Chemical Compatibility Verification: The Key to Evaluating the Performance of Filter Materials

 

过滤工艺验证，是指针对特定药品的实际生产工艺，对除菌过滤过程执行的确认程序。需覆盖实际生产中的操作参数与允许限值，确保在预定工艺条件下工艺的可靠运行。

 

首先，要确保微生物截留能力不受药液性质及工艺条件干扰。须验证其对微生物尺寸、滤膜孔径分布与截留机制的影响，对应验证项目为细菌挑战试验（细菌截留试验）。

 

其次，验证需保证过滤工艺不改变药品关键属性，因此需要进行吸附性研究与可提取物/浸出物研究。

 

另外，验证要求产品溶液及过滤工艺均不影响过滤器性能特性，此目标通过化学兼容性研究达成。

 

前几期我们介绍了关于除菌滤器的验证概念及验证主计划、细菌截留测试以及可提取物&浸出物以及安全性评估，本篇主要介绍核心验证项目之一：化学兼容性测试。 

 

 

本文分为4个部分介绍

• 什么是化学兼容性？为什么要做化学兼容性验证？
• 化学兼容性研究的法规与指南
• 化学兼容性测试：标准检测流程与执行要点
• 典型滤膜材质的化学兼容性特性与选型逻辑

 

什么是化学兼容性？为什么要做化学兼容性验证？

过滤器的化学兼容性，是指在接触液体时滤器可能发生变形、溶解、析出或者强度改变的情况。化学兼容性试验旨在特定工艺条件下，评估过滤料液/工艺流体对过滤装置的化学作用影响，过滤料液/工艺流体与过滤器之间的化学兼容性应作为过滤器选择时的关键考量点之一，需要通过必要测试证明料液性质及过滤工艺对过滤器截留性能无不利影响。

 

化学兼容性研究的法规与指南

 

法规解析：

1. 在开展兼容性评估时，需注意过滤器的整体构造，包括滤膜、支撑层、外壳、端盖、密封圈等。任何单一部件与待过滤物料存在兼容性问题，均可能影响过滤性能及最终产品质量。因此，验证过程中应直接采用实际工艺中所使用的成品过滤器进行测试。

 

2.化学兼容性测试应首先模拟灭菌条件，并通常采用比实际灭菌条件更为严苛的参数，同时结合工艺条件进行接触测试，例如延长接触时间或提高温度，使其超越实际的工艺要求。

 

3. 为降低实际应用风险，化学兼容性验证除监测基础性能参数的变化外，更需重点关注滤膜微观结构是否发生变化。建议采用多种分析方法进行综合评估，而非仅依赖外观检查与完整性测试结果。

 

化学兼容性测试：实施要点和测试流程

 

实施控制要点

根据前面提到的法规指南，我们了解化学兼容性测试评估药液对过滤装置的影响，涉及膜、外壳及连接组件的损伤评估。测试要点包括考察所有组件、模拟更差工艺条件、选用最高浓度药品代表同系列药品、谨慎处理滤芯重复使用验证，并建议预过滤器也进行化学兼容性验证。

 

验证流程

 

• 确定核心验证对象

 

全覆盖组件：必须包含过滤器所有接触介质的材料（非仅滤膜）

实际产品介质：禁止采用替代溶液（除非经方法学验证）

 

• 进行严苛条件设计

 

评估过程应模拟并适当强化灭菌与工艺条件（如提高温度或延长接触时间），以超越实际使用环境的严苛程度。

 

⚠️温度/接触时间需 ≥ 实际工艺极值（如：实际工艺50℃×4h → 验证需≥50℃×4h）

⚠️加速实验需说明合理性（例：80℃×24h 等效于 25℃×N个月）

 

• 采用多维度检测方法

 

在进行兼容性评估时，需全面考察过滤器的整体结构，包括滤膜、内衬、筒身及外壳等所有注塑组件。接触实验结束后，需分别对滤膜和完整过滤器进行多项性能检测。一般滤膜应进行视觉检查、拉伸强度、厚度、SEM电镜图及起泡点测试；完整过滤器则需进行视觉检查与流速、完整性测试。

图示：验证决策树和相关检测结果

 

• 最终结果评估

 

所有指标中，完整性测试最为关键，其余结果仅供参考。若无法执行完整性测试，则须进行详细目视检查。

·关键指标未偏移（在误差范围内）→ 判定为相容

·关键参数超限（如完整性检测失败）→ 判定不相容

 

典型滤膜材质的化学兼容性特性与选型逻辑

过滤膜的化学兼容性指其与被过滤料液的相互作用特性，在过滤常规水溶液时通常表现良好，然而，在极端pH条件（强酸或强碱）或存在有机溶剂的环境中，化学兼容性问题发生的风险显著增加。

图示：常见几种过滤膜材质的化学兼容性参考

 

 

不同材质过滤膜的特性与应用差异

• PVDF聚偏二氟乙烯膜

 

优势： 具备良好的亲水性、成熟的工业制备工艺、优异的有机溶剂耐受性，以及对蛋白类产品具有极低吸附性。

应用： 因其综合性能优异，在生物制品等领域作为除菌级滤膜有着极其广泛的应用（特别是终端除菌过滤）。

 

• PES聚醚砜膜

 

优势： 拥有优异且广泛的pH耐受范围，同时具备较高过滤通量和污染物载量。

劣势： 对部分有机溶剂的长期耐久性较差。

 

• PTFE聚四氟乙烯膜

优势： 在极端pH介质和高浓度有机溶剂的环境中表现出卓越的耐受性（化学兼容性极佳）。

劣势： 由于具有极强的疏水性，不适用于常规水溶液的过滤。

应用： 主要用于有机溶剂过滤或高浓度强酸强碱溶液的过滤。

 

• MCE混合纤维素酯膜

 

优势： 亲水性较优。

劣势： 对强酸强碱的耐受性（pH耐受范围）相对受限。

 

小结： 材料亲/疏水特性与其化学耐受性能之间存在紧密关联，并直接影响其适用场景的选择。

 

总结

化学兼容性验证是确保过滤工艺可靠性的核心步骤，要求对过滤器全组件（滤膜、支撑层、外壳、密封圈等）在超越实际工艺极限（更高温度/更长时间）的严苛条件下进行测试。通过多维度检测（含完整性测试关键指标、目视检查、拉伸强度、SEM电镜等）评估药液对过滤器的影响。材质选型需依据不同材质过滤膜的特性与应用差异，同时需遵循NMPA、PDA法规指南，覆盖实际产品介质与完整过滤装置。

 

参考法规与指南

[1] PDA Technical Report No.26 ，Revised 2008，Sterilizing Filtration of Liquids；

[2]《除菌过滤技术及应用指南》（国家药品监督管理局2018年第85号）；

[3] 国家食品药品监督管理局. 药品生产质量管理规范（2010年修订）. 2011.