冻干机过滤器滤芯完整性检测方法探究
引 言
无菌制剂种类主要包括最终灭菌的无菌制剂和非最终灭菌的无菌制剂，使用冻干机生产的无菌制剂绝大多数都是非最终灭菌的无菌制剂。对于非最终灭菌的无菌制剂而言，制剂的无菌性保证主要依赖于生产过程中的无菌控制。
无菌制剂在进入冻干机之前的生产过程控制主要包括器具（灌装泵、清洁抹布等）清洗和灭菌、设备（隧道烘箱、灌装机、配料系统等）清洗和灭菌、包材（西林瓶、胶塞、铝盖等）清洗和灭菌、料液无菌过滤等。除此以外，还需要保证冻干箱本身的无菌性，例如，冻干箱在清洗和灭菌过程中需要保持无菌性；冻干机的清洗外置CIP水罐呼吸器需要保证其完整性检测合格。还需要保证冻干机生产时的无菌性，例如，冻干机小门充气过滤器滤芯需要保持其完整性；冻干产品压塞以前需要通入无菌空气或者氮气进行预复压，压塞完成以后，需要进气复压使箱体内的压力达到常压状态，方可开门出料，进气复压过滤器滤芯需要保证其完整性。因此，保证冻干机上各过滤器滤芯的完整性显得尤为重要。
法规对过滤器完整性的要求
1.1 我国GMP（2010版）对过滤器完整性的要求
我国GMP（2010版）附录第四十二条明确规定：进入无菌生产区的生产用气体（如压缩空气、氮气，但不包括可燃性气体）均应经过除菌过滤，应当定期检查除菌过滤器和呼吸过滤器的完整性。
我国GMP对于过滤器滤芯的完整性检测没有明确规定是灭菌前检测还是灭菌后检测，是使用前检测还是使用后检测。目前，对于实际药品生产而言，建议在一批药品生产结束后、灭菌前检测过滤器滤芯的完整性，这样既符合GMP要求，操作又相对简单，可以判断每一批产品的无菌性是否得到保障。
1.2 欧盟GMP对过滤器完整性的要求
欧盟GMP（2008版）无菌药品附录1要求：除菌过滤膜应该在使用前及使用后立即采取合适的方法确认其完整性，可以采用起泡点、扩散流或压力保持的方法。
在欧盟GMP2017年修订稿中，明确要求对于非最终灭菌的药品，要求在线进行过滤器完整性检测，以防止任何对产品质量下降的不良影响。
1.3 FDA（Food andDrug）颁布的cGMP对过滤器完整性的要求
FDA对于过滤器完整性也有明确要求：完整性测试可以在过滤前进行，并应当在过滤后进行日常测试。过滤后，通过完整性测试，检测过滤过程中可能出现的泄漏或破损是非常重要的。可见，FDA也强调对于过滤器完整性检测的重要性。
1.4 PDA对过滤器完整性的要求
PDA也明确规定：在过滤的前后需要对过滤器完整性进行检测。现行的GMP要求过滤器及过滤系统在使用前及使用后均需要进行完整性测试。
1.5 WHO（World HealthOrganization）对过滤器完整性的要求
WHO无菌药品附件6中明确规定：过滤器使用前应进行过滤器的完整性测试，使用后应立即采用适当的方法，如起泡点、扩散流速或压力保持法检验其完整性。
综合上述各种法规要求，法规对于过滤器的完整性检测都有明确规定，虽然要求测试的时间点稍有区别，但是都强调需要检测过滤器的完整性，可见过滤器完整性对于无菌产品生产的重要性。
过滤器完整性的检测方法
2.1 过滤器滤芯的分类
过滤器滤芯按照形式划分，主要分为膜式滤芯和非膜式滤芯；按照过滤器品牌主要有Pall,MILLIPORE以及一些国产品牌日泰等；按照滤芯材料与水的关系划分，主要分为亲水性滤芯和疏水性滤芯。其中，亲水性滤芯的材料主要用于水或水/有机溶液混合的过滤和非最终灭菌产品料液的除菌过滤；疏水性滤芯的材料是通过水被截流或“引导”进入滤膜。一般而言，水不容易通过疏水性滤芯，主要用于溶剂、酸、碱和化学品（乙醇、甲醇、丙酮等）的过滤，罐/设备/容器呼吸器，工艺所需要的无菌空气、无菌氮气、发酵进气和排气的过滤。
过滤器滤芯按照材质划分，主要有醋酸纤维素膜、硝酸纤维素膜、混合纤维素酯、聚丙烯（PP）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）、聚酰胺（尼龙）等材质。各种不同材质的滤芯比较如表1所示。
表1. 不同材质的滤芯比较
2.2 不同滤芯的完整性检测方法
完整性检测方法主要有破坏性完整性检测法和非破坏性检测法。对于无菌生产使用的过滤器，一般不适合使用破坏性完整性检测，一般都使用非破坏性的过滤器完整性检测方法。
目前药厂认同的过滤器完整性检测设备主要有PALL完整性检测仪和MILLIPORE完整性检测仪，并且PALL完整性检测仪的应用广泛度要高于MILLIPORE完整性检测仪。完整性检测的方法一般主要有起泡点、水侵入、前进流。其中，起泡点法一般适用于亲水性的滤芯；水侵入法一般适用于疏水性的滤芯；水侵入法的优点是适用于注射用水，容易干燥，不容易引入杂质和污染。
表2为几种常见的过滤器滤芯完整性检测方法的比较。
表2. 几种常见的过滤器滤芯完整性检测方法比较
过滤器在冻干机中的运用
3.1 进气复压系统过滤器
进气复压系统过滤器适用于过滤洁净空气和氮气，确保进入冻干箱内的气体是洁净和无菌的。一般使用两个过滤器，按照新版GMP要求，建议使用两个过滤器串联，发挥双重保险的作用。冻干机上的进气复压系统过滤器如图1所示。
图1. 进气复压系统过滤器
3.2 小门充气过滤器
自动进出料的冻干机（包括目前没有配备自动进出料系统，但是冻干机已经预留了与自动进出料系统对接的小门的冻干机）、半自动进料的冻干机均有小门，用于进出物料。
小门上有M型密封圈和0型密封圈两种。其中，M型密封圈在清洗和灭菌过程中，通过充气来保持箱体和小门的密封效果；O型密封圈的密封可保证真空状态时小门与箱体的密封性。M型密封圈由于充入密封圈的气体或多或少泄漏进入冻干箱（绝对不泄露是不存在的），因此充入小门的气体也需要进行无菌过滤，保证气体的无菌性。由于小门充气只是在清洗和灭菌过程中，产品冻干过程中并不需要给小门充气，因此，小门充气过滤器对于产品无菌性的影响相比进气复压系统过滤器的影响小。冻干机的小门充气过滤器如图2所示。
图2. 小门充气过滤器
3.3 外置CIP清洗站水罐的呼吸器
外置CIP水罐用于储存清洗用水（PW或WFI）。外置CIP清洗站的好处是可以提高清洗的水压，确保清洗效果。PW或WFI注入外置CIP水罐的时候，需要将罐中的空气排出，这时候呼吸器的电磁阀打开，排出水罐中的空气。在清洗及水罐液位下降过程中，呼吸器的电磁阀也打开，外面的空气通过呼吸器进入罐体，维持水罐中压力与大气压平衡。由于水罐进水的过程中，呼吸器需要排气，而具有压力的PW或WFI进入水罐的时候，会有水花溅起，这时候呼吸器就会被水浸湿，如果不及时灭菌干燥，就会导致过滤器中的微生物滋生。因此，该呼吸器需要进行完整性检测，并且能够灭菌和干燥，保持过滤器滤芯的干燥，确保进入外置CIP水罐的气体无菌。外置CIP的呼吸器如图3所示。
图3. 外置CIP的呼吸器
PALL验证仪在冻干机过滤器完整性检测中的运用
根据法规对于过滤器完整性检测的明确要求，上述过滤器均需要进行完整性检测。目前，药厂通用的完整性检测设备有PALL完整性检测仪、MILLPORE完整性检测仪，其他设备也可以检测滤芯完整性，但是认可度等各方面远远比不上PALL和MILLPORE这两种品牌的完整性检测仪。经过前面分析，冻干机上的进气复压系统、带小门的充气系统、外置CIP的呼吸器都需要进行完整性检测。本文主要讨论PALL完整性检测仪在冻干机过滤器完整性检测中的运用。
冻干机上所使用的过滤器材质均为聚四氟乙烯，属疏水性材质。前进流、起泡点、水侵入等方法均可以用来检测这种滤芯的完整性。由于水侵入测试方法在测试时需要滤芯注满纯化水或者注射用水，不用引入乙醇或者气体有机溶剂润湿滤芯，而且纯化水或者注射用水浸润过的滤芯比较容易干燥，故比较推荐使用水侵入测试方法对冻干机上的过滤器进行完整性检测。在线水侵入测试原理如图4所示。
图4. 在线水侵入测试原理
冻干机在线水侵入测试的步骤主要包括：（1）给水罐注满水；（2）对系统进行保压，确保系统不泄漏；（3）进水润湿滤芯，水从上游进入滤芯，充满滤壳，确保滤芯被完全润湿；（4）完整性检测仪对滤芯进行完整性检测，出具检测报告；（5）排出浸润滤芯的水；（6）对滤芯进行干燥。
4.1 进气复压系统过滤器完整性检测
冻干机的进气复压系统过滤器品牌目前医药行业里面认可度比较高的也是PALL过滤器或MILLIPORE过滤器，材质主要是聚四氟乙烯，属疏水性材质。
冻干机的进气复压系统过滤器系统分为1个过滤器和2个过滤器两种。GMP比较推荐的是2个过滤器串联，这样2个过滤器同时坏掉的可能性非常低，可以大大降低因过滤器损坏导致的无菌性遭破坏的风险。无论是1个过滤器，还是2个过滤器，均可以设计成为在线完整性检测，也可以设计成为离线完整性检测。
4.2 小门充气过滤器的完整性检测
冻干机的小门充气过滤器品牌目前医药行业里面认可度比较高的也是PALL过滤器或MILLIPORE过滤器，材质主要是聚四氟乙烯，是疏水性的材质。
由于将小门充气过滤器设计成在线完整性检测相对比较复杂，故目前一般都是采用离线检测的方法，一般可以采用水侵入的完整性测试方法。
4.3 外置CIP呼吸器的完整性检测
外置CIP呼吸器品牌目前医药行业里面认可度比较高的也是PALL过滤器或MILLIPORE过滤器，材质主要是聚四氟乙烯，属疏水性材质。
外置CIP呼吸器的完整性测试完成以后，和外置CIP水罐一起进行在线灭菌测试，测试完成以后，启动过滤器的电加热，将过滤器干燥，确保过滤器不再滋生微生物。
结 语
冻干机上的进气复压系统过滤器、小门充气过滤器以及外置CIP呼吸器，均需要进行完整性测试，均可以使用水侵入的方法进行完整性检测。其中，进气复压系统过滤器比较适合采用在线自动完整性检测方法，既方便，又可靠，应该加以推广和应用；小门充气过滤器完成离线完整性检测以后，离线进行灭菌测试，然后再安装；外置CIP呼吸器离线进行完整性检测，在线进行灭菌测试，并且在线进行加热干燥，能够有效保证过滤器的无菌性。
