上篇知識(shí)課堂中我們提到：在挑戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)，才是對(duì)氣體過(guò)濾器最好的界定。截留能力以及截留效率，是選擇除菌過(guò)濾器時(shí)需要考慮的眾多重要因素中較為關(guān)鍵的一項(xiàng)。除此之外還包括：物理耐用性、對(duì)過(guò)濾工藝條件的兼容性以及總體經(jīng)濟(jì)性。

選擇標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)重要性很大程度上取決于過(guò)濾器的實(shí)際應(yīng)用，將過(guò)濾器性能與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合后，就多數(shù)情況而言，需考慮以下幾種特性：截留能力、完整性測(cè)試、過(guò)濾速度及通量、結(jié)構(gòu)材料。

1截留能力

在制藥行業(yè)內(nèi)，疏水過(guò)濾器應(yīng)用于很多工藝過(guò)程中。對(duì)一些更關(guān)鍵的過(guò)濾工藝要求十分嚴(yán)格，然而，對(duì)另一些工藝來(lái)說(shuō)，如此嚴(yán)格的要求則可能沒(méi)有必要。總體來(lái)看，可以將過(guò)濾效率的要求分成以下幾類：

要求最嚴(yán)格的應(yīng)用是指無(wú)菌氣體應(yīng)用，經(jīng)過(guò)濾的氣體直接與無(wú)菌藥品或相關(guān)設(shè)備的關(guān)鍵表面直接接觸。這樣的例子包括與無(wú)菌灌裝設(shè)備相關(guān)的壓縮空氣過(guò)濾器，無(wú)菌產(chǎn)品儲(chǔ)罐的保護(hù)性氣體過(guò)濾器或呼吸過(guò)濾器，凍干機(jī)及關(guān)鍵滅菌柜破真空的氣體過(guò)濾器。為這類關(guān)鍵應(yīng)用所選擇的過(guò)濾器應(yīng)當(dāng)通過(guò)適當(dāng)?shù)囊后w細(xì)菌挑戰(zhàn)試驗(yàn)來(lái)確認(rèn)，并必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈锢硗暾詸z測(cè)，后者應(yīng)與經(jīng)液體過(guò)濾證明的細(xì)菌截留能力相關(guān)聯(lián)。

次重要的應(yīng)用為過(guò)濾后氣體不與無(wú)菌產(chǎn)品或無(wú)菌表面直接接觸。這樣的例子包括許多中間工藝步驟或向發(fā)酵罐通氣的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，過(guò)濾器應(yīng)以細(xì)菌氣溶膠挑戰(zhàn)試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)并應(yīng)進(jìn)行物理完整性檢測(cè)，后者應(yīng)與氣溶膠截留能力相關(guān)聯(lián)。

只用于降低微生物負(fù)荷的氣體過(guò)濾器的要求更低，因?yàn)閷?duì)這類過(guò)濾的期望與對(duì)HEPA（高效空氣顆粒物過(guò)濾器）相似。通常采用分散的油-氣溶膠來(lái)確立這類過(guò)濾器的能力即符合要求。

如何將一個(gè)給定的應(yīng)用按以上分類法分類以及采用建議的截留驗(yàn)證方法，是需要進(jìn)過(guò)仔細(xì)考慮的。另有一些情況有額外的或更特殊的要求，例如在一些敏感的發(fā)酵中需控制噬菌體，或關(guān)鍵操作中要求對(duì)病毒進(jìn)行截留。許多有關(guān)在不同條件下及采用不同類型濾膜截留不同污染物，包括細(xì)菌和噬菌體。

2完整性測(cè)試

在進(jìn)行氣體過(guò)濾時(shí)，采用非破壞性物理測(cè)試法來(lái)檢測(cè)過(guò)濾器組件的完整性，以確保其達(dá)到所需的截留能力，這可能是十分重要的。我們將會(huì)在后面的知識(shí)課堂中詳細(xì)講解此部分內(nèi)容。

3過(guò)濾速度及通量

一個(gè)過(guò)濾器在給定壓差下的流速取決于若干因素，這包括濾膜種類及支持材料，濾材的厚度、孔隙率以及孔徑分布、截留特性等。

對(duì)于特定類型的過(guò)濾器，過(guò)濾的流速隨著有效過(guò)濾面積的增加而增加，然而，二者未必是線性關(guān)系。對(duì)一個(gè)具體的除菌過(guò)濾過(guò)程而言，可根據(jù)潔凈氣流與壓差來(lái)估算所需的過(guò)濾面積或所需過(guò)濾器的單元數(shù)，通常供應(yīng)商以曲線或列表的形式提供這類數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)工藝目標(biāo)，在計(jì)算中需考慮可以承受的過(guò)濾器堵塞限度。有必要考慮整個(gè)系統(tǒng)的壓力降，包括各種預(yù)過(guò)濾器、各種管路或除菌過(guò)濾器濾殼的進(jìn)出導(dǎo)管。還應(yīng)當(dāng)考慮過(guò)濾應(yīng)用中的各種特性，如高壓泵的速度或在線滅菌的要求。

采用預(yù)過(guò)濾器后，除菌過(guò)濾器的處理量可大大增加。另外，過(guò)濾器的有效壽命，即過(guò)濾器組件在失去完整性前的有效工作時(shí)間，很可能不是由過(guò)濾器的堵塞情況決定的，而是可經(jīng)受的滅菌周期次數(shù)。

4結(jié)構(gòu)材料

除菌過(guò)濾膜通常用聚四氟乙烯，聚偏二氟乙稀、聚丙烯或聚乙烯類聚合物制造。除濾膜以外，組配好的過(guò)濾器組件，特別是打褶式濾芯，有上游和下游的支撐及排水材料。通常，這些支撐、排水層由疏水聚丙烯無(wú)紡介質(zhì)組成。有些過(guò)濾器的內(nèi)核及O形圈轉(zhuǎn)接頭用不銹鋼或其它材料加強(qiáng)，以增加濾芯的壽命。結(jié)構(gòu)材料對(duì)裝配好的過(guò)濾器組件的若干關(guān)鍵特性有影響，如耐熱性、化學(xué)兼容性、抗氧化性以及機(jī)械特性。過(guò)濾器的使用者必須對(duì)具體過(guò)濾應(yīng)用中所用材料的適用性進(jìn)行評(píng)估。

4.1 疏水性

為了降低過(guò)濾組件因水汽在過(guò)濾器內(nèi)積聚而堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，特別是積聚在濾膜孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部，結(jié)構(gòu)材料應(yīng)當(dāng)為疏水性。疏水性反映了材料表面能量與液體內(nèi)聚能之間的關(guān)系。水通常是參照液體，其表面張力為72達(dá)因/厘米。如下圖所示，如果內(nèi)聚能超過(guò)粘附力，水就成“水珠”狀，而不會(huì)發(fā)生自然潤(rùn)濕。

一種物質(zhì)的疏水性可以用液體發(fā)生自然潤(rùn)濕的最低表面張力來(lái)表示，稱之謂臨界表面張力。臨界表面張力的數(shù)值見(jiàn)下表，在涉及的常見(jiàn)材料中，聚四氟乙烯的疏水性最強(qiáng)，聚丙烯最低。

材料臨界表明張力表

水與親水性及疏水性表明的相互作用

4.2 耐用性

過(guò)濾器組件必須能夠經(jīng)受預(yù)期應(yīng)用中的各種苛刻條件。過(guò)濾器供應(yīng)商通常會(huì)提供有關(guān)結(jié)構(gòu)材料及過(guò)濾器組件能夠耐受的壓差信息，過(guò)濾器進(jìn)入端的總壓及其兩側(cè)的壓差的限值通常是是溫度及流向的函數(shù)。使用者必須根據(jù)其具體工藝的要求來(lái)選擇過(guò)濾器，此外，為避免過(guò)濾器完整性受損及相關(guān)截留能力的下降，應(yīng)按規(guī)定的限度使用過(guò)濾器。當(dāng)在高溫下過(guò)濾氧化性氣體時(shí)，特別是在長(zhǎng)時(shí)期使用后，過(guò)濾器會(huì)發(fā)生降解，導(dǎo)致完整性方面的問(wèn)題。此應(yīng)用中，必須選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料或根據(jù)材料情況調(diào)整更換過(guò)濾器的頻率。

蒸汽滅菌中，耐用性問(wèn)題尤其重要。事實(shí)上，過(guò)濾器某些應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性取決于一個(gè)給定過(guò)濾器在完整性不受損條件下能經(jīng)受滅菌的次數(shù)。過(guò)濾器的滅菌問(wèn)題，我們也會(huì)在以后的知識(shí)課堂中作詳細(xì)討論。

4.3 毒性

確保過(guò)濾系統(tǒng)不釋放有毒化合物進(jìn)入工藝流是至關(guān)重要的。盡管液體中的溶出物受到普遍關(guān)注，但在沒(méi)有溶劑時(shí)不可能出現(xiàn)溶出物，因此，該項(xiàng)并非干燥氣體過(guò)濾所關(guān)注的問(wèn)題。但是，大多數(shù)過(guò)濾器仍然應(yīng)當(dāng)而且通常由經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)毒性試驗(yàn)測(cè)試合格的材料建造。這類試驗(yàn)通常要求將過(guò)濾器的組件在各種溶劑中靜置浸泡，此后，將抽提物及塑料組件本身進(jìn)行動(dòng)物模型和/或哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)評(píng)估。進(jìn)行這樣的試驗(yàn)來(lái)確保濾膜及支持材料對(duì)產(chǎn)品的安全性無(wú)不良影響。過(guò)濾器供應(yīng)商通常會(huì)根據(jù)美國(guó)藥典（USP）生物活性試驗(yàn)，提供毒性數(shù)據(jù)，該試驗(yàn)為針對(duì)VI級(jí)塑料的體內(nèi)測(cè)試。

4.4 氣體/過(guò)濾器的兼容性

過(guò)濾器與工藝的不兼容的情況與溫度、壓力、氧化或這些因素的各種組合相關(guān)。過(guò)高的溫度可導(dǎo)致過(guò)濾器組件變形，而低溫可導(dǎo)致脆性及破裂。任何一種極端情況均可能導(dǎo)致完整性受損。氧化性氣體，遠(yuǎn)在過(guò)濾器完整性損壞之前，就有可能使穩(wěn)定性差的支撐部件表面出現(xiàn)降解并脫落粒子，這當(dāng)然取決于氧化性氣體的溫度、濃度及使用時(shí)間（過(guò)濾氣體的時(shí)間）。

由于易燃性的問(wèn)題，聚丙烯硬件過(guò)濾器不能應(yīng)用于純氧的過(guò)濾。采用全氟聚合物作為結(jié)構(gòu)材料的聚四氟乙烯膜式過(guò)濾器可用于純氧的過(guò)濾；然而，如果要求過(guò)濾后氣體為無(wú)菌氣體，使用者還應(yīng)當(dāng)確認(rèn)所使用的過(guò)濾器為除菌級(jí)的，因?yàn)椴⒎撬羞^(guò)濾器都是這個(gè)級(jí)別的。

綜上所述，絕大多數(shù)需要使用疏水膜式過(guò)濾器的應(yīng)用中，過(guò)濾器都應(yīng)盡可能多地達(dá)到下列理想特性：

• 過(guò)濾器必須在不利條件下，例如高濕下，也能夠截留微生物
• 過(guò)濾器必須有高的熱及機(jī)械耐受性，足以在所需條件下長(zhǎng)期使用
• 過(guò)濾器必須能多次蒸汽滅菌
• 在低壓差條件下，過(guò)濾器必須有高的流速
• 濾膜應(yīng)當(dāng)為疏水性，以抵抗水阻塞
• 過(guò)濾器具有優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到長(zhǎng)的和可靠的使用壽命
• 過(guò)濾器應(yīng)不脫落纖維
• 過(guò)濾器必須能進(jìn)行與其截留效率相關(guān)的完整性檢測(cè)
• 過(guò)濾器應(yīng)便于安裝及維護(hù)
• 過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)當(dāng)適用于預(yù)期應(yīng)用（例如，過(guò)濾氧氣）

以上就是關(guān)于“氣體過(guò)濾器的選擇”相關(guān)知識(shí)分享，后續(xù)將為大家?guī)?lái)上述內(nèi)容中所提及的氣體過(guò)濾器的完整性檢測(cè)、滅菌、以及實(shí)際應(yīng)用示例，敬請(qǐng)期待，感謝大家的持續(xù)追更。