在生物制药行业，气体过滤至关重要，关乎产品质量、安全性、生产设备与设施的保护及法规符合性等。因此，如何选择一支适合的、优秀的气体过滤器是一大挑战。

在深入探讨选择方法前，我们更要明确供应商是如何定义气体过滤器的标称孔径？其背后所代表的过滤能力又如何？只有弄清楚这些问题，我们才能进一步学会如何去选择好的气体过滤器。

本期《“芯”中有数》系列知识课堂为大家带来气体过滤器供应商标称孔径的解读、气体过滤和液体过滤的机理区别以及如何准确界定气体过滤的能力。

标称孔径

一种产品也会在不同应用场景中提供不同的孔径标称。

所以同一个产品可以标称不同孔径么？或者说在不同应用条件下，孔径或过滤能力会发生变化么？

实际上，美国注射剂协会（PDA）在第40号技术报告气体除菌过滤中提出：

“True pore size must not be confused with the nominal micron rating commonly assigned by filter manufacturers to the various types of filters offered. Such nomenclature is intended mainly for labeling purposes. However, due to the lack of uniformity in the rating from one manufacturer to another or due to different filter materials used, even from the same manufacturer, it is generally not advisable to select a filter for a given application based solely on the numerical micrometer rating. Since different retention mechanisms are involved in sterile gas filtration, a numerical pore size rating has even less meaning than it has in liquid filtration. Most manufacturers designate microbial retentive hydrophobic gas filters as 0.2 micron as areference to “sterilizing” filtration of liquids. These membranes are, in fact, much more efficient in retention in dry gas streams (Liu et al., 1985).”

不应将过滤器的实际孔径与供应商为各类产品所指定的名义孔径相混淆。名义孔径主要是起标识性作用，用于区分不同的过滤器。然而，由于不同供应商在过滤器等级划分标准上缺乏一致性，甚至同一供应商因使用不同滤材也可能导致划分不一，因此，通常不建议单纯依据名义孔径来选择适用于特定应用的过滤器。

在气体除菌过滤的过程中，包含多种截留机理，使得气体过滤器的名义孔径相较于液体过滤器而言，其实际意义更为有限。多数供应商参照液体除菌过滤器的标准，将疏水性“气体除菌过滤器”的规格统一指定为0.2微米。然而，实际上，这类膜材料在过滤干燥气体时展现出的过滤效率要远高于这一数值所指示的。

那么下一个问题来了，为什么相同产品在过滤干燥气体时的效率要比液体高得多？

气体过滤和液体过滤的机理区别

想要探究这个问题，我们首先要从气体与液体的流体性质区别来看，相对于液体，气体有以下特点：

• 大多数的硬颗粒
• 低粘度
• 更高的流速/惯性
• 更小的阻力使粒子减速
• 更大的电位差

展开来讲，气体和液体虽然同属流体，但它们的流动方式却非常不同，这主要是由于粘度的差异。大多数气体的粘度比水小50倍左右，因此在相同的条件下，气体的流动速度比水快得多，粒子以相对较高的速度运动。在膜过滤器模型中，试图通过膜过滤器的粒子实际上必须通过许多通道，并多次改变方向。再结合我们上篇探讨的多种气体过滤截留机理，小颗粒很可能会被困在过滤器的某个地方。

气体过滤器的截留机理

实际上，气体过滤拥有更多的截留机制。正是由于气体粒子具有高速度及高电荷势特性，我们常常发现，被截留的颗粒尺寸远远小于过滤器的实际孔径。比孔径大的颗粒通过粒径排除被保留，略小于孔径的颗粒在高速撞击滤材时被捕获，比孔径小得多的颗粒被强静电力和扩散力捕获。

以下是一些实例来说明这些机制：

首先，在微电子或半导体制造中，需要使用多种气体，并对这些气体进行过滤，以截留极微小的颗粒。这些微小颗粒若未被截留，可能会导致电路短路。该领域通常使用额定“0.003μm”的过滤器，这些过滤器实际上与生物制药中使用的膜是一样的，等级均为0.2μm。在生物制药领域，我们称它们为0.2μm，因为我们更关心细菌的截留，但数据显示，它们有能力去除0.003μm的颗粒。请务必注意，0.003μm孔径额定值仅适用于气体过滤场景。

第二个例子是生物制药中常用的除菌级“0.2 μm”过滤器，通常声称在气流中可以截留病毒。这些过滤器已被证明可以可靠地从气流中去除小至0.028μm的病毒颗粒。需要强调的是，气流创造了高截留性能，如果试图用同样的过滤器从液体流中去除病毒，其病毒截留效果将大打折扣。

综上，气体过滤器在供应商端标称孔径的多样性，主要是由于不同供应商在过滤器等级划分上缺乏一致性。同一支过滤器在针对特定应用时标称孔径不同，是由于气体与液体的流体性质不同，同一支干燥过滤器在过滤气体时截留效率要比液体高得多。因此，在挑战实验中的表现才是对气体过滤器孔径与过滤能力最好的界定。

那么该如何选择一支合适的除菌气体过滤器呢？我们将在下一篇与大家共同深入探讨气体过滤器的选择策略，大家不见不散！