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干货科普丨生物安全性的重要保障，无菌膜过滤系统完整性测试评价方法
2024-12-13
在食品饮料、生物制药工艺中，采用无菌膜过滤保证生物安全性是生产过程的重要因素。而无菌过滤膜的完整性直接影响到膜过滤的效果，因此在采用膜过滤之前，通常要进行膜的完整性测试，验证滤芯是否出现穿孔或系统是否存在泄漏，以便及时发现问题并采取措施。本文将介绍几种常见的用来保障膜过滤生物安全性的完整性测试方法，并比较其优缺点。
泡点测试
泡点测试是一种非破坏性膜完整性测试方法。它的原理为假设滤膜上均匀分布着许多孔径一致、大小相同的细孔，由于表面张力和毛细管力的作用，当液体完全润湿滤膜时液体会保留在膜孔内。当压力逐渐增大到一定程度时，液体刚好被压出，气体从膜孔穿出，此压力即为泡点压力。
当实测泡点值大于标准最小泡点值时，过滤器完整性测试合格。
扩散流测试
扩散流测试也是广泛使用的一种非破坏性膜完整性测试方法，在最小起泡点压力下设定一个扩散流测试压力（一般为80%），气体分子遵循菲克定律（Fick’slaw）通过润湿过滤器孔内的液体，从上游高压侧溶解到液体中，并扩散至下游常压侧，在低压侧的气体流量即为前进流或扩散流。检测原理基于以下模型：
扩散流是实际测量气体通过湿润后膜的流速，与系统体积无关。实际生产中，每秒气体流量很难准确测定，因此在基于扩散流测试原理基础上转换，采用压力衰减测试法。
压力衰减测试
压力衰减测试是扩散流测试法变化出来的一种完整性检测方法，在这种测试方法中，要使用一个高精度仪表，来监测由于气体扩散通过过滤器而引起的上游压力变化，压力保持值取决于扩散流和上游体积。因为其无需检测过滤器下游的气体流量，极大地降低了下游污染的风险。
细菌挑战性实验法
细菌挑战性实验属于破坏性测试方法，用来验证膜的截留效果，是定义膜孔径的工业标准。
测试方法依据HIMA（Health Industry Mfg. Assoc.）指南以及 ASTM 的方法：测试用细菌为Brevundamonas diminuta（ATCC 19146），菌数量为107细菌/cm2有效膜过滤面积，过滤差≤2.0 MPa、有效膜过滤面积流速为2-4 mL/min×cm2。滤出液用0.45μm膜片收集然后在培养基上培养。
细菌挑战性实验是膜完整性和截留效果评价的最好方法，从检验结果来看，如果都没有通过标准菌，说明滤芯符合要求。实验添加大量挑战细菌后，过滤器无法再清洗使用，因此称之为破坏性测试，这是确定细菌截留能力的最佳方法，但在实际生产应用方面一般都不采用。
同样的滤芯安全情况，如果只是单纯需要在生产过程中检测滤芯的安全性，泡点测试和扩散流测试比较简便，而细菌挑战实验则可以通过细菌培养，直观反映出该膜的安全性能，还可以通过计算滤芯截留能力，比较不同厂家、不同孔径的膜在相同试验条件下的过滤能力，为选择最为适用的滤芯提供定量结果。
几种安全性评价方法各有优缺点，生产中主要采用扩散流测试用作在线检测，泡点测试作为补充检验，而细菌挑战性试验法则主要用于试验研究。
飞潮完整性测试仪
Dolintestor Ⅰ完整性测试仪是飞潮根据当前GAMP 指南自主研发的高品质测试仪，它是一款自动化检测仪器，根据检测结果自动评判膜过滤系统的完整性和性能。
• 泡点测试
• 扩散流测试
• 水侵入测试
• 压力衰减测试
Dolintestor Ⅰ完整性测试仪可以缩短测试时间，保证数据完整性，适用于任何洁净室环境。当Dolintestor Ⅰ的测试对象不限于离线过滤器，也可用于过滤器的在线检测，在过滤系统的上游侧进行过滤器完整性测试，从而确保下游的无菌性。
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