除菌级气体滤器在制药领域有最广泛和关键的应用,特别是过滤后气体与产品直接接触的工艺位点,例如氮气保护易氧化产品,冻干机及灭菌柜的气体过滤,储罐的呼吸器等。本文主要关注在除菌级气体滤器完整性检测后的干燥工艺。
气体滤器干燥的必要性
气体滤器通常使用水侵入 (WF) 测试方法进行完整性检测,残留液体会导致通气量下降,常推荐3种干燥方式:
离线烘干或加热套干燥;
在线压缩气体干燥;
真空干燥。
为加快干燥速度,可加压至高于泡点值尽量排空滤器及滤膜上的液体。
小规格气体滤器或完整性检测无法通过时,则需使用扩散流/前进流 (FF) 或泡点 (BP) 测试方法进行完整性测试时,滤器使用低表面张力使液体充分润湿,最常见的是异丙醇和水的混合物。低压下充分润湿的滤膜无法穿透大流量的气体,SIP或高压灭菌时却需要空气或蒸汽的大量流动。完整性测试后保持湿润的膜过滤器气体或蒸汽在过滤器内流动,SIP过程中,可能导致高温下滤器内的高压差,进而造成过滤器损坏(膜变形或破裂和/或核心塌陷)和增加过滤器完整性遭到破坏的可能。
众所周知,仅对滤器进行超过泡点的测试不足以干燥滤器以备湿热灭菌(SIP或高压灭菌),在高于最低泡点值的压力下对滤器进行简单的排空也是不够的,原因是上述操作后滤器的部分流路(例如最大的通道或孔隙)变干,并且大部分干燥气体流将流经这些通路,其余部分仍处于润湿或部分润湿状态。膜的干燥区域往往会通过毛细管作用从湿润的区域吸入液体,导致滤器重新润湿。
在FF或BP完整性测试后确保过滤器充分干燥过程,涉及许多因素:
如干燥气体(通常是压缩空气或氮气)的流速;
气体的相对湿度和干燥设备配置的影响;
管道或管道内径、调节器孔口直径、过滤器尺寸等。
虽然仅靠控制气体压力的方式进行干燥并不是最完善的方案,由于其方法简单仍作为润湿滤膜后干燥方式的首选。
Emflon滤器的干燥工艺方法及测试结果
不同配置的Emflon PFR和Emflon II V002滤器(囊式与10英寸滤芯)开箱即进行干燥预称重,然后按照完整性测试的方法使60:40 IPA:水 (vol:vol) 溶液对滤器进行润湿,滤器不经过完整性测试直接称重(完整性测试期间的气体压力会使滤器的总残留润湿液体积减少)以过滤器建立干燥基准。
滤器在大于泡点值的条件下选用30 psi (2070 mbar) 和50 psi (3450 mbar) 压力下进行干燥,过程中保持压力不变,随着滤器变得更干燥和气流阻力降低,入口压力可能下降。
60:40 IPA:Water,Emflon PFR和Emflon II V002过滤器的泡点值如下:
表1:60:40 IPA:Water,Emflon PFR和Emflon II V002过滤器泡点值
根据滤器的膜滞留体积及预留一定的安全系数以防止自发再润湿,确定表2的干燥标准。
表2:干燥标准
滤器在30 psi和 50 psi压力下干燥30分钟,取出并重新称重,如未达到表2的干燥标准,将滤器重新安装到干燥系统中,无需重新调整压力,进一步干燥15分钟,然后重新称重,重复此操作直到满足表2中的标准。干燥时间最长为90分钟,每种滤器使用三支进行测试。
表3:Emflon PFR系列Kleenpak囊式滤器P/N KA3PFRP1G (EFA 0.15 m2 ) 干燥测试结果
表4:Emflon PFR系列滤芯P/N AB1PFR7PVH4 (EFA (0.8 m2) ) 干燥测试结果
表5:Cytiva Emflon系列气体滤器干燥时间
干燥工艺参数总结与推荐
1
与30 psi相比,50 psi的起始压力下对空气滤器干燥更有效。10英寸滤器使用50 psi,60分钟内满足干燥标准。
2
干燥速率随滤器过滤面积而变化。以50 psi的压力充分干燥,囊式滤器 (0.15 m2) 30分钟内,10英寸滤器(Emflon II V002的过滤面积为0.62 m2;Emflon PFR为0.8 m2)需60分钟,20英寸滤器需120分钟。
3
Emflon II (PVDF) 与Emflon PFR (PTFE) 过滤器所需的干燥时间没有显著差异。
上述数据可作为Emflon疏水气体滤器干燥所需的大致压力和干燥时间的指南,根据设备和实际设置不同,或干燥方式不同,客户可参考文中方法进行工艺开发。Cytiva Emflon系列气体滤器疏水性能优异,在高温及富氧条件下使用寿命长。
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Cytiva Emflon气体滤器系列