （2）在过滤膜的下游侧 用粒子计数器测定透过滤膜的尘粒数 （3）计算纯化能力

原理：在过滤器上游通入粒径为0.2um-0.3um的粒子，检测下游是否有粒子通过。 例：气溶胶法 原理：在过滤器上游通入粒径为0.2um-0.3um的粒子，检测下游是否有粒子通过。 完整性测试仪装载有油雾； 完整性测试后残留问题： 完整性测试后，若滤芯完好，则下游不存在污染，可直接通纯蒸汽，将上游油雾残留稀释后排走； 若滤芯损坏，下游污染。 32 Confidential Information

气溶胶法特点 更接近实际情况； 仅适用于疏水性滤芯； 完整性测试仪连接过滤器上游、下游； 如果测试不合格，会对下游造成污染 要求颗粒分布必须是均一 很难在线测试 33 Confidential Information

三、微孔滤膜过滤器的完整性试验 验证原理 起泡点压力测定 压力保持试验 扩散流量试验

滤芯完整性检测试验类型 破坏性 非破坏性 细菌挑战 前进流 压力保持 泡点 水浸入 颗粒挑战 细菌挑战 前进流 压力保持 泡点 水浸入 细菌截留试验对除菌能力是最灵敏的完整性检测试验。非破坏性的完整性试验是和细菌挑战试验关联的替代性试验 u_integtest.ppt 9/4/98

完整性试验检测的滤芯种类 精度 <1 um的膜式过滤器 膜式终过滤器 除菌级膜式过滤器 除病毒膜式过滤器 疏水性气体过滤器 (WIT) u_integtest.ppt 9/4/98

不能进行完整性检测的过滤器 非膜式过滤器 深层过滤器 预过滤器 纤维/线缠绕过滤器 u_integtest.ppt 9/4/98

测试值＞标准值 测试通过 （一）起泡点测试法 1、原理：是指用气体压迫已经润湿过滤膜上最大孔径，使通过气 所需的最小压力差，而此时产生的压力差称为泡点压力。 测试值＞标准值 测试通过 一定的临界压力值可以用来判断滤膜孔径大小及滤器的完好性 孔径变大，临界压力降低 压力压力保持试验中，在规定时间内压力下降值超过标准，则说明滤膜孔径超标或在使用过程中损坏，或者是系统出现其它漏点 38 Confidential Information 38

充分润湿的滤膜，泡点压力和开孔孔径成反比…意味着越小的孔径，对应越高的泡点 空气 完整性检测设备 水 疏水滤芯 充分润湿的滤膜，泡点压力和开孔孔径成反比…意味着越小的孔径，对应越高的泡点 外接大气 上游阀门关闭 起泡点测试法示意图

根据拉普拉斯等式 r:液体的表面张力 D:毛细孔的直径 P:临界压力 临界压力反比于孔径 临界压力正比于液体表面张力

而后用于囊式过滤器，滤芯和多支滤芯的系统 在较高的压力和较大的膜面积时，灵敏度降低 可用于膜片的检验 2、起泡点法应用“局限” 用于精度 <1 um 的滤膜 最初用于小面积膜片 而后用于囊式过滤器，滤芯和多支滤芯的系统 在较高的压力和较大的膜面积时，灵敏度降低 可用于膜片的检验 41 Confidential Information

3.起泡点压力测定方法 （1）准备工作： A、将仪器安放在一平稳、清洁的工作台上。 B、准备好220V，50HZ的交流电源。 C、备好稳定干燥清洁的空气或氮气作为气源。 D、若用易燃液体作为湿润液时，要保持测试场地的通风，严禁明火。

（2）浸润滤材 A、准备好洁净的湿润液。如亲水性滤材（如尼龙膜，混合纤维素膜，聚醚砜膜等）可用纯水。疏水性滤材（如PVDF和PTFE膜等），可用醇类（乙醇，异丙醇等）。经过完整性数据的对照测试，取得工艺溶液的完整性数据后，也可用工艺溶液进行湿润。 B、将滤膜或滤芯装入测试容器（装膜片时必须用镊子钳，以免手指上的油脂影响膜片的湿润性能）后。充入湿润液，并使其流动，充液时要保证容器内的气体全部从排气阀中排出。 C、滤膜或滤芯的湿润时间参考如下： 甲：滤膜或滤芯全部浸没在湿润液中20分钟，其间每隔三分钟左右 翻动一次。浸润后沥去（或用手甩去）多余的湿润液，然后将滤 膜或滤芯装入测试容器。 乙：滤膜或滤芯装在容器中冲洗五分钟。湿润完毕后，将容器中留存 的湿润液从排污阀中排尽。

（3）气路连接

（5）气流调节 A、根据需要按图1和图2连接气路。 B、关闭阀门V2、V4和V5，开启阀门V1和V3。 C、将气源压力调节至略高于测试压力0.1Mpa。过高的气源压力影响测试精度。 D、调节仪器后面板上的调速阀，使之旋钮至合适位置：在测试——手动测试中，按向上键后，屏幕上显示的增压速度在20mbar——40mbar时，表示气流速度正好符合测试标准。

不断提高压力直至连续气泡在下游出现 包括扩散流和通过开放膜孔的大气流 装在滤壳中的 已润湿的滤芯 气源 压力表 压力调节 水槽 连续气泡 不断提高压力直至连续气泡在下游出现 包括扩散流和通过开放膜孔的大气流 u_integtest.ppt 9/4/98

（二）压力保持试验 用于判断已确定的滤材孔径，在持续的压力条件下，滤膜孔径的变化情况 溶液湿润滤膜 逐步加大压缩空气压力至起泡点临界压力的80% 观察测定规定时间内过滤器压降的情况 压力保持试验的参考标准 0.26MPa，10min内压力＜5%

测试值＜标准值 测试通过 压力保持法是采用灵敏的压力传感器测量润湿的滤芯上游封闭体积内的压力衰减值。 影响因素：上游体积、温度 不适用于膜片的检验 测试值＜标准值 测试通过

微孔滤膜内控质量指标 滤膜孔径 μm 孔隙率 % 厚度 最低起泡点压力 MPa·cm2 压力保持试验值 0.1 70 100～150 0.67 0.48 0.22 75 ≥0.34 0.24 0.45 79 ≥0.24 0.17 0.65 81 ≥ 0.15 0.15 0.8 82 ≥ 0.12

（三）扩散流量试验 试验气体 空气或氮气 系统压力 起泡点临界压力的80% 结果观察 保压15～20min无连续气泡逸出为合格

扩散流（前进流）介绍 扩散流是压缩空气每分钟通过膜孔液体的分子流 测试值＜标准值 测试通过

扩散流测试影响因素及适用情况 影响因素 适用情况 膜面积 孔隙率； 膜的厚度 润湿介质、程度 气体 温度 过滤面积大的过滤器 滤膜比较薄的过滤器 有机溶剂润湿的过滤器 不适用于膜片的检验

各种滤膜对溶剂的耐受性 材 质 缩 写 酸(浓) 碱(浓) 酯 醇 润湿性 聚四氟乙烯 PTFE ＋ 疏水 聚醚砜 PS × 半亲水 聚丙烯 PP 硝酸纤维素酯 CN － 亲水 醋酸纤维素酯 CA ＋ 表示适用； × 表示溶胀或变形；－ 表示不适用。

四、气体无菌过滤器的确认 与药品直接接触的气体质量要求 验证内容 认可标准 压缩空气 N2 CO2 纯度 含氧＜20% 99.9% 微粒 0.1mg/m3 (粒径0.1μm) 菌检 ＜1CFU/m3 干湿程度 露点 -40℃ 含油量 ＜ 0.1mg/m3

1.确认项目 除菌能力确定 过滤后杂质中大于0.2μm的微生物出现概率＜10-6 过滤结构的蒸汽灭菌试验 证明经过灭菌处理过滤结构本身未受到损伤 证明微生物在下游出现的概率＜10-6

2.确认内容 型号 消毒方法 效果监测 起泡点 0.22μm疏水性过滤器 蒸汽灭菌126℃ 30min 指示剂ATCC7953 1.96×10-5Pa ＜10-6

3、疏水性过滤器完整性测试 使用有机溶剂润湿，参照亲水性测试方法测试 不能使用100%有机溶剂 采用起泡点、扩散流、压力保持缺点： 成本高、安全性较低、残留、不适用于在线检测

测试方法-----水侵入法 原理 示意图 适用：疏水性过滤器 原理： 通过测量相应的压力降来得出体积变化； 体积改变的速率相当与流速；

水侵入法测试的特点： 避免使用有机溶剂润湿滤芯 适合在线检测 可对已灭菌滤芯进行检测 检测完毕滤芯可以直接投入使用 注意事项 过滤芯必须干燥且干净（需要对吹干程序验证） 疏水性很强的滤芯（PTFE），水浸入法是相当容易 疏水性不强的滤膜（PVDF）比较困难 尽量减少温度的变化

五、完整性测试失败处理措施

六、过滤器验证 3个阶段 核心验证 持续验证 工艺特定验证

（一）核心验证（由供应商进行确认与验证） 核心验证是过滤器研制后，在投入商业化销售前进行的验证，包括： 细菌截留实验，确认过滤器是否为除菌级 建立完整性限值与细菌截留效率之间的关联 采用水和有机溶剂进行的溶出物考察，评估过滤器在实际应用环节对可能接触到的产品的潜在影响 湿热灭菌条件下过滤器的牢固程度 过滤器的材料是否符合特定的国家标准：e.g（USP<88>）对弹性件、塑料和聚合材料的体内生物安全性测试。

（二）持续验证（由供应商进行确认与验证） 在工业化量产的过程中，每批过滤器产品进行抽样检测；包括： 每批抽样进行的细菌截留测试 抽样进行过滤器滤出液的理化指标（TOC、颗粒物、pH、内毒素和电导率等） 抽样进行蒸汽灭菌条件下的过滤器牢固度 全检该批号每支过滤器的完整性

（三）工艺验证（由客户进行相关确认与验证） 包括： 真实产品和工艺条件下的细菌截留实验 过滤器对真实产品的化学兼容性 模拟产品条件的溶出物/析出物考察 用产品作为润湿流体的完整性检测（可选） 过滤器对产品的吸附性考察（可选） 滤出液的理化指标（可选） 采用使用者灭菌设备和或周期，对过滤器进行灭菌后的过滤器的牢固程度检测。 （可选）

生存试验：确定物料杀菌特性、合理的清洗方案 非杀菌：与料液接触工艺时间后，细菌死亡率＜90% 1）细菌去除率测定 生存试验：确定物料杀菌特性、合理的清洗方案 非杀菌：与料液接触工艺时间后，细菌死亡率＜90% 杀菌：与料液接触60min内，细菌死亡率＞90% 中度杀菌：与料液接触60min内，细菌死亡率＜90%，同时与料液接触工艺时间后，细菌死亡率＞90% 挑战试验：确认最恶劣工艺条件下滤膜的除菌效果 使用单位面积滤膜进行试验 使用107/cm2 缺陷性假单胞菌 67 Confidential Information

类似的化学特性 不含活性成分 细菌截留试验选型表

生物指示剂:缺陷假单胞菌ATCC 19146（平均直径为0.3μm，生物活 性小） 滤膜孔径 ＜0.22μm 滤膜加载的菌液浓度 挑战水平 107个菌/cm2 试验压力： 0.20MPa 流量：筒式过滤器 2～3.86L／(0.1m2·min)

操作步骤： （1）将过滤系统灭菌 （2）用无菌生理盐水或0.1%蛋白胨水湿润过滤器，之后进行过滤器的完好性试验（起泡点试验） （3）将此溶液用一阴性对照用无菌过滤器压滤，培养并检查无菌 （4）将事先标定浓度的微生物悬浮液装入适当容器，并对待试验的过滤的过滤器进行挑战性试验，操作同上 （5）进行过滤器完好性检查，确认试验过程中滤膜没有损坏 （6）培养并观察结果 （7）结果评价：阴性对照过滤器获得阳性结果，试验无效 挑战性试验的滤液中无菌落出现，过滤器合格 挑战性试验的滤液中有菌落出现，过滤器不合格

判断标准 缺陷假单胞菌直径在0.3μm附近呈正态分布 滤膜截获要求达到106个菌／cm2

2）化学兼容性 确认最恶劣工艺条件下过滤器与物料接触后的完整性 考虑产品对过滤器的影响 灭菌条件 过滤温度、时间 过滤流速、压差 囊式过滤器外壳耐压试验 使用全过滤器试验，不用膜 检测方法：完整性检测、外观检测

3）溶出物/析出物 溶出物是针对任何可能与产品接触的材料，在何时溶剂中，与极端温度和时间下，迁移到何时溶剂中的化学成分。 析出物是在常规工艺条件或加速储存条件下，从任何直接与产品接触的材料，迁移进入制剂并被检出的化合物，析出物通常是溶出物的一个子集。

溶出物与析出物区别 溶出物 析出物 条件 极端 温和 时间：大大超过工艺时间 （8-48） 温度：高于工艺温度 -- 溶剂 模型溶剂 产品 选用易挥发溶媒 可以做析出物，但应以溶出物为前提。

4）产品润湿完整性数据（可选） 建立产品润湿的完整性测试参数 过滤器不需要清洗 适用一次性使用过滤器 不需要做滤芯的清洁验证

5）吸附性（评估） 吸附作用是指产品吸附于膜表面从而可能影响产品组成或浓度的机制。 影响吸附作用的因素： 过滤器：滤膜、硬件和支撑材料； 产品：流速、产品浓度、接触时间、防腐剂浓度、温度和pH等。 企业根据风险评估决定是否做吸附性试验。 生物制品、有效成分少（可做） 大输液、有效成分合格标准是一个范围（可评估） 方法：分批取样，判断过滤多大体积后，滤芯达到饱和。

重复使用的过滤器验证 过滤器的清洁验证 过滤器的兼容性、重复使用的细菌挑战试验。 溶出物： 需要做：首次与批间操作一致 评估：首次与批间操作不一致 由客户提供重复使用多次后的过滤器

谢谢!