除菌过滤器在线蒸汽灭菌SIP及完整性测试

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2022-10-31   环球过滤分离技术网 guolvfenlitech1

此篇技术指南旨在提供，在典型无菌生产中，除菌过滤器的在线蒸汽灭菌（SIP）及完整性测试标准操作程序（SOP）的参考。由于蒸汽灭菌是破坏过滤器完整性最常见的原因之一，建议在灭菌后使用前，对除菌滤器进行完整性测试。因此，本技术指南同时包含了除菌滤器SIP及在线完整性测试两部分，会分别在上、下篇中进行详细介绍。

典型的除菌过滤工艺（如图1）通常由两个部分组成：第一部分（图1红线以左）为产品过滤器及其附近管路。第二部分（图1红线以右）为带呼吸器的无菌储罐及其附近管路。通常会对两部分分别进行SIP。因此，典型除菌工艺的SIP及在线完整性测试，可以按以下4个程序进行：

• 呼吸器（疏水性过滤器，如 Aervent® CTGR 或 LAGR 系列）及无菌储罐同时SIP。
• 呼吸器进行灭菌后使用前完整性测试。
• 产品过滤器（亲水性除菌滤器，如 Durapore® CVGL, LAGL及MCGL 系列）进行SIP。
• 产品过滤器进行灭菌后使用前完整性测试。
  
  

对于呼吸器，建议使用水侵入方法(HydroCorrTM)对呼吸器进行灭菌后使用前的完整性测试。不同于传统的扩散流及泡点法，水侵入法只需要干净的水作为介质，并且测试只在上游进行，不会破环下游的无菌性。

对于产品过滤器，可以使用产品泡点或扩散流对滤器进行完整性测试。这是因为：完整性测试中，需要引入标准润湿介质对滤器进行润湿，此过程会对系统的无菌性带来风险。并且由于滤器下游及储罐是一个密闭系统，润湿介质无法从下游排走，会被滞留在储罐中。若使用产品泡点或扩散流法测试，则可以避开以上两点。但需要另外做基于产品润湿的泡点或扩散流验证以获得完整性测试的参数。如果要在灭菌后使用前，使用水润湿进行完整性测试，则需要在管路设计时考虑， 在保证下游无菌性的情况下进行水的排放，同时还要考虑在完整性测试的过程中保证无菌性的情况下通大气压。

在SIP过中，还需要注意过滤器可以耐受的灭菌条件。如默克Aervent®系列过滤器为PTFE材质的除菌滤器，在SIP高温下（135°C）最大耐受正向压差为 350mbar（ 反向压差为100mbar）。不同滤器的耐受参数请参考对应的验证指南。

如默克Durapore®滤器为PVDF材质的除菌滤器，SIP过程中（135°C），最大耐受正向压差为 350mbar，高温下不耐受反向压差。不同滤器的耐受参数请参考对应的验证指南。

为保证成功有效的SIP，在整个过程中，需要注意对系统的温度及压差进行监控：

1.    温度监控：

大多数除菌滤器可耐受121˚C-142˚C，长达1h的蒸汽循环。耐受温度上限取决于除菌滤器的材料构成。 聚丙烯是一种被广泛适用于滤芯的材料，熔点为165˚C，因此当灭菌温度高于145˚C时，滤器的完整性有极大的风险被破环。

另外为确保灭菌的有效性，温度是灭菌过程中一个关键的参数。因此，在SIP过程中，需要对管路末端或系统的最冷点进行温度监控，以保证整个系统达到灭菌的温度要求。

2.    压差监控：

由于高温下滤器对压差的耐受程度会有所下降，所以SIP过程中需要对过滤器上下游进行压力监测，以保证任意时间点，滤器上下游的压差不超过滤器在特定温度下的额定耐受压差。滤器额定耐受压差请参考滤器技术文件。

典型的除菌过滤工艺（如图1）通常由两个部分组成：第一部分（图1红线以左）为产品过滤器及其附近管路。第二部分（图1红线以右）为带呼吸器的无菌储罐及其附近管路。通常会对两部分分别进行SIP。因此，典型除菌工艺的SIP及在线完整性测试，可以按以下4个程序进行：

• 呼吸器（疏水性过滤器，如 Aervent® CTGR 或 LAGR 系列）及无菌储罐同时SIP。
  
• 呼吸器进行灭菌后使用前完整性测试。
  
• 产品过滤器（亲水性除菌滤器，如 Durapore® CVGL, LAGL及MCGL 系列）进行SIP。
  
• 产品过滤器进行灭菌后使用前完整性测试。
  
  

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带呼吸器的无菌储罐及附近管路

    无菌储罐与呼吸器同时 SIP

进行 SIP 之前，首先需要确保储罐及管路已被清洁及排空，呼吸器已正确安装，同时检查所有连接及确保所有阀门关闭，确保整个系统没有泄漏。

▲ 无菌储罐及排气过滤器管路连接示意图

建议标准流程:

• 检查蒸汽源及压缩空气压力，确保达到 SIP 的要求值
• 打开阀门 V1 引入蒸汽，同时打开 V2, V3, V4, V5 排除系统中的空气及冷凝水。
  
• 部分关闭阀门 V2 及 V5，使 P1 读数达到 0.5bar，等待 T1、T3 读数升至 100°C.
  
• 缓慢打开 V6 将蒸汽引入套筒，稍许打开 V7、V8 排出空气及冷凝水，在系统内建立一个稳定的蒸汽流。在整个过程中，需要注意控制 P1 及 P2 的压力，使滤器上下游的压差 (P1-P2 ) 控制在100mbar 之内。对于此类反向蒸汽灭菌、建议使用带卡翅的过滤器 (Code 7) 或 Optiseal 过滤器。
  
• 保持阀门V2, V5, V7, V8稍许打开， 保持在排气口  (V7)  可以看到大约 15cm 的蒸汽束，冷凝水排放口 (V2, V5, V8) 可以看到连续的冷凝水滴，以确保空气及冷凝水的有效排放。
  
• 当 T1, T2 及 T3 的读数上升至 121.1°C 时，开始计时。具体灭菌时间需要参考验证文件，一般建议 30 分钟或更长。在整个 SIP 过程中，需要规律性地监控整个系统的温度及压力，以确保滤芯上下游压差被控制在滤芯承受范围内。
  
• 计时结束后，关闭 V1，同时缓慢打开 V9，向系统通入无菌压缩气体。注意确保系统保持正压（压力表P1、P2 和 P3 有显示压力），且滤器上下游压差  (P2-P1) 小于 350mbar.
• 通入无菌压缩空气冷却系统，使蒸汽排出，关闭阀门 V7 及 V8，提高系统内的气体流速，直至 T1、T2、T3 度数达到 40 °C.
• 关闭 V5, V2 及 V4，保持 V6 及 V9 开放，保证在非使用状态时，使无菌系统保持正压。
  
  

   呼吸器 SIP 后，使用前完整性测试

对于疏水性过滤器的完整性测试，传统的泡点法 (BP) 或者扩散流法 (Diffusion) 需要使用有机溶剂与水的混合液作为润湿液体，而水侵入法 (HydroCorrTM) 只需要用水就可以完成测试，因此通常选用水侵入法对呼吸器进行灭菌后使用前的在线完整性测试。由于该测试仅需在空气滤器的上游进行操作，而不会破坏下游无菌性，所以它非常适合用于评估灭菌后空气过滤器的完整性。

▲ 呼吸器SIP后使用前在线完整性测试管路连接示意图

建议标准流程：

• 关闭 V9, 打开 V6 及 V7，等待 P1、P2 读数降至大气压。
• 向压力罐中通入纯化水，将 1bar 压缩空气接至压力罐入口，将压力罐出口连接至 V10 .
• 缓慢打开 V10 ，使水灌入套筒，直至水从连接 V7 的软管流出。在此过程中，需要确保灌水压力不超过 1bar ，并且没有空气进入套筒。（如果套筒的安装位置非常高，在灌入水的时候可以适当提高压力来排除重力的影响。）
• 关闭 V10 ，缓慢打开罐顶的压力安全阀以排出压力罐中的空气，直到罐内压力降至大气压。
• 关闭 V7，打开 V12 ，在 V12 连接自动完整性测试仪。
• 确保 V6 打开，及 V7、V8、V9、V10 关闭，开始运行水侵入测试程序。
• 当测试通过后，关闭 V6 及 V12 ，移除完整性测试仪。
• 打开 V7 及 V8 ，缓慢且小心的打开 V9 并施加一定的压力，直至系统被排空。
• 系统排空后，V9 全开，吹扫干燥滤芯约 30 分钟。
• 关闭 V7 及 V8，打开 V6，保持 V9 全开，在非使用状态下，使系统保持正压。
  
  

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产品过滤器及其附近管路

    产品过滤器 SIP

在对产品过滤器进行 SIP 之前，请确保滤芯及套筒已正确安装，并且确认滤芯干燥，所有阀门关闭、管路已连接至排放阀并直接能进行冷凝水的排放。在整个SIP过程中，操作人员需要穿戴护目镜及隔热手套，禁止直接接触蒸汽或者高温不锈钢表面。

▲典型亲水性过滤器SIP管路连接图

产品过滤器SIP建议标准流程：

• 检查蒸汽源及压缩空气压力达到 SIP 要求。
• 打开 MV1 及 MV2，引入蒸汽直至冷凝水全部被排放。
• 完全打开 MV4 及 MV5，以确保后续 SIP 过程中空气及冷凝水的排放。
• 缓慢打开 MV3，逐渐地向系统引入蒸汽并加热系统。
• 部分关闭排放阀 MV2、MV4 及MV5，保持有持续的蒸汽和冷凝水排出。
• 缓慢打开 V11，以建立稳定的蒸汽流。部分打开 V5 以排放冷凝水。注意监测压力表 P2 及 P3 的读数，在整个 SIP 过程中，滤器上下游的压力差 (P2-P3) 应小于 350mbar.
• 确保空气及冷凝水的有效排放：在排放口应可以看见 15cm 长的蒸汽流 (MV5) 及连续的冷凝水滴 (MV2、MV4 及 MV5) 。
• 当滤器下游温度上升，T3 读数达到 121°C,开始计时。SIP 循环时间至少 30min，具体灭菌时间需要参考验证文件。在整个 SIP 过程中，温度及压力应当被规律性地记录。
• SIP 循环结束后，关闭 MV1，缓慢打开 MV6 向系统中引入压缩空气。注意系统需要保持正压，并且滤器上下游压差 (P2-P3) 需要小于 350mbar.
• 关闭 MV2 和 MV4 以增加系统中的气体流量。保持气体流通降温系统直至 T3 读数显示大约 30°C.
• 关闭 V5、V11 及 MV5，保持 MV6 及 MV3 打开，以保证在非使用状态下，使系统保持正压。
  
  

    产品滤器 SIP 后，使用前完整性测试

完整性测试需要引入标准的润湿介质对过滤器进行润湿，此过程有破坏系统无菌性的风险。从产品过滤器到无菌储罐再到气体呼吸器应是一个密闭且无菌的系统。用于润湿滤器的水无法在密闭系统下游被排放，将留在无菌储罐中。如果过滤产品本身就是润湿介质，那么就无需下游排放，且最终产品可以直接进入储罐。因此产品泡点法适用于亲水滤器灭菌后使用前及使用后的完整性测试。但需要另外做基于产品润湿的泡点或扩散流验证以获得完整性测试的参数。如果要在灭菌后使用前，使用水润湿进行完整性测试，则需要在管路设计时考虑，在保证下游无菌性的情况下进行水的排放，同时还要考虑在完整性测试的过程中保证无菌性的情况下通大气压。

▲典型亲水性过滤器在线完整性测试管路连接图

以产品润湿为例，进行完整性测试建议标准流程：

• 确保罐上的 V3、呼吸器上的 V6、V7 打开，保证产品滤器下游的无菌储罐与大气联通。
• 保持 MV3 打开，关闭 MV6，打开 MV5 对系统进行排气，等待 P2 读数降至大气压。
• 设置产品进口压力为 2.8 bar，逐渐打开 MV7 将产品引入套筒，并且从 MV5 进行排气，直至上游空气被全部排尽。
• 当产品从 MV5 流出，关闭 MV5，保持 2.8bar 进口压力约 1 分钟，以溶解滤器中残留的气体，使滤膜完全润湿。
• 保持 V5 关闭，缓慢打开 V4，调节 V4 使 P2-P3 读数大约为200mbar。继续通过过滤器将产品输送到无菌储罐，约 5 分钟。
• 关闭 MV7 及 MV3，打开 MV4 将滤器上游润湿液体排出，将自动完整性测试以连接至 MV8，打开 MV8.
• 确保 MV8, V11, V4 打开，确保储罐上的 V3, 呼吸器上的 V6 and V7 打开，确保 MV3 及 MV4 关闭，运行测试程序。
• 测试通过后，关闭 MV8，移除完整性测试仪。
• 当开始过滤产品时，打开 MV7、MV3，打开 MV5 进行排气，当产品从 MV5 流出后，关闭 MV5，继续过滤产品。
  
  

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