摘要

       在实际的生产环节中，制造商们通常需要始终清洁的过滤器，而引进经济实惠的预过滤装置将有效地降低颗粒阻塞过滤器的风险系数，并且能延长滤芯的寿命以及减少因停机，维修以及更换滤芯而造成的成本损失。但是，一款好的预过滤滤芯应该能维持长时间的高流速与低初始压降值，也只有这样才能实现最大化的生产效益。

       对清洁滤芯的维修以及对微生物污染水品的控制占据了制药设备成本的多数，这包括更换滤芯以及对滤芯进行定期维修清洗。3M公司过滤专家Peter Koklitis发现了使用预过滤滤芯能帮助企业降低制造成本。

       对于今天的制药行业来说，对自身生产工艺的不断改善是扩大市场份额和增收盈利的关键所在，产品安全与质量的标准取决于公司的决策者，始终面临着如何平衡产品工艺以及生产成本之间的关系。当前许多企业未来实现市场的一定占有率，企业必须不断提高其生产力，同时也对良率提出了更高的要求。对于生产环节而言，就意味着维修过滤器以及降低微生物污染，然而提高滤芯本身的工作效率和寿命则是实现降低成本的根部途径。

       在维修滤芯时，我们发现通过引进预过滤装置，能很好得控制颗粒物对滤芯的阻塞能力并且延长了其使用寿命。

       从原先把全部的信任和希望寄托在主滤芯上卸载下来并不是一个不明智的举措，预过滤装置同样能采用小型的消毒级滤芯，从而降低主过滤芯的使用成本。经过实验验证，采取这种方式能降低三分之一的滤芯使用成本。

       除此之外，通过引入预过滤滤芯而延长主滤芯替换的周期，因此就能降低滤芯的维护成本。然而一款高性能的预过滤滤芯是具有始终高流速和低初始压降值的能力，也只有这样才符合最大化生产效益与最小经济成本的双重标准。

       微生物污染控制滤芯

       作为一种选择，在那些不需要消毒级过滤滤芯的工艺环节中，可以采用高效率的微生物污染控制滤芯，同样能降低整体过滤装置的使用成本。

       化学液体环境以及热兼容性问题常常限制了滤芯选择。例如，在对微生物污染控制的环节中就需要现场蒸汽消毒，并且通常需要经常性的消毒，另一种方式是采用再生液体，诸如氢氧化钠和酸性液体，当微生物数量接近100万级时，就需要通过多循环高温才能抵御和阻止。一些非消毒级的滤芯就无法满足这类要求，大大增加了风险系数，一旦出现此类状况，就如同水蛭吸血一样，颗粒物会轻松地进入下游的生产线，造成对生产工艺的影响。这从另一方面，也驱使滤芯的设计者们不断改善滤芯的工艺性能以满足现实需求。

       这里就有一个关于在大容量肠外注射液（Large-Volume Parenterals）的生产中使用了高质量非消毒级滤芯的案例，在生产过程中上千公升的液体需要进行循环处理，这些液体包括氨基酸、盐以及葡萄糖。非消毒级滤芯对微生物控制方面表现令人满意，如B. Diminuta和S. Marcescens滤芯在大流量液体通过时，依旧表现出对微生物强劲的拦截能力。一款拥有高流通率和低压降值的滤芯能帮助降低生产中所使用的滤芯数量和尺寸大小。

       流通率和经济效益

       工艺流率是一个在实际生产中非常重要的参数，流率直接决定了最终的产量及成本。自从在生产过程中插入滤芯对微生物和颗粒物控制之后，流率就开始受到了影响，一套结合多种过滤要素的系统也被设计成为流速与流率性能的结合。

       当过滤器捕获颗粒物和微生物同时，对流速的阻碍也随之产生了，从而形成了过滤器前后不同的压差。压差趋于零时也就意味着需要更换过滤器，滤芯的性能稳定来源于初始压差值的维持能力，稳定的压差值性能可以延长滤芯本身的使用周期。这同时也降低了停机风险和滤芯维护成本。

       另外，一款新能优异的滤芯能帮助设计者们通过采用更少的滤芯数量来满足不同工艺需求，因此降低了整体滤芯系统的成本。微生物污染降低滤波器（bioburden reduction filter）能有效的控制微生物水平，这一点毋庸置疑，这就要求对微生物控制的精确性和稳定性。对于血清和血液生产中的过滤设备，低的蛋白结合率（low protein binding）也是需要的。

       根本上来说，过滤器的能力应同时满足微生物控制和对流速的要求，而压差降与化学稳定性又取决于过滤器介质的特性。如今市场上销售的非消毒型过滤器均采用纤维材质如聚丙烯与玻璃纤维的混合构造。

       滤芯上的薄膜技术采用的是聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride）材料、尼龙以及聚丙烯和聚醚砜（PES），过滤器的设计者们将滤芯设计成不同尺寸大小的结构，并且还通过其他材料进行成型工艺如涂料以及填充技术等。非消毒级滤芯孔径为0.2μm~0.5μm之间。

       PES材质的过滤器提供了广泛的化学稳定性及宽泛的PH偏差，腐蚀性和酸性液体同样适用，并且在实际生产中表现了高流速和初始压差降值的稳定，另外对微生物的控制也表现出色，因此这类材质适用于许多领域。同样地，PES薄膜滤芯的使用周期也较长，这有效地保障了下游工艺生产的安全性。

       事实上，PES薄膜也应用于高质量消毒级滤芯，例如3M公司的LifeASSURE PDA过滤器系列，这些PES材质过滤器被设计成结构高度不对称的形势，上表面的大孔径滤孔，下表面的小孔径滤孔。不对称的结构设计能完阻截更多的污染物，另外此类结构也降低了流量阻力，相对于其他薄膜材质的过滤器，初始压差降值维持的稳定性更高。

       3M的LifeASSURE PNA 过滤器系列适用于非消毒级，采用了类似于PES的薄膜材质和不对称滤孔结构。该系列过滤器的薄膜采用单层设计，但消毒级过滤器的薄膜往往采用的是双层结构，因此提供了较为节省生产成本的预过滤器和微生物控制过滤器产品，通过对比其它纤维和薄膜材质的过滤器，采用此类方式更适合于食品、化妆品、酿造、LVP和生物技术处理等实际生产和应用。

       其它诸如3M Betafine XL过滤器系列，或者是3M的聚丙烯深度过滤器如Betapure NT-P系列均使用于预过滤。

       性能最优化

       除了上述所列的几种过滤器设计和材质，其它类型的过滤设计也在我们考虑的范围之内。为了使得流量最大化和延长使用寿命，打褶（Pleating）的结构将会被采用，这种结构的设计能有效地提升表面薄膜表面积，从而达到更加紧凑的过滤效果。

       作为发展这类材质的薄膜，3M所生产的各种褶深的非对称性PES薄膜能使得流量最大化，并且同时也让过滤器本身的使用寿命最大化。图片2显示的是这种高技术含量的打褶技术应用在PES薄膜上的效果，这种不对称的机构能使得上游边缘积累了颗粒。

       除了播磨结构，膜支撑结构同样重要，合并之后的聚丙烯分层机构支撑起上下表面的薄膜。这种设计被证明显著提高了流通率和压差降值。在结合了这些技术之后，包括不对称结构的滤膜设计及打褶结构的设计都显著提升了非消毒级过滤器的整体性能。3M公司生产的LifeASSURE PNA020 0.2μm滤孔过滤器正是上述技术的综合体现，在与B. diminuta(ATCC 19146) 对比中表现更加优异，在107 CFU/cm2或者更密集的环境下仍能表现稳定。（CFU为菌落形成单位）

       同样地，LifeASSURE PNA045 0.45μm滤孔过滤器在和S. Marcescens（ATCC 14756）对比之后显示出更加优异的性能，在106CFU/cm2或者更密集的环境下表现稳定。优异的性能也使得过滤器在微<