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对《无菌过滤系统在线灭菌与完整性测试的程序》的理解
对《无菌过滤系统在线灭菌与完整性测试的程序》的理解
录入时间:2018/8/13 17:11:58

对《无菌过滤系统在线灭菌与完整性测试的程序》的理解

《无菌过滤系统在线灭菌与完整性测试的程序》(下简为《程序》)是美国密理博公司的一个技术文件,该公司是1954年成立的世界知名品牌的无菌过滤器生产厂家,在专业方面积累了丰富的经验,故在国际上享有较高的声誉。笔者解读了该《程序》后,在此谈一谈个人的理解,供同行参考。

 

1《程序》的归纳

    从《程序》整个脉络分析,可以归纳如下:

    (1)以操作的性质和过程可分为两大类:SIP操作和SIP后、使用前的完整性测试操作;

    (2)以过滤器的种类(即操作的对象)分为两大类:疏水型的呼吸过滤器(呼吸器)和亲水型的产品过滤器(微孔膜过滤器);

    (3)无论是对疏水型的呼吸过滤器还是对亲水型的产品过滤器即微孔膜过滤器,其SIP离不了几个过程的操作:

    进汽排气灭菌进气排汽冷却干燥保压备用

    [说明]1)“进汽是指通入蒸汽,排气则是利用进入的蒸汽来驱除系统内存在的空气。注意两个的区别,指水蒸汽,而则指空气;2)“灭菌是通入足够压力的蒸汽来升温保压(也即保温)的过程;3)“进气排汽,则是通入压缩空气或氮气来驱除系统内的存在的水蒸汽;4)“冷却干燥是利用通入的氮气或压缩空气来对系统进行冷却干燥;5)“保压备用是系统应保持一定的正压,因为只有正压之下才能维持系统的无菌状态。

    (4)无论对疏水型亦或亲水型的过滤器,在灭菌后、使用前的完整性测试,则可归纳为几个过程的操作:

    放空卸压进液润湿测试排放保压备用(或继续使用)

    [说明]1)“放空卸压是为了让系统与外界压力平衡,以便下一步的进液润湿操作;2)“进液润湿则是使滤芯浸润,这是进行完整性测试前的必要准备;3)“测试,以规定的仪器按一定参数条件操作,获得相应期望的可靠性结果;4)“排放,使充满在过滤系统里的液体排出;4)“保压备用(或继续使用),测试通过暂时不用时需保压备用,若继续生产则可投入使用。

 

2对《程序》中无菌过滤系统装置的理解

    《程序》开始的 (如附文图1)列出了医药行业最典型的配液无菌过滤系统的装置,即由无菌容器——通常所用的配液罐或纯水罐等、容器上所安装的呼吸器(呼吸过滤器原文为 vent filter)及产品过滤器(微孔膜过滤器,原文为product filter)这3种最基本的器件所组成。虽然,在制药过程中各品种乃至各厂家工艺流程不尽相同,但这三种基本的设备配置在生产流程中几乎都是必不可少的。即罐、罐上的呼吸器和微孔膜过滤器。因而此装置对于众多的制剂企业应该是相当之熟悉,所以具有普遍而典型的借鉴意义。

    从《程序》的结构和出发点来理解,主要是给我们列示了无菌过滤系统装置在线灭菌的程序,还有灭菌后,在下批次生产前对过滤系统的完整性测试的全过程操作。步骤比较详细,从专业的角度来说,确实值得我们借鉴和学习。

    从字面上而言,现在业内人士普遍对在线灭菌(SIP),应该说基本上知道的,但如果谈到SIP的实质,能读透和理解的可能就少之又少了。

    以无菌过滤器的滤芯(膜)的材料为例,有疏水型和亲水型的两种。疏水型的适合于气体的过滤,而亲水型的则更适宜液体的过滤。

    疏水型而言,如通常应用在容器的呼吸器上的聚四氟乙烯(PTFE)等,其作用是平衡容器的内外压力差,亦即使容器内与容器外大气压力平衡。这是由于通常制剂行业的不少容器并不需要带压操作。所以,常压的容器在进料(如加入注射用水)操作时,为了能使液体加入容器的同时使容器里占据空间的气体(如空气)能够排出,而不致影响进料,这就需给这些气体一个出路,这就是呼吸器的作用;而当容器内的物料完成了在容器里的工艺过程(如配料中的加热、溶解、混合、冷却等)后,需要输出时,特别是用泵打出时,由于罐内液体容积的减少,占据罐内的空间也减小了,造成空间的缺位。如果这时罐内不与外界相通,势必形成罐内压力的降低,即真空状态。这种状态有两个弊病:一是使泵的出料不畅,影响出料的速度和生产效率;二是使罐体承受外压(真空)而有失稳(抽瘪)破坏的危险。所以,此时罐上的呼吸器就可以让外界的空气由于罐内压力的降低而进来补充,起到了纳空气的作用,平衡了罐内外的压差,消除了上面所说的可能出现的两个问题。由于呼吸器实际上是一个无菌过滤器,在让气体自由通过的同时,又阻隔了细菌和杂质微粒的作用,得以保持罐内的洁净,即无菌状态,不致因气流的平衡流动受到外界的污染,从而符合GMP。如果在操作上是带有压力的容器,比如是利用压缩气体(空气或氮气)的压力来输送流体物料的,虽然在压料时与外面大气是隔断的,但在放空操作需要达到与大气压平衡时,呼吸器也起到了与上面所述的类似的作用。

    而大家所熟知的微孔膜过滤器(《程序》中为产品过滤器)则是用来过滤去除料液中的微粒或微生物,使之达到工艺要求的除菌过滤器。由于这种过滤器一般用于过滤液体,而液体又以水溶性居多,故为了减少过滤阻力材料多用亲水型的。

 

3对《程序》中过滤系统的清洗灭菌的理解

    过滤系统在一个生产周期完成后必须进行清洗、灭菌处理,才能进行下一批次的生产。在线清洗又称为CIP,这是SIP前必须经过的程序。这里假设已经按GMP要求完成。而SIP的一系列操作是关系到系统是否最终真正达到始终保持无菌的要求,所以在操作程序中显得较为详细。

    《程序》首先将容器和呼吸器放在一个系统里讨论,而将微孔膜过滤器列至后面讨论。这是由于容器和呼吸器联系比较紧密,实际上可以认为呼吸器就是容器(罐)上的一个附件,呼吸器是疏水型的,但微孔膜过滤器则是亲水型的。两种过滤器的材质和工艺功能不同,对其SIP和完整性测试的方法也有差别。所以《程序》中分别予以讨论。

    应该注意无论哪种过滤器,在系统灭菌过程中原则上都必须做到:

    (1)原系统内空气及残水和蒸汽凝水都必须及时顺利排放出去,这主要是防止系统内不凝性气体残留在腔体内影响承担着灭菌作用的蒸汽的穿透力,从而削弱灭菌的效果。灭菌蒸汽在灭菌过程中所产生的凝水也必须及时排出。否则,因为凝水的温度一般都达不到灭菌要求的最低温度(121.1 ℃),使得形成温度的冷点死角,同样达不到彻底灭菌的要求。

    (2)其操作程序中对阀门的开启是很有讲究的,如用了全开微微开启慢慢打开分别开启等词语。读者可以对每一操作步骤细心去体会,这将会对加深理解大有裨益。例如,微微开启的操作往往是控制排放阀让汽和凝水形成细流不断排出,这样的目的在于既不致使系统和容器内积存有蒸汽的凝结水而形成温度的死角,又不让高温蒸汽大量外泄造成能源的过度消耗和威胁人身安全。

    (3)注意灭菌时间的计算,应当从温度最低点的位置测量点(附文图上的T1T2T3)达到121.1 ℃时开始计算,如30 min等。这个时间是需要各企业根据实际情况验证的,而不是从系统蒸汽阀门打开时开始计算。这样就保证了最迟达到灭菌温度的区域有足够的灭菌时间而达到灭菌的要求。

    (4)灭菌结束后,应往系统中通入无菌压力气体(无菌空气或氮气)以置换出系统中的蒸汽并使系统冷却和干燥(附文图2中的冷却与干燥,图5中的冷却)。这个程序一般是不应该省去的,而我们国内有的厂家往往图省事而忽视或干脆取消这个操作,他们觉得灭菌已经结束,达到了无菌要求,为了赶时间,上产量,于是马上进入生产状态。开始往系统里如罐类容器中加料。殊不知,这时系统里充满了很热的饱和水蒸汽,而料液一般来说温度较低。一加进来,使充满容器内的蒸汽骤然冷却,产生相变(由汽相液相)成了凝水,瞬间大大缩小了体积,形成真空负压的状态,使容器被大气压所压瘪,即专业上所称的失稳现象,造成设备损坏。例如,苏北某大型制药企业近年就先后出现过2台10t的纯化水罐灭菌后因操作不当而瘪掉不得不报废的情况。这虽然只是个个案,但从原理上推论,所有在工艺过程中需要灭菌而带有灭菌系统的容器类设备都有发生类似事故的潜在危险,因此,这不是一个特例,而是包含了数量颇为可观的一类罐子设备群体。这就很值得许多药厂引以为戒。所以,灭菌结束后不能忽视这样一个对系统(设备)作缓冲”——用洁净的压力气体(空气或氮气)驱除蒸汽并使系统冷却的过程。不然的话,就要等待较长的时间让其自然冷却。

    (5)由于过滤器的关键元件滤膜(滤芯)是易损元件,而灭菌过程是处在较高温度和一定压力状态,这也是使滤膜可能受到损坏的重要原因之一。为了验证此时的系统是否存在缺陷(如滤膜是否完好无损,系统的密封性可靠与否等),就必须强调进行所谓完整性的测试。这种测试,不仅仅是对初次购进的滤芯而言,也不仅仅是对单独的滤芯元件而言。它既是对整个系统的完整性测试,也是对系统每(批次)次使用前必须进行的程序。而且一定要在线实施。否则就不能称为真正意义上的完整性测试。这种理解是很好解释的。当然不同型号、材质和用途的产品各有不同的测试参数、方法和条件。例如,密理博公司对疏水型的过滤器有专门的称为‘HydroCorr’的测试,而对亲水型的过滤器则是采用称为‘Enhanced Bubble Point’测试。但不管用何种测试手段和方法,总而言之,这一步骤是必要的,是保证产品质量的关键。

    (6)操作过程中对压力差的控制是一个重要的关键。包括在线灭菌及完整性测试操作过程中的压力差的控制。不同型号的过滤芯规定有不同的压力差,即使同一滤芯,正向灭菌(指蒸汽的流向)和反向灭菌的压力差应有所不同,润湿的溶媒不同时由于表面张力的变化,完整性测试的压力也会不一样。

    (7)注意实施操作过程中的安全,《程序》对安全的防护十分重视,7条准备条款中2条专门涉及。且单独列出了要设立警示标志,防止烫伤,并强调操作人员要戴防护眼镜,必要时还要戴防护手套。这是由于灭菌过程中温度比较高,设备和管道系统如果一些地方没有保温层是很危险的,所以这一点必须加以强调。

 

4对《程序》总体解读感

    读了密理博公司过滤系统SIPSIP后和使用前完整性测试的操作程序起初总的感觉其装置设计比较复杂,但细细琢磨又不无道理。与我们现今生产厂家的设备的安装流程相比较实在是多了。

    就拿罐上的呼吸器来说,我们很多厂就是设备上封头一个接管上面装一个阀门,再上面装个呼吸器就得了,仅此而已。而按密理博的做法,仅这个呼吸器在线完整性测试就安装了6个阀门,还未算上罐子和与之相联接的管道上的需要相配合使用阀门及压力罐(见附文图2)。而且就要安装在这个呼吸器旁管路上,还不能随便拆掉。因为按在线的概念,它们就是一个系统,一个整体。否则就破坏了在线这个定义了。

    而对产品过滤器亦即我们所指的微孔膜过滤器来说每个过滤器的相配套阀门有12只之多(见附文图456)。如此说来,整个管道系统就显得比较的复杂,因而造价也就不菲。当然在操作上步骤也就不少。

    但是,谁又可以保证不如此做而能得出整个无菌系统可靠性的结论的成立?这在当今实是一个比较矛盾的事。因为大家读了译文的以后,拿他们的做法与我们当今绝大多数药厂来比较,差别的确很大。如果有人做到没有那样复杂的装置而保证能达到系统可靠性的结果,这可是一个了不起的创新!但我们的企业目前如此较为简单的装置也个个通过了GMP的验证,这其中是不是有些值得我们研究和质疑的地方?我们往往在出现了事故而且造成比较严重的后果才去反思,去研究,去追溯,去调查。当然,亡羊补牢并不是不对,但用亡羊,甚至于比之大很多倍的损失和教训来换取补牢的行动,代价委实就太大了!但我常听到药厂的设备采购人员问药机厂:你们的罐子能否做到SIP,能通过GMP验证吗?药机厂的人很干脆的回答:你不看到罐子的图纸的接管表有个纯蒸汽进口吗?按照这种粗放式的理解,罐子上有个纯蒸汽进口就算是符合SIP而可以通过GMP了?这也太简单了吧!实在是非常简洁的解释。而这种解释也居然能被药厂的设备采购人员所接受。可见我们对SIP的理解是多么的肤浅。当然对采购人员专业的要求与对药厂工艺技术人员的要求相比不可相提并论,但制药企业工艺技术人员能对灭菌了解得比较深透的还不多。

 

 


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