生物製藥潔淨車間高效過濾器的完整性測試方法 一、引言 在生物製藥行業中，潔淨車間是確保藥品質量、防止微生物和微粒汙染的關鍵環境。高效過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA ...
生物製藥潔淨車間高效過濾器的完整性測試方法
一、引言
在生物製藥行業中，潔淨車間是確保藥品質量、防止微生物和微粒汙染的關鍵環境。高效過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA Filter）作為潔淨室空氣處理係統的核心組件，承擔著去除空氣中0.3微米以上顆粒物的重要任務，其過濾效率通常要求達到99.97%以上。然而，高效過濾器在長期運行過程中可能因安裝不當、機械損傷、老化或密封失效等原因導致性能下降，從而影響潔淨室的潔淨度等級。
因此，對高效過濾器進行完整性測試（Integrity Testing）是驗證其是否能夠持續有效運行的必要手段。完整性測試不僅符合中國《藥品生產質量管理規範》（GMP）的要求，也是國際製藥行業通行的質量控製標準，如美國FDA、歐盟GMP、ISO 14644係列標準等均對此有明確規定。
本文將係統介紹生物製藥潔淨車間中高效過濾器完整性測試的原理、方法、測試設備、操作流程、判定標準及國內外相關標準與文獻支持，並結合實際應用中的關鍵參數進行詳細分析。
二、高效過濾器的基本參數與分類
2.1 高效過濾器定義與分類
根據國際標準ISO 29463和中國國家標準GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》，高效過濾器是指對粒徑≥0.3 μm的粒子捕集效率不低於99.97%的空氣過濾器。根據效率等級，可分為：
| 過濾器等級 | 標準依據 | 過濾效率（≥0.3 μm） | 應用場景 |
|---|---|---|---|
| H13 | GB/T 13554, ISO 29463 | ≥99.95% | 一般潔淨區 |
| H14 | GB/T 13554, ISO 29463 | ≥99.995% | A/B級潔淨區（無菌操作） |
| U15~U17 | ISO 29463 | ≥99.9995% ~ 99.99999% | 超高潔淨環境（如隔離器） |
注：H13-H14為生物製藥中常用等級，U級多用於半導體或特殊科研環境。
2.2 主要產品參數
| 參數名稱 | 典型值/範圍 | 說明 |
|---|---|---|
| 額定風量 | 500–2000 m³/h | 依據過濾器尺寸（如610×610×292 mm） |
| 初阻力 | 180–250 Pa | 新過濾器在額定風量下的壓降 |
| 終阻力 | ≤450 Pa | 達到此值建議更換 |
| 過濾效率（0.3 μm） | ≥99.97%（H13），≥99.995%（H14） | DOP或PAO測試法測定 |
| 框架材質 | 鋁合金、鍍鋅鋼板、不鏽鋼 | 影響密封性與耐腐蝕性 |
| 濾料材質 | 超細玻璃纖維 | 具有高比表麵積與靜電吸附能力 |
| 密封方式 | 液態密封膠（聚氨酯）、機械壓緊 | 影響完整性測試結果 |
三、高效過濾器完整性測試的原理
完整性測試的核心是檢測過濾器是否存在泄漏點（Leakage），即未經過濾的空氣是否通過濾材破損、邊框密封不嚴或安裝縫隙進入潔淨區。測試方法主要基於氣溶膠挑戰法（Aerosol Challenge Method），即在上遊引入已知濃度的氣溶膠顆粒，使用粒子計數器在下遊檢測泄漏情況。
3.1 測試原理圖示
[上遊氣溶膠發生器] → [HEPA過濾器] → [下遊掃描探頭] → [粒子計數器]
↑（PAO/DOP） ↓（檢測泄漏）當過濾器完整時，下遊檢測到的粒子濃度極低；若存在泄漏，下遊濃度將顯著升高，據此可定位泄漏點並評估其嚴重性。
四、完整性測試方法
4.1 常用測試方法比較
| 方法名稱 | 原理 | 適用場景 | 標準依據 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|---|---|---|
| 光度計法（Photometer Method） | 上遊注入氣溶膠，下遊用光度計測透光率 | 安裝後初驗、定期檢測 | ISO 14644-3, GB/T 14295 | 操作簡便，成本低 | 靈敏度較低（僅檢出≥0.3%泄漏） |
| 粒子計數器法（Particle Counter Method） | 上遊注入單分散氣溶膠，下遊計數 | 高潔淨度要求區域 | ISO 14644-3, USP | 靈敏度高（可檢出0.01%泄漏） | 設備昂貴，操作複雜 |
| PAO法（Polyalphaolefin） | 使用PAO油霧作為氣溶膠源 | 國內主流方法 | JGJ 71-90, ISO 14644-3 | 穩定性好，毒性低 | 需專用發生器與檢測設備 |
| DOP法（Dioctyl Phthalate） | 使用鄰苯二甲酸二辛酯霧化 | 傳統方法，逐漸淘汰 | MIL-STD-282（美軍標） | 曆史悠久，數據可比性強 | DOP具潛在致癌性，已被限製使用 |
注：目前中國生物製藥行業普遍采用PAO法進行HEPA完整性測試，因其安全性優於DOP，且符合GMP要求。
4.2 光度計法（PAO法）詳細流程
4.2.1 測試設備與材料
| 設備/材料 | 型號示例 | 技術參數 |
|---|---|---|
| PAO氣溶膠發生器 | TSI 8160, ATI 2H | 溫度：20–35℃，霧化壓力：20–30 psi，濃度：≥20 μg/L |
| 光度計（Photometer） | TSI 8130, ATI TDA-2G | 檢測範圍：0.0001–100 μg/L，精度±3% |
| 粒子計數器 | TSI 9510, Met One 3400+ | 可測0.1–5.0 μm粒子，流量：1 CFM（28.3 L/min） |
| 掃描探頭 | 1×1 inch（2.54×2.54 cm²） | 掃描速度≤5 cm/s |
| 屏蔽罩 | 透明塑料罩或金屬框架 | 防止環境幹擾 |
4.2.2 測試步驟
-
係統準備
- 關閉潔淨室所有門窗，停止非必要設備運行。
- 啟動空調係統，穩定風量至少15分鍾。
- 確認上遊氣溶膠濃度穩定（通常為10–30 μg/L）。
-
上遊濃度測定
- 將光度計探頭置於過濾器上遊30–50 cm處，記錄基準濃度C₀。
-
下遊掃描檢測
- 使用掃描探頭以≤5 cm/s的速度沿“S”形路徑移動，覆蓋整個過濾器表麵及邊框。
- 探頭距過濾器表麵2–5 cm，避免接觸濾紙。
- 實時記錄下遊濃度C₁。
-
泄漏判定
- 泄漏率 = (C₁ / C₀) × 100%
- 單點大允許泄漏率：≤0.01%（H14級）或≤0.03%（H13級）
- 總體穿透率：≤0.005%（ISO 14644-3）
-
泄漏點定位與修複
- 若發現泄漏，標記位置，使用矽酮密封膠或專用密封劑修補。
- 修複後重新測試，直至合格。
4.3 粒子計數器法（適用於高靈敏度要求）
該方法使用單分散氣溶膠（如PSL微球或DEHS霧），通過粒子計數器在下遊檢測0.3 μm以上粒子數量。
判定標準（依據ISO 14644-3）：
| 測試方法 | 允許大泄漏率 | 檢測粒徑 | 采樣流量 |
|---|---|---|---|
| 粒子計數器法 | ≤0.01% | 0.3 μm | 28.3 L/min |
操作要點：
- 上遊氣溶膠濃度應穩定在10⁵–10⁷ particles/L。
- 下遊采樣時間不少於1分鍾/點。
- 掃描路徑間距≤5 cm，覆蓋濾器全表麵及拚接縫、邊框。
五、國內外標準與法規要求
5.1 中國標準
| 標準編號 | 名稱 | 相關要求 |
|---|---|---|
| GB/T 13554-2020 | 《高效空氣過濾器》 | 規定H13/H14效率與測試方法 |
| GB 50073-2013 | 《潔淨廠房設計規範》 | 要求HEPA定期檢測 |
| GMP（2010年修訂） | 《藥品生產質量管理規範》 | 第四十二條：潔淨區空氣過濾係統應定期驗證 |
| JGJ 71-90 | 《潔淨室施工及驗收規範》 | 明確PAO法為推薦測試方法 |
5.2 國際標準
| 標準組織 | 標準編號 | 名稱 | 要求摘要 |
|---|---|---|---|
| ISO | ISO 14644-3:2019 | 《潔淨室及相關受控環境 第3部分：檢測方法》 | 完整性測試為必檢項目，推薦光度計或粒子計數法 |
| FDA | Guide to Inspections of Microbiological Pharmaceutical Production | 要求HEPA係統在安裝、更換後必須進行完整性測試 | |
| EU GMP | Annex 1 (2022) | 《無菌藥品生產》 | 強調A/B級區域HEPA需定期測試，泄漏率≤0.01% |
| USP | USP | 《潔淨室與其他受控環境》 | 推薦使用PAO或DEHS進行挑戰測試 |
六、測試頻率與驗證要求
6.1 測試頻率建議
| 情況 | 建議測試頻率 | 依據 |
|---|---|---|
| 新安裝或更換後 | 100%測試 | GMP、ISO 14644-3 |
| 正常運行期間 | 每6個月一次 | 行業慣例 |
| A/B級潔淨區（無菌操作） | 每3個月一次 | EU GMP Annex 1 |
| 經曆重大維修或地震後 | 立即測試 | JGJ 71-90 |
| 過濾器阻力接近終阻力 | 增加測試頻次 | GB 50073 |
6.2 驗證文件要求
完整性測試應納入潔淨室驗證主計劃（Master Validation Plan），測試報告應包括：
- 測試日期、環境溫濕度、風速
- 過濾器型號、編號、安裝位置
- 上遊氣溶膠濃度
- 下遊掃描路徑圖與泄漏點坐標
- 大泄漏率與總體穿透率
- 測試人員與審核人簽字
- 儀器校準證書編號（有效期）
七、常見問題與解決方案
| 問題現象 | 可能原因 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 上遊濃度不穩定 | 氣溶膠發生器故障、氣流擾動 | 檢查加熱器、穩定風量、延長平衡時間 |
| 下遊持續高讀數 | 過濾器大麵積破損或安裝錯誤 | 更換過濾器，重新安裝並密封 |
| 局部泄漏 | 邊框密封不嚴、濾紙穿孔 | 使用矽膠密封，局部修補或更換 |
| 環境背景幹擾 | 室內已有氣溶膠汙染 | 清潔環境，關閉無關設備，使用屏蔽罩 |
| 光度計讀數漂移 | 儀器未校準、探頭汙染 | 定期校準（每年至少一次），清潔探頭 |
八、案例分析：某生物製藥企業HEPA測試實例
8.1 背景
某生物製藥企業新建A級潔淨室（無菌灌裝區），安裝H14級HEPA過濾器共12台，采用PAO法進行完整性測試。
8.2 測試參數
| 項目 | 參數值 |
|---|---|
| 過濾器型號 | H14, 610×610×292 mm |
| 氣溶膠源 | PAO-4（Polyalphaolefin） |
| 發生器型號 | ATI 2H |
| 光度計型號 | TSI 8130 |
| 上遊濃度 | 22.5 μg/L |
| 掃描速度 | 4 cm/s |
| 允許泄漏率 | ≤0.01% |
8.3 測試結果
| 過濾器編號 | 大泄漏率（%） | 是否合格 | 備注 |
|---|---|---|---|
| HEPA-01 | 0.003 | 是 | – |
| HEPA-02 | 0.008 | 是 | – |
| HEPA-03 | 0.015 | 否 | 邊框密封不良，重新打膠後複測合格 |
| HEPA-04 | 0.002 | 是 | – |
| … | … | … | … |
| HEPA-12 | 0.004 | 是 | – |
結論：1台不合格，經修複後複測合格，整體通過率100%。
九、發展趨勢與新技術
隨著智能製造與數字化轉型的推進，高效過濾器完整性測試正向自動化、智能化方向發展：
- 自動掃描機器人：如TSI AeroTrak® Remote 9000係列，可編程路徑掃描，減少人為誤差。
- 在線監測係統：在關鍵區域安裝固定式粒子計數器，實現實時泄漏監控。
- 數據追溯與電子記錄：符合FDA 21 CFR Part 11要求，實現測試數據電子化存檔與審計追蹤。
- 綠色氣溶膠替代：研究使用無毒、可生物降解的氣溶膠（如甘油霧）替代PAO。
參考文獻
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- 國家市場監督管理總局. GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》[S]. 北京: 中國標準出版社, 2020.
- 中華人民共和國建設部. JGJ 71-90《潔淨室施工及驗收規範》[S]. 北京: 中國建築工業出版社, 1991.
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- FDA. Guide to Inspections of Microbiological Pharmaceutical Production [Z]. 1993.
- 吳丹, 王偉. 高效過濾器PAO法檢漏技術在製藥潔淨室中的應用[J]. 潔淨與空調技術, 2020, (3): 45-48.
- 李強, 張麗. 生物製藥潔淨室HEPA過濾器完整性測試方法比較[J]. 中國製藥裝備, 2021, (6): 32-35.
- TSI Incorporated. Aerosol Instrumentation Applications: HEPA Filter Testing [EB/OL]. http://www.tsi.com, 2022.
- ATI (Aerosol Test Instruments). TDA-2G Photometer Operation Manual [Z]. 2020.
- 百度百科. 高效過濾器[EB/OL]. http://baike.baidu.com/item/高效過濾器, 2023-10-15.
- 百度百科. 潔淨室[EB/OL]. http://baike.baidu.com/item/潔淨室, 2023-09-20.
（全文約3,600字）
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