过滤除菌原理与验证.pdf

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1、15液体的除菌过滤15.1前言采用过滤法去除液体中细菌的最大好处在于该技术在除菌的同时能有效地维护过滤物的物理、化学和生物学稳定性。采用过滤技术除菌的最早记录可追溯到巴斯德时代（1884年），但直至二次世界大战（1942年前后）才开始商业化生产和使用。除菌过滤技术的发展主要经历了从当初的瓷质滤柱（PorcelainFilterCartridge），到石棉-纤维夹层（Asbestos-CelluloseLayers），再到现在的薄膜过滤（MembraneFilters）三个主要阶段（Levy,2001）。当初商业化生产的除菌级薄膜过滤器的孔径为0.45微米。此类薄膜过滤器曾被广泛用于滤

2、除生物制品和液体药品中的细菌、酵母、霉菌和其它非生物颗粒物。并采用粘质沙雷氏菌（Serratiamarcescens）作为标准菌株检查和确认过滤器的除菌效果。但是在上世纪60年代后期，美国FDABowman博士发现一种从蛋白质溶液中分离出来的微小细菌当其在孔径为0.45微米滤膜上的挑战密度达到104−106个细胞/cm2时，会有细菌细胞穿过滤薄。后来该细菌被命名为缺陷短波单胞菌（Brevundimonasdiminuta，“微小短波单胞菌”更贴近拉丁文原意）。从此，滤孔更加致密（0.2或0.22微米）的滤膜被应用于除菌过滤。微小短波单胞菌（B.diminutaATCC®19146™）

3、也被相应地用做检验除菌级过滤器的标准菌株(PDATR#26,1998)。最近，一种能透过0.1微米过滤器的细菌（Leptospiralicerasiae）被发现于Genentech生物科技公司的细胞培养基中（Chenetal.,2012），预示除菌过滤器的级别要求可能会被进一步提高，或者要求在工艺中增加其它附加措施（如巴氏消毒、紫外消毒）监测并控制这些微小细菌。本章将介绍和讨论液体除菌过滤技术的基本原理、过滤器的特性与选择、使用和操作要点、过滤器验证和完整性测试以及相关的法规要求等。15.2过滤的基本原理与孔径分级当液体流过一个过滤器时，液体中的颗粒物会以两种主要方式被过滤器截留住。

4、一种就是我们日常所见到的筛留（sieveretention），过滤器将那些物理直径大于过滤器孔径的颗粒物直接阻挡在过滤器的表面或捕获在过滤器的网状基质里。另一种是吸附性截留（adsorptivesequestration），虽然颗粒物的直径小于或等于过滤孔径，但是过滤器可以将这些小的颗粒物吸附在滤孔里从而将液体中颗粒物滤除。吸附性截留的效果对微小颗粒物（如细菌细胞或生物大分子物质）更加显著。与筛留方式相比，吸附性截留效果受到更多因素的影响，包括过滤器上下游之间的压差、液体流速、颗粒物在液体中的含量、液体介质的表面张力、pH和离子强度、以及过滤器材质的物理化学特性等。了解和考虑这些影响

5、因素将有助于过滤器性能确认的顺利进行。由于至今尚没有一个用来测定过滤器孔径大小的标准方法，过滤器的孔径分级对生产商和用户来说都是一个困惑。除菌过滤器的孔径分级是以一个过滤器能有效截留并滤除某种特定微生物菌株的能力为依据，而不是由过滤器的实际平均孔径和孔径分布状况来决定。尽管也有采用物理手段测量过滤器孔径的方法，但是不同生产厂家的测量方法差别很大。在制药工业，过滤器的定级方法是采用标准微生物菌株来检测过滤器的过滤性能。美国材料测试协会ASTM（AmericanSocietyforTestingMaterials）对除菌级过滤器作如下定义：在不超过30psi（2.07bar）的压差下，每

6、平方厘米的有效过滤表面能100%截留不低于107个微小短波单胞菌细胞（B.diminutaATCC®19146™）的过滤器被称为除菌过滤器。根据生产商的习惯，这种除菌过滤器的名义孔径往往被定级为0.2或0.22微米。与0.2微米的过滤器相比，名义孔径为0.45微米的过滤器也能截留低浓度下的绝大多数微生物（每平方厘米有效过滤表面能100%截留不低于104−5个微小短波单胞菌细胞）（Levy,2001），此种过滤膜可用于最终灭菌产品在灌装前中间产品的过滤。它还多用于样品的微生物含量分析，因为在培养基上它更有利于截留微生物的恢复和生长。尽管对名义孔径为0.45微米的过滤器尚没有一个具体的定

7、义标准，但是过滤器生产企业往往检测此类过滤器在试验压差为5psi（0.34bar）下能否100%截留粘质沙雷氏菌（S.marcescensATCC®14756™）为依据，或者检测过滤器能否截留一定数量的微小短波单胞菌细胞（B.diminutaATCC®19146™）（试验压差为从5psi、0.34bar到50psi、3.4bar不等）（Levy,2008）。在实际生产中，有些液体可能会含有比微小短波单胞菌更小的微生物如支原体。这时需要采用名义孔径更小的过滤