Integritätstestmethoden

Die Integritätsprüfung von Sterilfiltern ist eine grundlegende Anforderung für kritische Prozessfiltrationsanwendungen in der pharmazeutischen Industrie. Die FDA-Richtlinien schreiben Integritätstests für alle Filter vor, die bei der Herstellung steriler Lösungen wie Parenteralia (LVP- und SVP-Filtration) eingesetzt werden. Zusätzlich verlangen die amtlichen Vorschriften, dass die entsprechenden Testdokumente den Produktionsprotokollen einer jeden Charge beigefügt werden.

Die Integritätstests werden in zwei Klassen eingeteilt: destruktiv und nicht destruktiv. Im Rahmen unserer Qualitätssicherungsmaßnahmen ist es gängige Praxis, Stichproben von jeder Charge aller gefertigten Sterilfilterprodukte einem destruktiven Test und jeden einzelnen Sterilfilter vor dem Verkauf einem nicht destruktiven Test zu unterwerfen, damit seine Integrität sichergestellt ist.

Destruktiver Test

Millipore führt destruktive Tests in Übereinstimmung mit der ASTM-Methode F838-83 durch, bei der die Filter auf ihre Bakterienretention geprüft werden. Ein derartiger destruktiver Beaufschlagungstest ist die zuverlässigste Methode, die Fähigkeit der Bakterienretention eines Filters zu bestimmen. Der bakterielle Beaufschlagungstest bietet die Garantie, dass sowohl die Membran als auch die gefertigten Einheiten die kritischen Leistungskriterien eines Sterilfilters erfüllen. Dieser Test wird mit einer statistischen Probe aus jeder Membrancharge und daraus gefertigten Filtereinheiten durchgeführt.

Im Rahmen dieses Bakterienretentionstests werden 0,22-µm-Membranfilterscheiben und -kerzen mit einer Bakteriensuspension (Brevundimonas diminuta ATCC 19146) mit einer minimalen Zelldichte von 10⁷ pro cm² Filterfläche beaufschlagt. Das Filtrat wird danach durch eine zweite Membranfilterscheibe mit 0,45 µm Porengröße filtriert, die anschließend auf einer Agarplatte inkubiert wird.

Nicht destruktiver Test

Filter können vor und nach dem Einsatz nicht destruktiven Tests unterzogen werden. Integritätstests an Sterilfiltern vor dem Einsatz geben die Gewähr der Filterintegrität vor der Verarbeitung einer Charge und können so verhindern, dass ein nicht integres Filterelement eingesetzt wird.
Mit Integritätstests an Sterilfiltern nach der Filtration eines Produktionsansatzes kann festgestellt werden, ob die Integrität eines Filters im Laufe des Prozesses erhalten blieb. Wenn unmittelbar nach der Verarbeitung des Produktionsansatzes ein Defekt festgestellt wird, kann sofort reagiert werden, so dass Verzögerungen vermieden und der Verarbeitungsschritt rasch wiederholt werden können.

Es gibt drei Arten nicht destruktiver Tests – den Bubble-Point-Test, den Diffusionstest und für hydrophobe Membranfilter den Wasserfluss-Integritätstest (HydroCorr™-Test). Der Druckhalte-, Forward-Flow- und Druckabfalltest sind Varianten des Diffusionstests. Die strengen Richtlinien der pharmazeutischen Industrie fordern, dass nicht destruktive Filterintegritätstests bei jeder sterilen Anwendung durchgeführt werden.

Um nicht destruktive Integritätstests vor und nach der Filtration durchführen zu können, wurden physikalische Tests entwickelt, die mit dem Bakterienbeaufschlagungstest korrelieren. Ein spezifischer Parameter des physikalischen Tests korreliert direkt mit der Bakterienrückhaltung. Ist diese Korrelation einmal erstellt, gilt per Definition, dass ein Filter, der den physikalischen Test besteht, ein integrer Sterilfilter ist.

Bubble-Point-Test

Der am häufigsten eingesetzte nicht destruktive Integritätstest ist der Bubble-Point-Test. Dieser Test beruht auf der Tatsache, dass eine Flüssigkeit durch Oberflächenspannung und Kapillarkräfte in den Poren eines Filters festgehalten wird. Der Mindestdruck, der erforderlich ist, um die Flüssigkeit durch die Poren zu drücken, ist ein Maß für den Porendurchmesser (siehe Formel).

P = Bubble-Point-Druck
d = Porendurchmesser
k = Korrekturfaktor für Porenform
cos Θ = Kontaktwinkel zwischen Membran und Flüssigkeit
Σ = Oberflächenspannung

Integrity Testers

Durchführung des Bubble-Point-Tests

1. Benetzen Sie den Filter gründlich mit der geeigneten Testflüssigkeit. Für hydrophile Membranen wird dazu typischerweise Wasser und für hydrophobe Membranen ein Alkohol/Wasser-Gemisch verwendet.

2. Beaufschlagen Sie das Filtersystem mit Druck, bis 80 % des vom Hersteller angegebenen Bubble-Point-Drucks erreicht sind.

3. Erhöhen Sie den Druck langsam, bis eine schnelle, kontinuierliche Blasenbildung am Auslass zu beobachten ist.

4. Liegt der Bubble-Point-Wert unter der Spezifikation, liegt eine der folgenden Situationen vor:
- die Flüssigkeit hat eine andere Oberflächenspannung als die empfohlene Testflüssigkeit
- integres Filterelement, jedoch falsche Porengröße
- zu hohe Temperatur
- unvollständig benetzte Membran
- nicht integre Membran oder undichtes System

Diffusionstest

Bei einem Differenzdruck unterhalb des Bubble-Point-Drucks diffundieren Gasmoleküle entsprechend dem Fick'schen Gesetz für die Diffusion durch die mit Wasser gefüllten Poren einer benetzten Membran. Die Gasdiffusionsflussrate eines Filters verhält sich proportional zum Differenzdruck und zur Gesamtoberfläche des Filters. Um die Integrität eines Filters zu bestätigen, wird die Gasmenge, welche durch die Membran diffundiert, bei einem Druck gemessen, der etwa 80 % des Bubble-Point-Werts entspricht. Der Gasfluss ist bei kleinen Filterflächen zwar sehr gering, bei großen Filterflächen jedoch beachtlich. Die maximalen Diffusionsflusswerte für bestimmte Membranen und Filtereinheiten sind bekannt und werden herangezogen, um die Membranintegrität und die Bakterienretention zu bestimmen.

Durchführung des Diffusionstests

1. Benetzen Sie den Filter gründlich mit der geeigneten Testflüssigkeit. Für hydrophile Membranen wird dazu typischerweise Wasser und für hydrophobe Membranen ein Alkohol/Wasser-Gemisch verwendet.

2. Erhöhen Sie den Druck auf der Anströmseite des Filters langsam auf den vom Hersteller empfohlenen Testdruck, typischerweise mindestens 80 % des Bubble-Point-Werts.

3. Halten Sie die Stabilisierungszeit bis zur Gleichgewichtseinstellung des Systems ein.

4. Bestimmen Sie den Gasfluss auf der Filtratseite für eine Minute mit einem umgestülpten Messzylinder oder einem Durchflussmesser.

5. Liegt der Diffusionsmesswert über der Spezifikation, liegt eine der folgenden Situationen vor:
- falsche Porengröße
- die Temperatur ist eine andere als Umgebungstemperatur
- unvollständig benetzte Membran
- nicht integre Membran oder undichtes System
- die Flüssigkeits-/Gaskombination unterscheidet sich von den empfohlenen Medien
- die Stabilisierungszeit war nicht ausreichend

Druckhaltetest

Der Druckhaltetest, auch als Druckabfalltest bekannt, ist eine Variante des Diffusionstests. Bei diesem Test wird ein sehr genaues Manometer benötigt, um anströmseitige Druckänderungen aufgrund der Gasdiffusion durch den Filter zu erfassen. Da keine Notwendigkeit besteht, den Gasfluss auf der Reinseite des Filters zu bestimmen, wird jedes Risiko einer Kontamination der Sterilseite des Filters ausgeschaltet.

Der Druckhaltewert hängt vom Diffusionsdurchfluss und dem Anströmvolumen ab. Er kann anhand der folgenden Gleichung berechnet werden:

Dabei gilt:
D = Diffusionsrate [ml/min]
T = Zeit (Minuten)
Pa = Luftdruck (1 atm oder 1013 mbar )
Vh = Anströmvolumen (ml)
ΔP = Druckabfall (bar)