冻干机真空漏率指标的行业实践

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冻干机的泄漏率测试Leak Rate Testing是一种参考/标准测量，旨在确保每批产品前后的泄漏率不超过预先定义的最大值。该测试表示环境空气（非无菌或无菌）渗入冻干机的程度。

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冻干机腔内可能有多个泄漏源，其中任何一个或多个泄漏源都可能导致气体/蒸汽泄漏，从而污染产品。泄漏源可能是冻干机内表面吸收或滞留的水、来自分级空间或不受控制空间的大气、在板层或冷凝器盘管中循环的传热流体、冷凝器冷却表面中使用的制冷剂以及可能从真空泵系统迁移/漂移回来的泵油蒸气。

泄漏率不合格可能是需要调查的事件或偏差。目前尚无普遍认可的标准，也没有经验标准或科学原理来作为极限的依据。本文旨在提供行业从业者对泄漏率规范的看法，分享文献综述并就冻干机泄漏率测试的最佳实践提供建议。

任何系统的泄漏率测量都是通过观察系统中压力增加的速率来确定的。需要考虑两种导致压力增加的因素：允许外部气体侵入系统的真实泄漏，以及由于吸附在系统内表面的气体解吸而导致的虚拟泄漏。

真正的泄漏可能会导致微生物或颗粒从非无菌环境（冻干机外部区域）进入无菌环境（冻干机内部），并可能损害冻干箱内及其所含产品的无菌性。因此，泄漏率可接受的限度显得非常重要。

ASME、PHSS等指南建议将新的、干净的、干燥条件下的冻干机泄漏率目标规格定为 0.02 mbar L/s，而行业中，很多高标准实验室和生产规模的冻干机普遍将泄漏率定为 0.01 mbar L/s，但无论哪个标准，都没有任何强有力的科学依据。

Dern 曾写报告称，在实践中，对于可以生产出无菌度可接受的产品的中型冻干机，验收标准可高达 1 mbar L/s。其认为：

● 空气分子的尺寸明显小于微生物的尺寸，因此泄漏可以在没有污染的情况下发生。

● 如果泄漏不大且不影响所需的真空设定点，则装载门的泄漏可能不那么严重，但仍需要对产品的无菌性进行调查。

● 由于蒸汽从西林瓶向外流动，微生物则需要从相反方向进入西林瓶，这种可能性极低，尤其是在升华正在进行的初级干燥过程中。

● 只有在预放气或放气期间，情况正好相反，因为气体会流入西林瓶。因此从初次干燥完成到过程结束后压塞完成，被认为是产品无菌性所面对风险的最大挑战。

● 然而，一旦胶塞完全插入西林瓶内，它们就会限制微生物随后的潜在侵入。

根据理想气体定律PV = nRT ，并根据气体定律的微分形式，可以推导出泄漏孔径尺寸，即0.02 mbarL/s 的泄漏率相当于单点直径为 14.68 µm 的孔。这远大与微生物控制的限度，如果考虑0.2 µm 的孔洞直径对应的则泄漏率应为 3.71 × 10⁻⁶ mbarL/s，这实际上是无法测量的泄漏率。

由此可见，目前任何一个标准，都不能假设泄漏是通过单个泄漏点引起的，这是不符合实际情况的。因为压力增加可能是所有真实泄漏和虚拟泄漏的总和。每个垫圈、O 形圈、配件或两个或多个表面相结合的区域都会导致真实泄漏和虚拟泄漏。

调查结果与讨论

文献发表于2022年，其进行了一项广泛的调查，涉及 14 家制药行业 - Abbvie*、Allergan*、Amgen、Bayer、Biogen 、BMS、Lonza、Merck、Merck KGgA、Pfizer、Regeneron、Roche、Sanofi 和Takeda。调查包括实验室、临床和商业规模的冻干机，其箱体和冷阱容量介于 3.46 – 32.5 立方米之间。调查问题包括但不限于泄漏率规格和原理、冻干机容量、测试和故障频率、数据趋势以及详细的泄漏测试方法实践。

上图，表明 泄漏率规范的基本原理(a) 和 (b) 不同药品的泄漏率测试频率 (b)。可见规范标准大多来自供应商建议和历史性能依据。而测试频率每批都测占据绝大比例。

而下图，显示了泄漏率数据趋势分布。大多数公司（34%）没有对泄漏率数据进行趋势分析。但是，有些公司使用数据历史学家进行数据趋势分析（22%），其他公司对泄漏率进行趋势分析但不对抽空时间进行趋势分析（22%）或执行多元建模（22%）。B 显示，短short 漏率（频繁泄漏率或生产泄漏率）和延长extended漏率（维护泄漏率测试）测试的百分比相等（46%），其中 8% 表明只有一些工厂执行维护泄漏测试。

而对方法区别：下图显示(a) 泄漏率测试的起始压力差异，和 (b) 不同制药行业泄漏率测试持续时间的变化。

需要进行泄漏测试的系统由冻干箱腔室、冷阱和直至无菌边界的管道组成，其中包括掺气过滤器。测量前应注意:

● 准确的泄漏率测试需要尽量考虑等温系统，测试期间的任何温度变化都会改变结果。例如，冷却不当的腔壁会误导泄漏测试结果，因为它在测试期间继续冷却。在开始测试之前冷凝器冷却不完全也会降低输出。

● 系统中不应残留水分，其可能在抽真空时结冰，并在泄漏率测试期间继续升华，从而导致结果错误。

● 此外，由于在线蒸汽灭菌 (SIP) 是最容易产生泄漏的操作，因此泄漏率测试通常在 SIP 之后进行。当然需要注意在 SIP 之后对冻干机进行适当的干燥和冷却，这是准备进行泄漏率测试的关键步骤。

结论

调查结果表明，参与调研的公司的商业冻干机泄漏率测试性能遵循通用原则，但远未标准化。定义泄漏率的基础大多不是由科学考虑或监管要求驱动。相反，它遵循设备供应商的建议或维护行业协会或机构的长期确立的规范。

受访者采用的泄漏率限制与设备使用年限存在很大差异。对于大多数运行中的冻干机，泄漏率限制定义为 20 µbar L/s，对于设备供应商指定的较新设备，泄漏率限制甚至更低，为 10 µbar L/s 或更低。但是，对于较旧的设备，更高的泄漏率限制（例如 50 µbar L/s 或更高）并不罕见。但这些区分做法，缺乏科学依据和明确的监管预期。

大多数公司对每个批次进行泄漏率测试，以降低风险并避免在发生故障时将产品批次置于危险之中。这些频繁的泄漏率测试，通常称为“生产泄漏率测试”，其持续时间相对较短。而包括更长排气out-gassing和测试时间的“维护泄漏率”提供的结果会更接近实际系统泄漏率。因此，维护泄漏率的限值通常较低，建议可以考虑较低的频率执行更严格的维护泄漏率测试。

总之，目前行业里的冻干机泄漏率测试方法和规范主要基于历史经验和操作实用性，而非科学原理。这在定义程序和设定限值方面留下了一些自由空间，但如果引入替代传统方法的方案，也会产生不确定性。也许将来，随着技术发展和理论认知的完善，以及与监管机构进行相应的研究和讨论，可以找到一种适用于各种运行设备的更科学、更一致的实用方法和程序。

撰稿人 |  拾西

责任编辑 | 邵丽竹

审核人 | 何发