微孔滤膜过滤器技术.ppt

1、第3.0节 过滤器的工作原理,3.0 过滤器的工作原理 截留机制 尺寸排阻 吸附作用 3.1 孔径的等级,液体过滤的原理,过滤 液体通过多孔材料而实现颗粒的去除 驱动力 能够产生压差或压降的压力或真空源 相的分离 固相/ 液相,液体过滤的截留机理,过滤矩阵 与交错分子筛的多层结构 相比，具有高度机械稳定性和耐压性的均匀海绵孔隙结构,放大15000倍的 0.2 m 聚砜醚膜,液体过滤的截留机理,截留 颗粒和微生物被留在表面，并通过下列的力学效应包埋在过滤矩阵中= 尺寸排阻= 分子筛截留= 物理捕获= 直接拦截 过滤效率 过滤器截留颗粒的能力 如果颗粒的尺寸大于孔径，则100%截留 只要颗粒或孔隙

2、不在压力作用下变形，则会产生独立的压差,液体过滤的截留机理,截留 足够小的能够进入过滤矩阵中的颗粒或微生物，通过吸附螯合作用被捕获 影响参数 过滤器的表面化学 溶液的性质 颗粒/ 微生物 所用的过滤条件,Adsorptive Capture,孔径等级,举例 孔径标注 典型应用 0.02 m去除病毒 0.1 m去除支原体 & 除菌过滤 0.2/0.22 m除菌过滤 0.45 m减少生物负荷 0.65 m截留真菌 0.8 m 净化&超净 1.2 m 抛光过滤 3.0 m 去除颗粒,孔径等级,等级是通过范围而界定的 没有统一的孔径分布 铸膜条件的影响公式 例如， 紧的0.2 m膜或松的0.1 m膜

3、没有工业标准 在不同应用中选择合适的过滤器时，对使用者是有帮助的,在比较不同厂商的材料时，有一定作用 过滤器单元的设计对流速和产量有影响， 例如0.2 m标签 均匀的双层过滤器单元0.45 m与0.2 m膜相结合 均匀的双层过滤器单元依次有两层0.2 m 膜 单层过滤器单元0.2 m膜,孔径等级,孔径等级,对预测微生物截留有一定作用 在细菌截留方面的定义 除菌级过滤器 在工艺条件下，每平方厘米的有效过滤面积中，能够保留107(菌落形成单位)个缺陷假单胞菌 (ATCC 19146)的过滤器,过滤器的选择和特征描述 第4.0节,液体的除菌过滤,第4.0节 过滤器的选择和特征描述,4.1过滤器的确认

4、和验证 4.1.1 再验证 4.2 过滤器的洁净度 4.3 过滤器的安全 4.3.1 毒性 4.3.2 动物源性材料 4.4操作范围 4.5 过滤器与流程的相互作用 4.5.1 析出物和滤出物 4.5.2 化学兼容性 4.5.3 吸附作用,醋酸纤维素 PVDF (聚偏氟乙烯) 聚醚砜 PTFE (聚四氟乙烯) 聚酰胺,典型的无菌级别的膜材料,选择标准,根据应用选择，例如 LVP / SVP注射剂 眼科 疫苗 血液制品 抗生素 抗体 培养基 缓冲溶液 驱使选择的因素，例如 流速 总产量 收率 化学兼容性,过滤器的支持文档,过滤器厂商验证指南 一般资料 根据相关标准的认证 技术规范 评价过滤器性能

5、的测试结果 化学兼容性表格 相关的细菌截留 / 完整性测试值 关于水/溶剂润湿的过滤器部件完整性测试范围的规范 热稳定性 (灭菌) 按照药典方法进行的测试 质量保证证书 对于灭菌级的过滤器：列出了灭菌器组件的编号、批号和放行标准 过滤器厂商的析出物指南 通常使用模型溶液(例如水和乙醇) 对最坏条件下生成的数据进行的评价,4.1 过滤器的确认和验证,评定和验证推荐标准,L = 批量释放标准 Q = 评定 V* = 可以在光盘或设备中执行 V = 过程特异性验证,4.1 过滤器的确认和验证,评定和验证推荐标准,L = 批量释放标准 Q = 确认 V = 过程特异性验证 E = 对测试需要的评估,4

6、.1 再验证,如果验证范围发生改变， 需要进行再验证， 例如下列情况 在指定的过滤面积内过滤量有所增加 产品配方发生变化 灭菌程序发生变化 过滤温度发生变化 过滤时间延长 (见第5.5.3节) 评价对最终药物产品安全存在的潜在影响，可以使用风险评估 对于与cGMP执行有关的变更，质量机构应予以批准,4.2 过滤器的洁净度,颗粒的释放 潜在的来源可能有：过滤器，过滤器的硬件，过滤器安装以及工艺过程 通过颗粒的大小(例如 10 m, 25 m)和数量来检查过滤冲洗样品 来自药典方法的评估验收标准 作为非纤维释放的过滤器的确认 内毒素，有机碳，氧化物 潜在的来源可能有：表面活性剂，湿润剂，塑料部件生

7、产中的添加剂， 生产中的碎片，结构材料。 预冲洗过滤器 (通常是完整性测试的一部分) 可能会降低颗粒和污染物的水平,毒性 根据药典方法的生物活性测试 关于过滤器提取物或实际样品放入动物或细胞培养系统的介绍 对毒理学安全验收标准反应活性的评估 证书是过滤器厂商验证指南的一部分 动物源性材料 从厂商处得到过滤器生产中动物源性材料的使用资料,4.3 过滤器的安全,4.4 操作范围,在过滤器厂商的规格内或在操作限制内评估相容性的变量,4.5 过滤器与流程的相互作用,关键调查内容 析出物/ 滤出物 化学兼容性 吸附作用 过滤器使用者和厂商之间在产品和工艺特异性测试方面的协作,4.5.1 评估过滤器析出物

8、和滤出物,析出物 通过人工或大的外力从材料中去除的化合物(例如最坏情况的溶剂、温度、接触时间) 滤出物 在贮存或日常使用的条件下，从接触表面迁移至药物产品或过程液体内部的化合物,潜在的析出物,聚合物的添加剂： 紫外线保护剂 抗老化剂 柔软剂，表面活性剂 增塑剂 抗氧化剂,产品的衍生物： 单体，低聚物 聚合物片段 过滤器的组成材料 支持层 滤囊外壳 笼 端盖 O型环,4.5.1 评估过滤器析出物和滤出物,析出物,滤出物,析出物和滤出物的关系,析出物包括： 未知的添加剂 添加剂和聚合物中的杂质 材料与萃取试剂反应的产物 滤出物包括： 未知的析出物 通过药物配方进行化学修饰的析出物,滤出物,接触时间

9、,温度,产品配方,灭菌,物质释放的影响参数,4.5.1 评价过滤器的析出物和滤出物,容量和面积的比率,风险评估,验证包装过滤器厂商 (析出物指导 验证指导),上行 / 细胞培养 / 下行 / 最终填充,商业生产 过程 3 临床 过程1 & 2 临床前,要求增加,验证包装过滤器厂商 + 定性滤出物测试,验证包装过滤器厂商 + 定性滤出物测试,验证包装过滤器厂商 + 定性滤出物测试 + 定量滤出物测试,4.5.1 评价过滤器的析出物和滤出物,滤出物是否检测到了 ?,否 是,没有 需要额外的措施,是什么 ? 高级的分析工作 - 毒理学调查,有多少 ?,批量过滤 对于大容量 稀释度高的话 滤出物的浓度

10、可 能会被忽视,滤液放入安瓿中 - 冲洗方案 - 有多少安瓿被移除了?,4.5.1 评价过滤器的析出物和滤出物,风险评估,4.5.1 评价过滤器的析出物和滤出物,使用之前冲洗过滤器可以减少潜在的滤出物 用有机溶液过滤会比用水溶液过滤产生更高水平的滤出物,建立滤出物测试方法,测试溶液的选择 实际过程中的液体 (进行样品准备来处理分析中的干扰) 与过程液体相似的替代溶液 与过程液体具有相同pH值、离子强度、有机组成部分水平的溶液 选择溶液和提取条件的明确原理应记录在案,建立滤出物测试方法,提取条件 与生产中使用的过滤器类型相同 使用已灭菌过滤器的最坏提取条件 (接触时间、温度) 静态浸泡或回流,浸

11、泡条件举例,非特异性 测量总的析出物/滤出物 TOC 总有机碳 NVR 不挥发残留物 特异性 检测/分类/确定/量化单一化合物 HPLC 高效液相色谱 GC 气相色谱 FTIR 傅里叶变换红外光谱 LC/MS 液/质联用 GC/MS 气/质联用,常用分析方法,例如 pH 粘度 表面活性剂,过滤系统中可能存在大量化学反应 对于潜在的过滤器破坏或关键的影响参数,例如 过滤温度 接触时间,化学 产品性质,物理 过程条件,4.5.2 化学兼容性,4.5.2 化学兼容性,寻找合适的方法来处理化学兼容性 推荐使用综合的方法,物理 过程条件,4.5.3 吸附,对产品成分和浓度有潜在影响的参数,4.5.3 吸

12、附,尽量减少产品与膜的结合,过滤器的使用、处理和设计的考虑 第5.0节,液体的除菌过滤,5.0 过滤器的使用、处理和设计的考虑,5.1流量特性 5.2过滤器的产量 5.3过滤器扩大规模的考虑 5.3.1 小范围设备测试 5.3.2 过滤器滤芯的设计 5.4系统设计的影响 5.5 操作条件 5.5.1 进气口和压差 5.5.2 过滤过程的温度 5.5.3 过滤时间 (持续的时间段) 5.5.4 冲洗条件 / 过滤器启动,影响流速的因素,5.1 流量特性,5.1 流量特性,一个过滤器系统中，孔径、压差和流速的关系,影响产量的因素,5.2 过滤器产量,5.2 过滤器产量,过滤器的拦截机制 层的形成

13、完全的孔隙封堵逐步的孔隙封堵,5.3 过滤器扩大规模的考虑,通过使用47mm圆盘，过滤性能测试可以用来预测生产规模的性能 保持压力恒定并测量流速的下降 保持流速恒定并测量压力的增加 分析滤液样品的吸附效应 通过选择合适的预过滤器组合来优化总产量,5.3 过滤器扩大规模的考虑,小规模或全部大规模试验的确认结果 与生产规模的过滤器性能相比，圆盘过滤结果可能不会大规模呈线性 考虑下列因素： 流路的动力学 褶皱的密度参数,过滤圆盘,过滤器部件,过滤囊的褶皱,5.4 系统设计的影响,5.5 操作条件,待过滤液体的类型和过程的操作参数对生产规模的过滤性能有显著影响 进气口和压差 过滤过程的温度 过滤器压力

14、 / 温度抵抗力的举例 过滤时间 (持续的时间段) 冲洗条件 / 过滤器启动,除菌过滤器的验证 细菌的截留,液体的除菌过滤,第 6.0部分 除菌过滤器的验证 / 细菌的截留,6.1影响微生物截留的因素 6.2细菌截留验证研究需要考虑的方面 6.3挑战细菌的选择 6.4培养的保持 6.5培养条件和标准 6.6有效挑战浓度 6.7挑战水平 6.8聚集 6.9培养物的生存能力 6.10挑战试验方法,6.11试验用微生物的生存能力 6.12 试验步骤和方案 6.13非杀菌过程和液体 6.14替代液体 6.15杀菌液体 6.16过滤介质vs.装置 6.17压力/流量 6.18持续时间 6.19下游取样

15、6.20试验用膜的选择 6.21结果的解释 6.22产品的生物负荷 6.23过滤器构造的改变,目 录,除菌级性能的基本解释,除菌过滤是在对产品没有不良影响的前提下从流动的液体中去除微生物的过程。 ASTMF 838-05 是一种标准的内置TM，可以用于比较所有灭菌级的膜。 证明能去除一种标准试验细菌(Brevundimonas diminuta) 最低浓度为107 cfu/cm2 这是一个很好的开始，但是还要考虑其他因素,除菌级表现的基本定义,2008 版 TR 26 进一步描述了过滤器验证需要考虑的方面除菌过滤器验证要考虑的两个重要因素: 通过适当的标准试验或同等的方法进行细菌挑战实验来决定

16、过滤器膜的级别。 由过滤器的使用者或指定的测试机构（例如：过滤器生产商或契约实验室） 使用一种代表性的挑战微生物证明能完全去除一种产品或一组产品上的细菌。 在进行验证试验前，具有每组产品是按照适当监管机构的规定生产和检验的科学依据。,挑战微生物的选择,以前一直推荐用 Pseudomonas diminuta 作为验证0.22 m 除菌级过滤器的细菌之选。 Pseudomonas diminuta 最近基于DNA的相同性被重新划分为Brevundimonas diminuta FDA并没有统一推荐某种细菌用于细菌截留试验 细菌大小应能通过 0.45 m 过滤器 其他符合要求的细菌也能被接受,时间

17、,影响细菌截留的因素,微生物,大小,形状,产品,pH,渗透压,离子强度,表面活性剂,膜,孔径分布,表面化学成分,微孔结构,P,流量,温度,产品,细菌截留验证需要考虑的方面,对过滤过程进行详尽的评估，包括： 溶剂的性质 (如：水的，酸性的，碱性的, 有机的) 过滤时间 过程压力 过程流量 过程温度 过滤器设计说明,Section 6.2,细菌截留验证需要考虑的方面,产品细菌截留验证研究应该包括多个过滤膜 (通常三个) 。 在产品可能对膜造成伤害的情况下，膜的确切数量和测试设计取决于过程。,Section 6.2,细菌截留验证需要考虑的方面,用于细菌截留验证试验的三个膜中至少有一个膜应该在试验前或

18、使用前物理完整性测试数值达到或接近过滤器生产商的测试要求。 可能无法获得达到或接近过滤器生产商要求的膜 在这种情况下，应该从一批使用前完整性测试数值尽量低的膜产品中选取测试膜。 然后根据（验证研究中）使用前物理完整性测试数值最接近生产商要求的膜来确定一个特定过滤过程的完整性测试要求,细菌截留验证需要考虑的方面,测试报告中应该包括细菌截留验证研究中得到的膜物理完整性测试值。 应在挑战测试前使用水、产品或其他有说明的液体来确定物理完整性,细菌截留验证需要考虑的方面,应该在产品细菌挑战后调查测试微生物是否在过滤器的下游重现。 如果调查确认测试微生物穿过了过滤器，并且过滤器达到了完整性测试要求 那么应

19、重新考虑该过滤器是否适合于这样的过程条件。,细菌截留验证需要考虑的方面,成分相同、只有浓度不同的系列产品可以通过挑战极限浓度和接受中间一组浓度来验证。 如果某个单个产品被认为是最差情况代表，则应伴有依据和数据。,Section 6.2,细菌截留验证需要考虑的方面,一般来说重复使用过滤器是不实际的，或者说不建议用于制药生产 但是如果重复使用除菌级过滤器 应该给出理由，并且重复使用参数应该经过验证。,测试设计的两种方法,1. 直接接种法 2. 修改法 有时被称为: 间接法 两步法 再循环法,1. 直接注入细菌法,直接接种测试,药品,可存活 微生物?,B. Diminuta / 挑战微生物,测试过滤

20、器,泵,化验滤出液 的微生物,2. 间接法,药品,可存活 微生物?,化验滤出液 的微生物,否,改变 产品/过程,预处理过滤器,B. Diminuta / 挑战微生物,泵,测试过滤器,抗生素 防腐剂 温度 pH,1,2,预处理,时间 温度 化学性质,压力 流量,使过滤器暴露于实际的产品和过程条件中,抑制配方 预处理注入物,1,2,冲洗缓冲器: 去除过滤器的毒杀活动,维持全部 过程条件,验证此步骤 确保细菌活性,修改产品、过程的两个例子,8 小时过程时间 杀菌产品,预处理8 小时,修改过的产品 8小时,预处理,截留测试,预处理4小时,实际的产品 4小时,冲洗,细菌截留研究的一般图示,细菌截留研究的

21、一般图示,接种挑战溶液的再循环,挑战微生物的选择 - 1.,推荐选择Brevundimonas diminuta 作为用于除菌级过滤器验证的微生物。 但是: 请明白FDA或其他法规机构并没有推荐某一种微生物作为用于验证的唯一微生物。 微生物的尺寸应小到能通过 0.45 m 的过滤器 其他符合要求的微生物也可以接受。 必须建立挑战细菌符合要求的模型 必须清楚过程中的生物负荷对所选择细菌的影响,挑战微生物的选择 - 2.,推荐选择Brevundimonas diminuta 作为用于除菌级过滤器验证的微生物。 目前应用的培养方法有两种: 肉汤法 (Leahy and Sullivan, 1978)

22、 冻膏法 (Fennington Jr. and Howard Jr., 1997) 两者都符合现行工业标准,有效挑战浓度,过滤后应该 过滤器测试膜每平方厘米表面达到至少107 个微生物 均匀分布于膜的表面是最理想的 挑战浓度 (cfu/mL) 和挑战水平 (cfu/cm2).是不同的，不可混淆,有效的挑战水平,最低挑战水平应为每平方厘米膜表面至少 107 cfu B. diminuta (或生物负荷) 基于Bowman对0.45 m过滤器的观察 Bowman et al., J. Pharm. Sci., 56: 222 (1967) 0.45 m 过滤器截留数量 104-106 cfu/c

23、m2 检查过大的孔 “除菌级”的定义,聚集,单分散性的细胞最适用于挑战 用光学显微镜甄选菌株 使用超声波/振动使其散开 通过光学显微镜和存活计数予以确定 使用 0.45 m过滤器作为过滤器挑战测试中的阳性对照措施。,测试微生物的活性,确认挑战液体中微生物的活性 药物产品或替代物 微生物必须在整个挑战测试的过程中是存活的 如果损失了10倍的微生物，可能就不适合采用直接接种法来进行挑战测试。 挑战前后确定活性 使用可接受的微生物学方法，如 标准平板计数，用于上游分析 方法必须经过验证 (暗示) 使用相同的培养基分析滤出液中细菌存在的情况。 Section 6.9/6.11,抑菌/杀菌/非分散溶液,

24、由于直接接种法是理想的 由于测试微生物活性的一些问题，一个成功的测试计划可能需要改变 挑战液体 挑战条件 或两者兼有 可能需要预处理过滤器 文件给出了定义毒性水平的指南,2. 直接法,可存活的 微生物?,否,改变 产品/过程,预处理过滤器,B. Diminuta / 挑战微生物,泵,测试过滤器,抗生素 防腐剂 温度 pH,1,2,药品,化验滤出液 中的微生物,产品或过程的改变:抑菌/杀菌溶液,概述 决策过程一般不能被很好地理解。 图2 给出了大概的指南 首选始终是直接接种法。 第二个选择是改变产品/过程。 预处理过滤器需要与改变产品/过程结合起来进行。 文件提供了关于定义毒性水平的指南 (毒性

25、大于 1 log) 文件没有试图把改变产品或程序的方法区分优先次序 必须科学地使决策合理化。,Section 6.15,压差和流量,应包括最大过程条件 达到或超过已知压差 达到或超过已知流量 也许不能在小范围内同时模拟两者。 使用者决定哪个与特定的过程更相关 建立支持决策的理由,Section 6.17,化验和结果解释,可以用0.45 或 0.22 m过滤器从滤出液中回收微生物。 所有的滤出液必须经过化验 要认为一个过滤器对于某个过程来说是灭菌级别: 测试过滤器不能允许任何微生物通过 所有的阳性和阴性对照措施必须是有效的。 为确定微生物穿过了过滤器而进行重复测试是允许的,产品的生物负荷,产品的

26、生物负荷必须经 辨认 确定特征 确定数量 过滤器生物负荷(即挑战水平)的计算 过滤器生物负荷=BV/A，那么 B = 微生物计数 (cfu/mL) V = 总体积 (ml) A = 过滤器总表面积 (cm2) 过滤器生物负荷单位是cfu/cm2 允许使用者拿生产过滤器生物负荷与标准挑战测试生物负荷（107 cfu/cm2)相比较。 Section 6.22,设备测试的原理： 评估过滤器装置的完整性,要考虑到生产出来的装置可能没有截留作用 膜未封闭好 膜遭到了破坏 构件相交之处膜有缺陷 要考虑到不能依赖完整性测试检查出设备在生产过程中形成的缺陷。,滤介体 vs. 装置,选择膜盘还是装置取决于验证

27、操作的目的 如果目的是验证膜的截留性能，那么使用膜盘进行缩小比例试验 完整性测试的方法必须有意义: 如: 建立泡点和扩散流之间的关系 膜的完整性在安放膜的时候得以建立，在装置测试中得以确认。,扩大试验:滤介体 vs. 装置,膜盘是适用于验证过程过滤装置某些特征的一种模型。 过滤装置必须经过验证才能应用于生产过程中。,Section 6.16,盘测试的原因: 确保过滤装置完整性,过滤器最初的和过程中的完整性通过以下手段得以充分保证 证明过滤器与过程相匹配的充分研究 过滤器生产商质量系统审查 经验证的完整性测试 于过滤器使用前后恰当地执行,压差和流量,应包括最大过程条件 达到或超过已知压差 达到或超过已知流量 也许不能在小范围内同时模拟两者。 使用者决定哪个与特定的过程更相关 建立支持决策的理由,化