نقطة الفقاعة وأداء التكامل لخراطيش الترشيح المطوية من PES للترشيح الصيدلاني

الخلاصة
تُستخدم خراطيش الترشيح المطوية من البولي إيثر سلفون (PES) على نطاق واسع في ترشيح السوائل الصيدلانية بسبب نفاذية عالية وثبات كيميائي واحتباس بكتيري موثوق به. يعد ضمان سلامة الغشاء أمرًا بالغ الأهمية في تصنيع المستحضرات الصيدلانية، حيث يؤثر التحكم في التلوث بشكل مباشر على سلامة المنتج والامتثال التنظيمي. في هذه الدراسة، تم تقييم نقطة الفقاعة وأداء سلامة خراطيش المرشحات المطوية من الدرجة الصناعية PES في ظل ظروف ترطيب وضغط مضبوطة وفقًا لمعايير ASTM F316 وISO 2942. تم قياس ضغط نقطة الفقاعة، ومعدل تدفق الانتشار، وأداء ثبات الضغط، وتم ربطها مع حجم مسام الغشاء والبنية المطوية. أظهرت النتائج أن أغشية PES ذات الطيات توفر بنية مسام متسقة وأداءً ثابتًا ومستقرًا من حيث السلامة مما يجعلها مناسبة للترشيح المعقم وأنظمة المياه النقية وسوائل العمليات الصيدلانية. يوفر هذا العمل بيانات اختبار على نطاق صناعي تدعم التحقق من صحة واختبار السلامة الروتينية لخراطيش الترشيح المطوية PES في أنظمة الترشيح الصيدلانية المنظمة.
الكلمات المفتاحية:
غشاء PES؛ خرطوشة مرشح مطوي؛ اختبار نقطة الفقاعة؛ سلامة المرشح؛ الترشيح الصيدلاني؛ الترشيح المعقم؛ ترشيح السوائل
1. مقدمة
الترشيح هو عملية حاسمة للوحدة في تصنيع المستحضرات الصيدلانية، حيث يتم استخدامه لإزالة الجسيمات والكائنات الحية الدقيقة والملوثات الأخرى من السوائل مثل الماء للحقن (WFI) والمياه النقية والمخازن المؤقتة والوسائط ومنتجات الأدوية النهائية. من بين تقنيات الترشيح المختلفة المتاحة، أصبحت خراطيش الترشيح المطوية القائمة على الأغشية الحل السائد لترشيح السوائل الصيدلانية بسبب مساحة سطحها العالية، وانخفاض ضغطها المنخفض، وتوافقها مع الأنظمة الصحية.
يتم اعتماد أغشية البولي إيثر سلفون (PES) على نطاق واسع في التطبيقات الصيدلانية بسبب طبيعتها المحبة للماء، وانخفاض ارتباطها بالبروتين، والتوافق الكيميائي الواسع، والقوة الميكانيكية الممتازة. بالمقارنة مع أغشية السليولوز أو النايلون التقليدية، توفر أغشية PES معدلات تدفق أعلى عند معدلات احتفاظ مماثلة وتحافظ على بنية مسام مستقرة على نطاق واسع من ظروف التشغيل. ونتيجة لذلك، تُستخدم خراطيش الترشيح المطوية PES بشكل شائع في الترشيح المعقم، والحد من العبء الحيوي، والترشيح النهائي للسوائل الصيدلانية.
ومع ذلك، يتطلب استخدام المرشحات الغشائية في العمليات الصيدلانية المنظمة التحقق الصارم من سلامة المرشح. تتطلب الوكالات التنظيمية مثل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية والوكالة الأوروبية للأدوية اختبار سلامة مرشحات التعقيم ومرشحات العمليات الحرجة قبل وبعد الاستخدام للتأكد من عدم تلف الغشاء والحفاظ على الاحتفاظ بالميكروبات المحددة. ومن بين طرق اختبار السلامة المتاحة، فإن اختبار نقطة الفقاعة و الاختبارات القائمة على الانتشار هي الأكثر قبولاً وتوحيداً على نطاق واسع.
على الرغم من أن العديد من الدراسات الأكاديمية قد بحثت في خصائص أغشية PES ذات الصفائح المسطحة، إلا أن هناك عدد أقل من المنشورات التي تقدم بيانات عن خراطيش الترشيح الصناعية المطوية، والتي تختلف اختلافًا كبيرًا في الهيكل وديناميكيات التدفق وسلوك الترطيب. يقدم التكوين المطوي تعقيدًا إضافيًا بسبب الهندسة المطوية، وطبقات الدعم، ومكونات الختم. لذلك، تعتبر بيانات اختبار السلامة على النطاق الصناعي لخراطيش PES المطوية ذات الطيات ذات قيمة لكل من المصنعين والمستخدمين النهائيين في أنظمة الترشيح الصيدلانية.
تهدف هذه الدراسة إلى تقييم نقطة الفقاعة وأداء السلامة لخراطيش المرشحات المطوية PES المستخدمة في ترشيح السوائل الصيدلانية. من خلال تطبيق طرق اختبار موحدة على الخراطيش الصناعية، يوفر هذا العمل بيانات عملية يمكن استخدامها للتحقق من صحة المرشح، واختبار السلامة الروتينية، والمقارنة مع التوقعات التنظيمية.

2. المواد والطرق
2.1 خراطيش الترشيح المطوية PES
كانت عينات الاختبار المستخدمة في هذه الدراسة عبارة عن خراطيش ترشيح مطوية من الدرجة الصيدلانية PES مصممة لترشيح السوائل. تألفت الخراطيش من غشاء PES محب للماء مدعوم بطبقات من البولي بروبيلين (PP) في المنبع والمصب لتعزيز القوة الميكانيكية وثبات الطيات. تم طيّ الغشاء لزيادة مساحة الترشيح الفعالة مع الحفاظ على عامل شكل خرطوشة مدمج متوافق مع العلب الصحية القياسية.
وشملت الأبعاد النموذجية للخرطوشة قطر خارجي يبلغ 69 مم، وقطر داخلي يبلغ 28 مم، وأطوال تتراوح بين 10 و30 بوصة. تم تحديد مساحة الترشيح الفعالة من خلال عدد الطيات وارتفاع الطيات وطول الخرطوشة، بقيم نموذجية تتراوح بين 0.6 و2.0 متر مربع لكل وحدة 10 بوصة.
تم تجميع الخراطيش باستخدام أغطية طرفية ملتصقة حراريًا ومكونات أساسية داخلية لضمان التركيب البوليمرى الكامل، وهو أمر مطلوب للتوافق الصيدلاني وعمليات التنظيف المكاني بالبخار (SIP) أو التنظيف المكاني (CIP).
تم اختيار أحجام المسام الاسمية 0.45 ميكرومتر و0.22 ميكرومتر للاختبار، حيث أن هذه هي التصنيفات الأكثر استخدامًا لتنقية المستحضرات الصيدلانية والترشيح بدرجة التعقيم، على التوالي.
2.2 إجراء الترطيب
الترطيب المناسب للغشاء ضروري لإجراء اختبار دقيق لنقطة الفقاعة والانتشار. أغشية PES هي أغشية محبة للماء ويمكن ترطيبها بالماء النقي؛ ومع ذلك، غالبًا ما يستخدم خليط من الماء وكحول الأيزوبروبيل (IPA) لضمان ترطيب المسام بالكامل وتقليل تأثيرات التوتر السطحي.
في هذه الدراسة، تم ترطيب الخراطيش مسبقًا باستخدام خليط 60/40 (v/v) من الماء النقي و IPA. تم تدوير محلول الترطيب من خلال الخرطوشة بضغط منخفض حتى لا تلاحظ أي فقاعات هواء مرئية في المخرج، مما يشير إلى تشبع المسام بالكامل. بعد الترطيب، تم تدوير محلول الترطيب الزائد بمياه نقية لمحاكاة ظروف الترشيح الصيدلانية الفعلية.
2.3 اختبار نقطة الفقاعة
تم إجراء اختبار نقطة الفقاعة وفقًا للمعيار ASTM F316، والذي يحدد نقطة الفقاعة على أنها الحد الأدنى لضغط الغاز المطلوب لإجبار أول تيار مستمر من الفقاعات عبر غشاء مبلل بالكامل.
يعتمد مبدأ اختبار نقطة الفقاعة على معادلة يونج-لابلاس، التي تربط الضغط المطلوب لإزاحة سائل من مسام أسطوانية بالتوتر السطحي لسائل الترطيب وقطر المسام:
حيث:- P هو ضغط نقطة الفقاعة;
- γ هو الشد السطحي للسائل المبلل;
- θ زاوية التلامس بين السائل والغشاء؛ و
- D هو قطر المسام الفعال.
بعد الترطيب، تم وضع هواء مضغوط أو نيتروجين على الجانب العلوي من الخرطوشة بينما تم غمر الجانب السفلي في الماء. تم زيادة الضغط تدريجيًا حتى لوحظ وجود تيار مستمر من الفقاعات، مما يشير إلى أن أكبر مسام في الغشاء قد تم تنظيفه من السائل. تم تسجيل هذا الضغط كنقطة الفقاعات.

2.4 طرق اختبار السلامة 2.4
بالإضافة إلى اختبار نقطة الفقاعة، تم إجراء اختبارات السلامة القائمة على الانتشار. في هذه الاختبارات، تم تطبيق ضغط ثابت أقل من نقطة الفقاعة على المرشح المبلل، وتم قياس معدل انتشار الغاز عبر المسام المملوءة بالسائل. نظرًا لأن تدفق الانتشار يتناسب مع إجمالي مساحة المسام المفتوحة، فإنه يوفر مؤشرًا حساسًا لعيوب الغشاء.
بالنسبة للتطبيقات الصيدلانية، عادةً ما يتم تحديد حدود الانتشار من قبل الشركة المصنعة للمرشح والتحقق من صحتها مقابل أداء الاحتفاظ بالميكروبات. في هذه الدراسة، تم قياس معدلات الانتشار عند ضغوط موحدة ومقارنتها بمعايير القبول لأغشية PES 0.22 ميكرومتر.
3. النتائج
تم إجراء اختبارات نقطة الفقاعة وسلامة الانتشار على عدة خراطيش مرشحات مطوية من PES بأحجام مسام اسمية تبلغ 0.45 ميكرومتر و0.22 ميكرومتر. تم ترطيب جميع الخراطيش بالكامل واختبارها في ظروف متطابقة.
3.1 نتائج نقطة الفقاعة 3.1
تم تلخيص ضغوط نقطة الفقاعة المقيسة في الجدول 1.
الجدول 1. ضغط نقطة الفقاعة في خراطيش الترشيح المطوية من PES
| حجم المسام الاسمي | سائل ترطيب سائل الترطيب | نقطة الفقاعة (رطل لكل بوصة مربعة) | نقطة الفقاعة (كيلو باسكال) |
|---|---|---|---|
| 0.45 ميكرومتر | ماء / IPA (60/40) | 32 - 36 | 220 - 248 |
| 0.22 ميكرومتر | ماء / IPA (60/40) | 46 - 52 | 317 - 358 |
تُظهر النتائج أن خراطيش PES مقاس 0.22 ميكرومتر أظهرت باستمرار ضغوط نقطة فقاعة أعلى من خراطيش 0.45 ميكرومتر، مما يعكس أقطار مسامها الفعالة الأصغر. يشير نطاق الضغط الضيق الذي لوحظ لكل حجم مسام إلى بنية غشاء موحدة وترطيب متسق للطيّات عبر الخرطوشة.
3.2 نتائج تكامل الانتشار 3.2
تم قياس معدلات تدفق الانتشار عند ضغوط اختبار أقل من قيم نقطة الفقاعة المقابلة. يلخص الجدول 2 بيانات الانتشار للخراطيش المختبرة.
الجدول 2. معدلات تدفق الانتشار في خراطيش الترشيح المطوية من PES
| حجم المسام الاسمي | ضغط الاختبار (رطل لكل بوصة مربعة) | تدفق الانتشار (مل/دقيقة) | حد القبول (مل/دقيقة) | النتيجة |
|---|---|---|---|---|
| 0.45 ميكرومتر | 20 | 18 - 24 | ≤ 30 | اجتياز |
| 0.22 ميكرومتر | 30 | 7 - 12 | ≤ 20 | اجتياز |
استوفت جميع الخراطيش المختبرة حدود الانتشار المحددة مسبقًا لأغشية PES من الدرجة الصيدلانية. تؤكد معدلات الانتشار المنخفضة نسبيًا لخراطيش 0.22 ميكرومتر سلامة الأغشية العالية والحد الأدنى من عيوب المسام الكبيرة.
4. المناقشة
تُظهر نتائج نقطة الفقاعة والانتشار أن خراطيش الترشيح المطوية PES توفر أداءً مستقرًا وقابلًا للتكرار في ظل ظروف الترشيح الصيدلاني. تتوافق قيم نقطة الفقاعات المقاسة لأغشية PES 0.22 ميكرومتر مع تلك المذكورة في الأدبيات لأغشية PES من درجة التعقيم، مما يؤكد أن التكوين المطوي لا يضر بالتحكم في حجم المسام أو سلوك الترطيب.
بالمقارنة مع الأغشية المسطحة، تقدم الخراطيش ذات الطيات واجهات إضافية، بما في ذلك طيات الطيات وطبقات الدعم ومناطق الترابط. من المحتمل أن تؤدي هذه السمات الهيكلية إلى عيوب موضعية أو ترطيب غير كامل. ومع ذلك، فإن التوزيع الضيق لضغوط نقطة الفقاعة ومعدلات تدفق الانتشار المنخفضة التي لوحظت في هذه الدراسة تشير إلى أن بنية خرطوشة PES المطوية الحديثة توفر ثباتًا ميكانيكيًا قويًا وأداءً موحدًا للغشاء.
من من منظور صيدلاني، تعد القدرة على إجراء اختبار موثوق به قبل الاستخدام وبعد الاستخدام أمرًا ضروريًا. ويدعم الارتباط القوي بين ضغط نقطة الفقاعة وحجم المسام الاسمي الملاحظ هنا استخدام اختبار نقطة الفقاعة كطريقة تحقق سريعة للمرشحات المطوية PES في تطبيقات الترشيح المعقمة. وبالإضافة إلى ذلك، يوفر اختبار الانتشار مقياسًا كميًا حساسًا لحالة الغشاء، مما يتيح الكشف عن العيوب الطفيفة التي قد لا تؤثر على الفور على نقطة الفقاعة.
تساهم الطبيعة المحبة للماء لأغشية PES بشكل كبير في موثوقية اختبار سلامتها. يمكن تحقيق الترطيب الكامل باستخدام الماء النقي أو تركيزات منخفضة من IPA، مما يقلل من مخاطر الفشل الزائف بسبب عدم اكتمال تشبع المسام. وتعد هذه الخاصية مفيدة بشكل خاص في البيئات الصيدلانية، حيث يكون استخدام عوامل ترطيب قوية غير مرغوب فيها.
وعمومًا، تؤكد البيانات أن خراطيش الترشيح المطوية PES مناسبة لعمليات الترشيح الصيدلانية الحرجة، بما في ذلك الترشيح المعقم النهائي، والحد من العبء الحيوي، وترشيح سوائل المعالجة وأنظمة المياه.
5. الخاتمة
قيمت هذه الدراسة أداء نقطة الفقاعة وأداء سلامة خراطيش المرشحات المطوية من الدرجة الصيدلانية PES باستخدام طرق اختبار موحدة. أظهرت النتائج أن كلاً من خراطيش PES ذات الطيات 0.45 ميكرومتر و0.22 ميكرومتر تُظهر ضغوطًا ثابتة لنقطة الفقاعات ومعدلات تدفق انتشار منخفضة، مما يشير إلى بنية مسام موحدة وسلامة غشاء عالية.
لا يضر التكوين المطوي، الذي يوفر مساحة ترشيح فعالة كبيرة في شكل مضغوط، بأداء سلامة أغشية PES. بل على العكس، يضمن التصميم الحديث للخرطوشة المطوية ترطيبًا موثوقًا وثباتًا ميكانيكيًا ونتائج اختبار سلامة قابلة للتكرار.
وتدعم هذه النتائج استخدام خراطيش الترشيح المطوية PES كأجهزة ترشيح معتمدة وقابلة لاختبار السلامة للتطبيقات الصيدلانية الخاضعة للتنظيم. توفر البيانات على النطاق الصناعي المقدمة هنا مرجعًا عمليًا لتأهيل المرشح، واختبار السلامة الروتيني، والامتثال للمتطلبات التنظيمية في عمليات ترشيح السوائل المعقمة والحرجة.
المراجع
- ASTM F316 - طرق الاختبار القياسية لخصائص حجم المسام لمرشحات الأغشية عن طريق اختبار نقطة الفقاعة واختبار مسام التدفق المتوسط
- ISO 2942 - المواصفة القياسية ISO 2942 - طاقة الموائع الهيدروليكية - عناصر المرشح - التحقق من سلامة التصنيع وتحديد نقطة الفقاعة الأولى
- إرشادات إدارة الغذاء والدواء الأمريكية للصناعة: منتجات الأدوية المعقمة المنتجة عن طريق المعالجة المعقمة - ممارسات التصنيع الجيدة الحالية
- Reijenga, J. C.; et al. “الترشيح الغشائي في العمليات الصيدلانية وعمليات التكنولوجيا الحيوية.” الأغشية، MDPI
- Giglia, S.; Alembath, A.; Hersey, J. “حساسية اكتشاف العيوب في اختبارات نوع نقطة الفقاعة لمرشحات خرطوشة غشاء التعقيم”. الأغشية، MDPI
</
