4- 完整性检测
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Confidential
原理－表面张力的作用
气压
足够大的气体压力下，液体被挤出微孔. . . .
. . . 定义为泡点压力 “Bubble Point Pressure”
Confidential
2.5
润湿膜的泡点
上游
加压
下游 压力降低
滤膜
Confidential
Flow
泡点
1000 800 600 400 200 0
Confidential
在线水侵入检测
完整性检测仪 控件箱
水罐
水桥
水罐
过滤器 滤出端
Confidential
新版GMP
附录1 无菌药品 § 第四十二条 进入无菌生产区的生产用气体
（如压缩空气、氮气，但不包括可燃性气 体）均应经过除菌过滤，应当定期检查除菌 过滤器和呼吸过滤器的完整性。
Confidential
Confidential
膜过滤器完整性检测类型
破坏性检测
非破坏性检测
颗粒挑战
微生物挑战
前进流 压力保持 泡点 水侵入
微生物拦截测试是最敏感的确认过滤除菌能力的完整性检测方法 非破坏性完整性检测是对微生物拦截能力的间接反映
Confidential
非破坏性方法与过滤性能相关联
细菌去除效率
非破坏性检测
§ 过滤器的完整性检测可以在使用前进行，并且应当在使用后常 规进行。过滤后进行完整性检测是非常重要的，可以探查到过 滤器在使用过程中可能发生的任何泄漏或者穿孔。前进流和气 泡点，当正确使用时，是两种可以使用的完整性检测方法。成 品过滤器的完整性检测规范应当与细菌截留验证研究的数据保 持一致。
Confidential
√
泡点
√
水侵入
Confidential
疏水性膜
√ √ √ √
非破坏性完整性检测原理
前进流（Forward Flow） 压力衰减/保持（Pressure Decay/Hold ） 泡点检测（Bubble Point）
--------均源自相同的机理:
检测或观察： 从润湿滤膜的一侧向另一侧穿透的气体流量
Confidential
可以进行完整性检测的滤芯种类
§ 除菌级过滤器 （亲水性、疏水性）
§ 除病毒过滤器 § 部分预过滤器
完整性检测通常只用于膜式过滤器
Confidential
完整性检测目的
§ 确认正确安装 § 检测破损 § 确认过滤系统达到验证性能 不是 检测滤膜微孔的“孔径”分布
完整性检测对于保证产品质量和批次放行是一项重 要的工艺控制步骤
新版GMP
附录1 无菌药品 § 第七十五条 非最终灭菌产品的过滤除菌应当符合
以下要求： （三）除菌过滤器使用后，必须采用适当的方法 立即对其完整性进行检查并记录。常用的方法有 起泡点试验、扩散流试验或压力保持试验。
Confidential
滤过流体无菌性保证
§ 完整性测试本身并不足以确保滤过流体的无菌性，其它因素 也应满足：
气体在压差 p1 – p2 = Dp 条件下扩散出来
Confidential
3.3
原理－气体直接穿透滤膜破损微孔
上游
下游
高压
低压
滤膜
Confidential
自动直接流量检测
Palltronic® Flowstar
完整性检测设备
调压阀
润湿的滤芯
压缩气
Palltronic® Flowstar设备 外接大气 直接检测流量，无需检测上 游体积
不断增高气压，直至在下游出现“气泡”。 没有标准操作规程，或对“气泡”现象检测终点的确切定义.
Confidential
泡点检测方法（2）自动上游检测
§ 进行多点压力衰减测试 § 上游气体压力步进增加 § 每次增压后都检测压力衰减
§ 预设了软件算法，计算压力衰减率以获得“泡点”值
Confidential
完整性检测
Confidential
发展历史
§ 60年代以前 －采用深层过滤器（石棉、纤维、烧结玻璃、烧结 陶瓷等）进行“除菌”过滤
§ 60年代 － 0.45µm过滤精度的“除菌”滤膜 § 对滤膜进行“泡点完整性”检测 § David B. Pall, U.S. 注册专利 # 3,007,334 Filed Nov. 30, 1956
Confidential
细菌截留能力
可重复从生产流体中去除所有微生物从而得到无菌流体 的滤芯可以称之为合适的除菌级滤芯。这种滤芯孔径 一般为0.2um或者更小。 FDA无菌工艺指南2004
对于滤芯生产商来说, 0.2µm 除菌级滤芯 应 符合 ASTM （美国试验材料协会）的方法使 用浓度至少为107/cm2假单孢菌细菌挑战试验
§ 1970-80 －0.2 µm细菌挑战和完整性数据关联 § P. diminuta（假单胞菌） 挑战 § 用完整性数据和细菌拦截参数区分0.2 µm和0.45 µm § Forward Flow (前进流) 完整性检测用于检测大面积过滤器 § David B. Pall, “Quality Control of Absolute Bacteria Removal Filters,” Bull. Parenteral Drug Assoc., 29, 392204 (1975)，注册专利 § 1987，FDA首次发布《无菌工艺验证指南》，明确泡点/前 进流方法
2
3
4
Pressure (bar)
Confidential
原理－泡点压力与孔径
d
d/2
p
2p
充分润湿的滤膜，泡点压力和开孔孔径成反比
. . . 意味着越小的孔径，对应越高的泡点
Confidential
2.10
泡点检测方法（1）手动正向泡点 －－检测膜片
润湿的圆盘过滤器
空气 氮气
压力调节器
压力表
气泡 盛水容器
关联
过滤器生产商批次细 菌挑战
用户进行完整性 检测
过滤器生产商100%完整 性检测
Confidential
非破坏性方法与过滤性能相关联
破坏性方法 细细菌菌挑挑战战
非破坏性方法
前前进进流流 泡泡点点 水水侵侵入入 压压力力衰衰减减
Confidential
滤芯完整性检测
完整性检测
亲水性膜
前进流
√
压力衰减
Confidential
泡点和前进流检测
安装过滤器
润湿步骤
c
过滤器与完整性检测系统连接
选择并执行适当的检测
Confidential
2.4
原理－润湿的重要性
润湿液体通过界面张力的分子引力， 被牢牢锁定在微孔间隙中
Confidential
2.4
原理－气体扩散穿透润湿的滤膜
上游
下游
高压
低压
润湿的滤膜
Confidential
过滤面积对泡点的影响
流速 (ml/min)
250
200
150
大面积滤芯
小面积膜片
100
50
0
压力 (bar) 2
3
4
滤芯泡点通常明显低于同样膜材质的膜片的泡点值
Confidential
泡点应用的“局限”
§ 适合小面积膜片和滤芯 § 过滤器滤膜泡点很接近限值的情况
§ 检测终点难以确定 § 可能导致检测误判 § 使用0.1 µm及高精度滤芯压力可能太高 § 大面积、多芯过滤器 § 空气扩散（前进流）流量干扰判断 § 泡点曲线较难判断 § 不反映过滤器面积
http://www.ema.europa.eu/Inspections/gmp/q15.htm
Confidential
美cGMP
§ FDA Guidance for Industry –Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing （Sept. 2004） FDA无菌药物工业指南 (2004年9月)
水侵入检测
§ 疏水过滤器的完整性检测方法 § 适合气体过滤器、呼吸器
§ 检测要求 § 过滤器必须完全干燥 § 检测用水温度必须在20-25C § 过滤器上游不得有泄漏
Confidential
水侵入检测应用特点
§ 过滤器上游检测 § 避免使用有机溶剂润湿滤芯 § 适合在线检测 § 可对灭菌滤芯进行检测 § 检测完毕滤芯可以投入使用 § 可用完整性检测仪实现全自动检测
泡点试验结果
试验参数： 滤芯型号：AB1NF7PH4 润湿溶液：水 试验气体：空气 最小泡点：3180mbar / 46psi
如果试验测试值 大于 最小泡点 通过
Confidential
泡点检测的局限
1000 800
流速
600
400
前进流扩散区
200
疑似泡点区
0
2
3
4
压力 (bar)
泡点的确定依赖于检测方法、操作人员以及设备
Confidential
前进流试验结果
试验参数： 滤芯型号：AB1NF7PH4 润湿溶液：水 试验气体：空气 试验压力：2760mbar / 40psi 最大前进流：12ml/min
如果试验测试值 小于 最大前进流 通过
Confidential
上游压力衰减法计算前进流
§ 检测上游体积 § 对过滤器通入前进流检测压力 § 在检测压力下隔离上游检测腔体体积 § 测量单位时间内压力衰减值
欧盟GMP
113. 关键气体过滤器和呼吸过滤器的完整性，应在 使用后检查，其他过滤器的完整性也应定期检查。
EU guidelines to GMP Annex 1
Confidential
每次使用后对过滤器进行测试
§ 原始包装材料中的气体空间 § 冻干装瓶 § 无菌分装，如氮气
§ 生产期间的产品保护 § 工厂之间的无菌运输容器 § 生产与灌装中的无菌产品储罐
Confidential
定期对过滤器进行测试
§ WFI储罐呼吸过滤器 § 低生物负荷产品储罐呼吸器 § 高压灭菌器的呼吸过滤器 § 发酵罐上的无菌空气过滤器 § 发酵罐排气过滤器 § 仪表气源过滤器
§ 反映了通过过滤器的全部前进流量（包括扩散、大孔 穿透流量）
§ 压力衰减率和上游检测腔体体积成反比 § 基于上游体积、压力衰减率计算获得前进流流量
Confidential
压力衰减如何转换为前进流？
检测上游体积
检测压力衰减
计算流量
确认完整性
打印结果 虽然设备录入数据、输出数据为流量，实际检测的参数却
Confidential
欧盟GMP
§ EMEA Inspections -Good Manufacturing Practice -Questions & Answers 欧盟GMP问题和解答 § 问：如何进行除菌过滤器的完整性检测？ § 答：法规（附录1）…… ……过滤器应当在使用前，而且在灭菌后，和使用后 均进行完整性检测。 另外，检测应当原位进行以确认滤壳内的整体过滤器的 完整性。
是压力衰减值
Confidential
何时进行完整性检测
完整性测试
使用前
使用后
灭菌前
灭菌后
Confidential
欧盟GMP
§ Annex 1 Manufacture of Sterile Medicinal Products (2008) 无菌药品的生产
§ 113. 已灭菌的过滤器的完整性，需要使用适当的方法，在过滤前 进行确认，并需要在使用后立刻进行确认，包括气泡点、扩散流 或压力保持测试。过滤工艺验证中应确定过滤一定量药液所需时 间及过滤器二侧的压力；任何明显偏离正常时间或压力的情况应 有记录并进行调查。调查结果应归入批记录。 关键气体和空气过 滤器的完整性需要在使用后确认。其它过滤器的完整性需要定期 进行检测。
疏水性滤芯的前进流和泡点检测
§ 孔需要完全润湿 § 使用低表面张力的溶剂如：乙醇/水混合物 § 检测完需去除有机溶剂 § 注意易燃问题
Confidential
原理－水侵入（1）
压缩空气
疏水滤膜
水
蒸发流量
Confidential
原理－水侵入（2）
压缩空气
水 疏水滤膜
蒸发流量 水突破流量 Confidential
§ 生产商具备质量控制和质量保证系统以确保过滤膜和成品过滤 器的质量和一致性。
§ 使用者应进行验证研究以确证产品、工艺条件和除菌级过滤器 达到细菌挑战测试的要求。
§ 使用者应确保产品/过程控制（例如，操作参数，微生物污染水 平控制）到位。
一旦满足这些要素，完整性测试的局限性就会被降至最低。
Confidential
Confidential
前进流检测
如果将润湿好的滤芯安装在滤壳中 . . . . . . 并且通入低于泡点的压缩气 . . . 将可以在滤出端检测到一个小的气体流量。
流量产生的原因，在于气体透过滤膜发生 “扩散”
Confidential
3.2
原理－气体扩散透过润湿的滤膜
滤膜
微孔中的液体
在压力“p1”下，气体 溶解在液体中
水Байду номын сангаас入法完整性检测
完整性检测设备
压缩气 水
空气 疏水滤芯
上游阀门关闭
Confidential
外接大气
水侵入试验结果
试验参数： 滤芯型号：AB1PFR7PV 试验气体：空气 试验压力：2500mbar 最大水侵入流量：0.38ml/min（25℃）
如果试验测试值 小于 最大水侵入流量 通过
Confidential
原理－表面张力的作用
气压
足够大的气体压力下，液体被挤出微孔. . . .
. . . 定义为泡点压力 “Bubble Point Pressure”
Confidential
2.5
润湿膜的泡点
上游
加压
下游 压力降低
滤膜
Confidential
Flow
泡点
1000 800 600 400 200 0
Confidential
在线水侵入检测
完整性检测仪 控件箱
水罐
水桥
水罐
过滤器 滤出端
Confidential
新版GMP
附录1 无菌药品 § 第四十二条 进入无菌生产区的生产用气体
（如压缩空气、氮气，但不包括可燃性气 体）均应经过除菌过滤，应当定期检查除菌 过滤器和呼吸过滤器的完整性。
Confidential
Confidential
膜过滤器完整性检测类型
破坏性检测
非破坏性检测
颗粒挑战
微生物挑战
前进流 压力保持 泡点 水侵入
微生物拦截测试是最敏感的确认过滤除菌能力的完整性检测方法 非破坏性完整性检测是对微生物拦截能力的间接反映
Confidential
非破坏性方法与过滤性能相关联
细菌去除效率
非破坏性检测
§ 过滤器的完整性检测可以在使用前进行，并且应当在使用后常 规进行。过滤后进行完整性检测是非常重要的，可以探查到过 滤器在使用过程中可能发生的任何泄漏或者穿孔。前进流和气 泡点，当正确使用时，是两种可以使用的完整性检测方法。成 品过滤器的完整性检测规范应当与细菌截留验证研究的数据保 持一致。
Confidential
√
泡点
√
水侵入
Confidential
疏水性膜
√ √ √ √
非破坏性完整性检测原理
前进流（Forward Flow） 压力衰减/保持（Pressure Decay/Hold ） 泡点检测（Bubble Point）
--------均源自相同的机理:
检测或观察： 从润湿滤膜的一侧向另一侧穿透的气体流量
Confidential
可以进行完整性检测的滤芯种类
§ 除菌级过滤器 （亲水性、疏水性）
§ 除病毒过滤器 § 部分预过滤器
完整性检测通常只用于膜式过滤器
Confidential
完整性检测目的
§ 确认正确安装 § 检测破损 § 确认过滤系统达到验证性能 不是 检测滤膜微孔的“孔径”分布
完整性检测对于保证产品质量和批次放行是一项重 要的工艺控制步骤
新版GMP
附录1 无菌药品 § 第七十五条 非最终灭菌产品的过滤除菌应当符合
以下要求： （三）除菌过滤器使用后，必须采用适当的方法 立即对其完整性进行检查并记录。常用的方法有 起泡点试验、扩散流试验或压力保持试验。
Confidential
滤过流体无菌性保证
§ 完整性测试本身并不足以确保滤过流体的无菌性，其它因素 也应满足：
气体在压差 p1 – p2 = Dp 条件下扩散出来
Confidential
3.3
原理－气体直接穿透滤膜破损微孔
上游
下游
高压
低压
滤膜
Confidential
自动直接流量检测
Palltronic® Flowstar
完整性检测设备
调压阀
润湿的滤芯
压缩气
Palltronic® Flowstar设备 外接大气 直接检测流量，无需检测上 游体积
不断增高气压，直至在下游出现“气泡”。 没有标准操作规程，或对“气泡”现象检测终点的确切定义.
Confidential
泡点检测方法（2）自动上游检测
§ 进行多点压力衰减测试 § 上游气体压力步进增加 § 每次增压后都检测压力衰减
§ 预设了软件算法，计算压力衰减率以获得“泡点”值
Confidential
完整性检测
Confidential
发展历史
§ 60年代以前 －采用深层过滤器（石棉、纤维、烧结玻璃、烧结 陶瓷等）进行“除菌”过滤
§ 60年代 － 0.45µm过滤精度的“除菌”滤膜 § 对滤膜进行“泡点完整性”检测 § David B. Pall, U.S. 注册专利 # 3,007,334 Filed Nov. 30, 1956
Confidential
细菌截留能力
可重复从生产流体中去除所有微生物从而得到无菌流体 的滤芯可以称之为合适的除菌级滤芯。这种滤芯孔径 一般为0.2um或者更小。 FDA无菌工艺指南2004
对于滤芯生产商来说, 0.2µm 除菌级滤芯 应 符合 ASTM （美国试验材料协会）的方法使 用浓度至少为107/cm2假单孢菌细菌挑战试验
§ 1970-80 －0.2 µm细菌挑战和完整性数据关联 § P. diminuta（假单胞菌） 挑战 § 用完整性数据和细菌拦截参数区分0.2 µm和0.45 µm § Forward Flow (前进流) 完整性检测用于检测大面积过滤器 § David B. Pall, “Quality Control of Absolute Bacteria Removal Filters,” Bull. Parenteral Drug Assoc., 29, 392204 (1975)，注册专利 § 1987，FDA首次发布《无菌工艺验证指南》，明确泡点/前 进流方法
2
3
4
Pressure (bar)
Confidential
原理－泡点压力与孔径
d
d/2
p
2p
充分润湿的滤膜，泡点压力和开孔孔径成反比
. . . 意味着越小的孔径，对应越高的泡点
Confidential
2.10
泡点检测方法（1）手动正向泡点 －－检测膜片
润湿的圆盘过滤器
空气 氮气
压力调节器
压力表
气泡 盛水容器
关联
过滤器生产商批次细 菌挑战
用户进行完整性 检测
过滤器生产商100%完整 性检测
Confidential
非破坏性方法与过滤性能相关联
破坏性方法 细细菌菌挑挑战战
非破坏性方法
前前进进流流 泡泡点点 水水侵侵入入 压压力力衰衰减减
Confidential
滤芯完整性检测
完整性检测
亲水性膜
前进流
√
压力衰减
Confidential
泡点和前进流检测
安装过滤器
润湿步骤
c
过滤器与完整性检测系统连接
选择并执行适当的检测
Confidential
2.4
原理－润湿的重要性
润湿液体通过界面张力的分子引力， 被牢牢锁定在微孔间隙中
Confidential
2.4
原理－气体扩散穿透润湿的滤膜
上游
下游
高压
低压
润湿的滤膜
Confidential
过滤面积对泡点的影响
流速 (ml/min)
250
200
150
大面积滤芯
小面积膜片
100
50
0
压力 (bar) 2
3
4
滤芯泡点通常明显低于同样膜材质的膜片的泡点值
Confidential
泡点应用的“局限”
§ 适合小面积膜片和滤芯 § 过滤器滤膜泡点很接近限值的情况
§ 检测终点难以确定 § 可能导致检测误判 § 使用0.1 µm及高精度滤芯压力可能太高 § 大面积、多芯过滤器 § 空气扩散（前进流）流量干扰判断 § 泡点曲线较难判断 § 不反映过滤器面积
http://www.ema.europa.eu/Inspections/gmp/q15.htm
Confidential
美cGMP
§ FDA Guidance for Industry –Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing （Sept. 2004） FDA无菌药物工业指南 (2004年9月)
水侵入检测
§ 疏水过滤器的完整性检测方法 § 适合气体过滤器、呼吸器
§ 检测要求 § 过滤器必须完全干燥 § 检测用水温度必须在20-25C § 过滤器上游不得有泄漏
Confidential
水侵入检测应用特点
§ 过滤器上游检测 § 避免使用有机溶剂润湿滤芯 § 适合在线检测 § 可对灭菌滤芯进行检测 § 检测完毕滤芯可以投入使用 § 可用完整性检测仪实现全自动检测
泡点试验结果
试验参数： 滤芯型号：AB1NF7PH4 润湿溶液：水 试验气体：空气 最小泡点：3180mbar / 46psi
如果试验测试值 大于 最小泡点 通过
Confidential
泡点检测的局限
1000 800
流速
600
400
前进流扩散区
200
疑似泡点区
0
2
3
4
压力 (bar)
泡点的确定依赖于检测方法、操作人员以及设备
Confidential
前进流试验结果
试验参数： 滤芯型号：AB1NF7PH4 润湿溶液：水 试验气体：空气 试验压力：2760mbar / 40psi 最大前进流：12ml/min
如果试验测试值 小于 最大前进流 通过
Confidential
上游压力衰减法计算前进流
§ 检测上游体积 § 对过滤器通入前进流检测压力 § 在检测压力下隔离上游检测腔体体积 § 测量单位时间内压力衰减值
欧盟GMP
113. 关键气体过滤器和呼吸过滤器的完整性，应在 使用后检查，其他过滤器的完整性也应定期检查。
EU guidelines to GMP Annex 1
Confidential
每次使用后对过滤器进行测试
§ 原始包装材料中的气体空间 § 冻干装瓶 § 无菌分装，如氮气
§ 生产期间的产品保护 § 工厂之间的无菌运输容器 § 生产与灌装中的无菌产品储罐
Confidential
定期对过滤器进行测试
§ WFI储罐呼吸过滤器 § 低生物负荷产品储罐呼吸器 § 高压灭菌器的呼吸过滤器 § 发酵罐上的无菌空气过滤器 § 发酵罐排气过滤器 § 仪表气源过滤器
§ 反映了通过过滤器的全部前进流量（包括扩散、大孔 穿透流量）
§ 压力衰减率和上游检测腔体体积成反比 § 基于上游体积、压力衰减率计算获得前进流流量
Confidential
压力衰减如何转换为前进流？
检测上游体积
检测压力衰减
计算流量
确认完整性
打印结果 虽然设备录入数据、输出数据为流量，实际检测的参数却
Confidential
欧盟GMP
§ EMEA Inspections -Good Manufacturing Practice -Questions & Answers 欧盟GMP问题和解答 § 问：如何进行除菌过滤器的完整性检测？ § 答：法规（附录1）…… ……过滤器应当在使用前，而且在灭菌后，和使用后 均进行完整性检测。 另外，检测应当原位进行以确认滤壳内的整体过滤器的 完整性。
是压力衰减值
Confidential
何时进行完整性检测
完整性测试
使用前
使用后
灭菌前
灭菌后
Confidential
欧盟GMP
§ Annex 1 Manufacture of Sterile Medicinal Products (2008) 无菌药品的生产
§ 113. 已灭菌的过滤器的完整性，需要使用适当的方法，在过滤前 进行确认，并需要在使用后立刻进行确认，包括气泡点、扩散流 或压力保持测试。过滤工艺验证中应确定过滤一定量药液所需时 间及过滤器二侧的压力；任何明显偏离正常时间或压力的情况应 有记录并进行调查。调查结果应归入批记录。 关键气体和空气过 滤器的完整性需要在使用后确认。其它过滤器的完整性需要定期 进行检测。
疏水性滤芯的前进流和泡点检测
§ 孔需要完全润湿 § 使用低表面张力的溶剂如：乙醇/水混合物 § 检测完需去除有机溶剂 § 注意易燃问题
Confidential
原理－水侵入（1）
压缩空气
疏水滤膜
水
蒸发流量
Confidential
原理－水侵入（2）
压缩空气
水 疏水滤膜
蒸发流量 水突破流量 Confidential
§ 生产商具备质量控制和质量保证系统以确保过滤膜和成品过滤 器的质量和一致性。
§ 使用者应进行验证研究以确证产品、工艺条件和除菌级过滤器 达到细菌挑战测试的要求。
§ 使用者应确保产品/过程控制（例如，操作参数，微生物污染水 平控制）到位。
一旦满足这些要素，完整性测试的局限性就会被降至最低。
Confidential
Confidential
前进流检测
如果将润湿好的滤芯安装在滤壳中 . . . . . . 并且通入低于泡点的压缩气 . . . 将可以在滤出端检测到一个小的气体流量。
流量产生的原因，在于气体透过滤膜发生 “扩散”
Confidential
3.2
原理－气体扩散透过润湿的滤膜
滤膜
微孔中的液体
在压力“p1”下，气体 溶解在液体中
水Байду номын сангаас入法完整性检测
完整性检测设备
压缩气 水
空气 疏水滤芯
上游阀门关闭
Confidential
外接大气
水侵入试验结果
试验参数： 滤芯型号：AB1PFR7PV 试验气体：空气 试验压力：2500mbar 最大水侵入流量：0.38ml/min（25℃）
如果试验测试值 小于 最大水侵入流量 通过
Confidential