【問】在選擇液體過濾器時，如何根據需求合理的確定過濾膜材質和膜面積，選擇合適的過濾裝置?
【答】一、過濾膜材質的選擇
過濾膜材質的選擇主要考慮構成過濾膜材質的物理化學性質是否符合實際工藝的要求。應充分考慮濾器與待過濾料液的兼容性。過濾器不得因與產品發(fā)生反應、釋放物質或吸附作用而對產品質量產生不利影響。除菌過濾器不得脫落纖維，嚴禁元使用含有石棉的過濾器。
濾膜材質分為親水性膜材和疏水性膜材，親水性膜材一般用于液體過濾，例如:親水性聚偏二氟乙烯 (polyvinylidenefluoride，PVDF) 、聚孤 (polysulfone) 、聚醚碩 (polyethersulfone,PES) 、尼龍 (nylon) 、纖維素酷(cellulose ester)等。特殊情況下，例如有機溶媒的過濾，建議使用疏水性聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)。
疏水性膜材一般用氣體過濾和有機溶媒過濾，例如:聚四氟乙烯和疏水性聚偏二氟乙烯等。嚴格工藝條件下，應使用絕對疏水材質的氣體過濾器，如聚四氟乙烯。
膜材的選擇還應考慮不同料液的特性，通常可以通過小試工藝開發(fā)實驗對不同的過濾器進行選擇，小試工藝開發(fā)時會關注載量和流速，來選擇適合的膜材。尤其是一些特殊或者新型治療藥物。比如納米制劑具有粒徑大、黏度高等特性，在過濾初期就會對濾膜造成堵塞，造成過濾載量低，在前期除菌過濾器篩選的時候，就會關注載量。
不同的膜材不僅影響過濾器的過濾效果，同時也影響過濾器的可提取物和(或)浸出物水平、物理和熱特性以及與過濾料液的相互反應。確定過濾膜后，需要對有效過濾面積、操作溫度和壓差限值、可提取物和(或)浸出物、兼容性以及除菌性能進行評估。
物理性質的要求主要體現在:在工藝要求的溫度或壓力條件下，過濾膜結構和過濾性能的穩(wěn)定性。一方面這與過濾膜的材質和結構有關，另一方面也與不同供應商的過濾膜和過濾器的制造工藝有關。
可參考供應商的過濾器產品資料，確定過器合理的工作范圍 (包括最大工作壓差、最高耐受溫度等)，必要時可對過濾器的供應商進行審計。
過濾膜的化學兼容性是指與被過濾料液之間相互作用的性質。在過濾典型的水溶液時，這種情況較少發(fā)生。但在極端 pH或有機溶劑存在的情況下，可能發(fā)生不兼容的情況。由于聚偏二氟乙烯 (PVDF) 其良好的親水性 (經過親水改良)成熟的制造工藝、對蛋白質類產品的極低吸附，作為除菌過濾膜被廣泛應用 (但在高 pH 等堿性條件下，會有不穩(wěn)定的情況發(fā)生)纖維素材質的親水性較好，但對極端 pH 溶液的耐受性欠佳聚醚碩 (PES)有良好的 pH 耐受性能，較好的過濾通量和載量但對某些有機溶劑耐受性欠佳。聚四氟乙烯(PTFE) 對極端pH和有機溶劑有很好的耐受性，但由于其疏水性較強，不適合普通水溶液的過濾，作為液體過濾器時通常用于有機溶劑的過濾。
過濾膜材質的選擇還需要考慮吸附情況。雖然吸附作用是不可避免的，但可以選擇吸附作用相對較小的過濾材質。過濾膜的吸附可以等比工藝放大，因此可以用縮小模型試驗考察生產規(guī)模的吸附情況。在進行最終灌裝時，因為吸附作用的發(fā)生有時候需要排放和收集最初一部分的濾液以保證最終產品的濃度。
二、過濾膜面積的確定
在對過濾膜材質進行初步篩選后，需要確定過濾膜面積在實際操作中，過濾膜材質的選擇和過濾膜面積的確定通常會同步進行。
相對于預過濾，除菌過濾器的成本通常較高，其載量卻相對較低。對于較渾濁的液體，通常需要經過一級或幾級預過濾才適合進行最終的除菌過濾。另外，根據無菌產品生產工藝生產時限可以考慮在配制后除菌過濾之前采用預過濾 (如減菌過濾)降低微生物負荷。
過濾膜面積的大小關系到過濾工藝的成敗。過小的過濾膜面積會導致過濾時間延長，和(或)過濾過程中途堵塞，甚至過濾料液報廢。過濾膜面積過大則會導致產品收率下降，過濾成本上升。因此，選擇合理的過濾膜面積需要經過科學的方法進行實驗和計算后得出。
三、過濾裝置的選擇
過濾裝置的選擇涉及不同的過濾器結構，過濾器出口的不同形式和過濾器的方向等。雖然可以采用縮小規(guī)模試驗計算過濾膜面積，但對于不同過濾裝置放大后仍會存在一些差別。因此，在選擇過濾裝置的時候不僅需要考慮工藝上的適用性，也要考慮不同過濾裝置對過濾器本身性能的影響。
1.過濾器結構的選擇 過濾器由于結構不同，存在多種形式，比如圓盤式、層疊式、簡式和囊式過濾器等。因為圓盤(片)式過濾器的成本較低，通常被用于產品附加值較低的行業(yè)。但因為其需要的配套不銹鋼夾具裝配復雜，濾膜面積小等缺點，逐漸為其他過濾裝置所替代。層疊式過濾器最大的優(yōu)點是它的保留體積較小，通常適合于高附加值產品的終端除菌過濾，但由于其本身結構的原因，有不耐受反壓缺點。筒式過濾器是應用最為廣泛的除菌過濾器，它將膜折疊于濾芯中，有很高的濾膜面積 (如150~10,000cm2) ，在濾膜上下兩端均有支撐層，因此有較好的正反向壓力耐受，可耐受多次蒸汽滅菌其可被安裝于不銹鋼外殼中，也可自帶塑料外殼，作為一次性過濾系統(tǒng)使用，后者通常稱為囊式過濾器。
2.過濾器出口形式和過濾方向的選擇 囊式過器外殼的管路接口有多種形式: 如法蘭接口、倒刺軟管接口等，可根據需要選擇合適的過濾接口形式。不銹鋼外殼過濾器常見的為法蘭接口。
根據連接管道方向的不同，通常囊式過濾器有兩種不同方向的進出口形式。一種是平行于管道的方式 (in-line) ，另一種是垂直于管道的方式 (T-line)。
需要注意的是，不同過濾器接口內徑大小不同，在一定流速下的壓差也會有較大差異。另外，過濾方向不同的過濾器壓差也會有差異。如下圖所示。
3.過濾器管道大小的確定 液體在過濾過程中在管道內存在一定的壓力損失，且會在管道內壁產生殘留，管徑越大則殘留越多。因此，需要根據過濾過程中所需要達到的流速選擇合適的管徑大小。
