客戶服務(wù)專線：400-884-6567、028-87573647
-
- 產(chǎn)品中心
-
-
-
-
超濾技術(shù)在制藥工業(yè)中除熱原的應(yīng)用
-
來源：公司官網(wǎng) 發(fā)布日期：2014-09-10 14:45:33 瀏覽次數(shù)：1890
-
《膜科學(xué)與技術(shù)》1999年第19卷第3期8～12頁樓福樂 毛偉鋼 陸曉峰 梁國明（中國科學(xué)院上海原子核研究所，上海 201800）陸文達 黃梅菊（上海福達藥業(yè)有限公司，上海 201400）摘 要 介紹了熱原的本質(zhì)，它的定量表示及測定方法。隨著膜分離技術(shù)的快速發(fā)展，采用超濾法去除注射液中的熱原已在醫(yī)藥行業(yè)實際應(yīng)用。列舉了國外多項應(yīng)用實例，并介紹了中國科學(xué)院上海原子核研究所生產(chǎn)的卷式超濾裝置在藥液除熱原工藝中的使用情況。關(guān)鍵詞 熱原 超濾 卷式超濾裝置分類號 TQ028.8隨著膜分離技術(shù)的迅速發(fā)展，在制藥工業(yè)中應(yīng)用超濾膜分離工藝除去（或降低）注射用藥物（藥液）中熱原含量，使之符合藥典規(guī)定，正在日益廣泛的應(yīng)用。例如日本、美國藥典允許大輸液除熱原采用反滲透和超濾單元。而國內(nèi)也正在探索和尋求用國產(chǎn)超濾設(shè)備去除熱原的方法和工藝。中國科學(xué)院上海原子核研究所研制、生產(chǎn)出多種材質(zhì)和規(guī)格的超濾膜以及板框式和卷式超濾系列設(shè)備，已在許多領(lǐng)域應(yīng)用，為了在制藥工業(yè)除熱原項目的推廣使用，筆者在有關(guān)文獻的調(diào)研基礎(chǔ)上進行了應(yīng)用試驗工作，并取得成功，從而促進超濾法除藥液中熱原這一工藝得到應(yīng)用開發(fā)。1 熱原1．1熱原的本質(zhì)M.Thmas等[1]指出，熱原（Pyrogen）又稱內(nèi)毒素（Endotoxin）,產(chǎn)生于革藍氏陰性（Gram-nagative）細菌的細胞外璧，亦即細菌尸體的碎片。它是一種脂多糖物質(zhì)（Lipopoly-saccharide），簡稱LPS，其相對分子質(zhì)量從幾千到幾十萬不等，根據(jù)產(chǎn)生它的細菌種類而定。在水溶液中，其相對分子質(zhì)量可為幾十萬到幾百萬不等。最近已揭示了類脂A（Lipid）也是熱原物質(zhì)，構(gòu)成為危害人體的內(nèi)毒素，相對分子質(zhì)量大約為2000。永田彥等指出[2]，發(fā)熱性物質(zhì)即熱原有兩類：一類是低相對分子質(zhì)量發(fā)熱物質(zhì)收稿日期：1998-10-12；修改稿收到日期：1998-11-23第一作者：男，56歲，高級工程師（Pyretice），另一類是高相對分子質(zhì)量發(fā)熱物質(zhì)（Pyrogen），它們統(tǒng)稱為內(nèi)毒素。一般認為熱原是指細菌發(fā)熱物質(zhì)，它由革藍氏陰性細菌的細胞壁的外膜構(gòu)成。更進一步分析其主要成份是脂多糖（LPS）及類脂A，是熱原的活性部分。它們的相對分子質(zhì)量一般為1萬～2.5萬，在水溶液中形成締合體，相對分子質(zhì)量可達50萬～100萬。這類物質(zhì)具有耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，不易被除滅。表1 LPS加熱失活時間加熱溫度℃LPS失活時間/min25030以上20060以上180120以上1．2熱原的定量表示熱原可以用濃度來定量標(biāo)度。文獻大都以每毫升克數(shù)為濃度單位，一般單位為ng/ml，即10-9g/ml，或pg/ml，即10-12g/ml。也有采用EU/ml為熱原單位。我國1998年藥典確定用EU/ml為熱原單位。兩個單位之間的換算關(guān)系比較復(fù)雜，因為來自不同種類細菌的熱原毒性表現(xiàn)不盡一致。美國有關(guān)部門對大量試樣數(shù)據(jù)采用概率統(tǒng)計方法提出如下結(jié)果：對EC2類細菌1ng/ml＝5EU/ml；類細菌1ng/ml＝10EU/ml。日本藥檢部門報告對EKT類細菌1ng/ml＝8EU/ml。1．3熱原的測定方法熱原的分析、測定方法主要有鱟試劑法和家兔法。1．3．1鱟試劑凝膠法該法是利用鱟試劑檢測供試品中或其表面可能存在的細菌內(nèi)毒素濃度的一種方法[3]。目前，各國藥典收載的細菌內(nèi)毒素試驗法均包含凝膠法。藥品細菌內(nèi)毒素檢查是以凝膠法為基礎(chǔ)，通過試驗證明供試品某一濃度對凝膠法不存在干擾作用后，在供試品的有效濃度范圍內(nèi)，根據(jù)供試品的內(nèi)毒素限值進行檢測的一種方法[4]。1．3．2家兔法該法則為各國藥典中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法，可簡述為取3只健康家兔各注入規(guī)定量的試樣，在一天內(nèi)單兔體溫上升不超過0.6℃，3兔總升溫不超過1.4℃，即被認為試驗中熱原含量合格。1．4熱原對人體的危害據(jù)文獻[2]報道，將熱原濃度為5ng/ml的試樣注入家兔體內(nèi)，總量達到50ng/kg（體重）時，家兔體溫上升值達0.6℃。人體感染發(fā)熱的靈敏度是家兔的3倍。如有微量熱原混入藥劑中注入人體血液系統(tǒng)，會導(dǎo)致嚴重發(fā)熱，甚至引起死亡。因此，盡可能降低藥液中熱原的含量是十分必要的，特別當(dāng)注射液（如大輸液）用量較大時，對熱原的濃度要求應(yīng)更為嚴格。例如上海長征制藥廠對大輸液的熱原合格指標(biāo)控制值為0.25EU/ml。2 超濾膜分離法去除藥液中熱原注射用藥液（或注射用水）除熱原，使之符合藥典的檢測規(guī)定，是醫(yī)藥工業(yè)中的基本生產(chǎn)環(huán)節(jié)。目前，一般介紹除熱原的方法有以下3類：⑴蒸餾法生產(chǎn)去熱原水，作注射用水、洗滌水等，但其成本較高。⑵吸附法除熱原。其中方式一是表面吸附劑吸附致熱性物質(zhì)，而讓產(chǎn)品物質(zhì)通過。方式二是吸附劑吸附產(chǎn)品物質(zhì)，讓熱原流出，再把產(chǎn)品物質(zhì)從吸附劑表面解析回收。用作吸附的物質(zhì)可以是硅泥、活性炭和離子交換樹脂等。禁止使用石棉作為吸附劑。⑶膜分離法除熱原作為一種新工藝、新技術(shù)，正在制藥行業(yè)推廣應(yīng)用。2．1超濾法除熱原超濾法除熱原是一種物理分離方法，選用何種規(guī)格的超濾膜為宜，首先須了解藥液中e熱原的相對分子質(zhì)量大小、性質(zhì)以及濃度。文獻[1]提出，由于脂多糖的終端結(jié)構(gòu)類脂A具有較小的相對分子質(zhì)量，因此需選用切割相對分子質(zhì)量小于5000相對分子質(zhì)量的超濾膜。如果選用截留相對分子質(zhì)量為1萬至20萬的超濾膜，除去相對分子質(zhì)量為幾萬到幾百萬的熱原，則應(yīng)再使用熱原吸附劑除去小相對分子質(zhì)量的熱原，包括相對分子質(zhì)量約為2000的類脂A。這些不同規(guī)格濾膜的平均孔徑為2nm到0.1μm稻見良秋等報道[5]，用超濾法除熱原，必須采用孔徑為1nm的超濾膜，截留相對分子質(zhì)量6000左右。但產(chǎn)量低，處理量大時，設(shè)備大型，壓力要求也較高。其次，采用截留相對分子質(zhì)量規(guī)格為5000或10000的超濾膜除熱原，對部分含有較大相對分子質(zhì)量成份的藥液是不合適的。因為，在除去熱原的同時會把藥液中的有效成分阻留與吸附，使產(chǎn)品得率大受影響。因此，也有選用10萬至30萬截留相對分子質(zhì)量的濾膜除去大部分發(fā)熱性物質(zhì)后（產(chǎn)品物質(zhì)基本上通過濾膜），再采用熱原吸附劑除去余下部分熱原，使得產(chǎn)品收得率既高，去除熱原效果又好。為了提高產(chǎn)量，采用聚酰胺（尼龍）為原料制成的微孔濾膜，過濾熱原濃度為20ng/ml的自來水，由于材質(zhì)具有特異的吸附熱原的特性，過濾后的水質(zhì)符合藥典規(guī)定，其產(chǎn)量高達2000L/（m2·h）。K.Mueeller報道[6]，除熱原用超濾膜的截留相對分子質(zhì)量規(guī)格是6000。永田彥在其專利[2]中稱，一般的注射液，為除去低相對分子質(zhì)量發(fā)熱物質(zhì)，采用截留相對分子質(zhì)量1萬的超濾膜。田原修等[7]采用截留相對分子質(zhì)量為1萬的超濾膜，平板式裝置，除去乳酸鈉中的熱原。橋本雅文[8]指出，一般從低相對分子質(zhì)量藥液中去除熱原采用截留相對分子質(zhì)量為1萬的濾膜，包括靜脈注射液除熱原。M．M．Solin報道[9]，用尼龍66制成的帶電荷微孔濾膜，孔徑大小為0.1、0.2μm和0.45μm，也可用于對相對分子質(zhì)量為4萬的葡聚糖溶液除熱原。其中0.45μm的微孔膜作預(yù)處理，0.1μm和0.2μm的微孔膜進一步作除熱原處理。綜上所述，超濾膜孔徑及材質(zhì)的選擇，需視被處理藥物的相對分子質(zhì)量、特性，及藥品中熱原的含量而定，通過工藝試驗選擇最為合適的超濾膜規(guī)格及處理工藝。2．2超濾法除熱原的效率由于超濾膜的活性層很薄，用久了可能會出現(xiàn)針孔，降低截留率造成熱原和細菌的泄漏，另外設(shè)備結(jié)構(gòu)上的不合理也可能存在衛(wèi)生死角而影響濾清液的質(zhì)量，若再加上存在類脂A的致熱物質(zhì)，因此超濾除熱原的效果往往達不到百分之百的清除，表2就文獻報道中的有關(guān)數(shù)據(jù)予以歸納。表2 超濾除熱原效率項目熱原濃度/（ng·ml-1）原液 濾清液去除率/%濾膜規(guī)格膜孔徑/μm截留相對分子質(zhì)量/萬SOD藥液除熱原約1萬1～1099.9～99.99—10HAS的精制1300399.8—8乳酸鈉除熱原____＞97—1制備超純水7.1＜0.1＞98.60.01—自來水除熱原20合格～900.2—藥液500—＞970.1—由表2可見，超濾膜對熱原的去除率較高，變化范圍較寬，高達99.99%，低為90%以上。究其原因可知，熱原是一類形態(tài)和相對分子質(zhì)量均不確定的物質(zhì)，熱原的種類、濃度隨藥液而異，因此熱原去除率也是個多因素決定的量。3 超濾除熱原國內(nèi)外應(yīng)用實例[10～13]3．1 SOD藥液除熱原[2]用二級處理工藝，超濾 + 吸附法，使SOD藥液的回收率、產(chǎn)量、重復(fù)性、可靠性和經(jīng)濟性方面都十分優(yōu)異。濾膜截留相對分子質(zhì)量為10萬，對牛血清蛋白（相對分子質(zhì)量6.7萬）的截留率為60～80%，二級脫熱原吸附劑經(jīng)篩選后確定，對藥液的化學(xué)組分適當(dāng)調(diào)整，有利于提高收率。超濾膜的再生采用通常的1mol/L的NaOH浸泡處理，吸附劑的再生經(jīng)三步處理。SOD藥液經(jīng)家兔法檢測，呈陰性。處理結(jié)果列于表3。表3 超濾、吸附法除SOD藥液中熱原發(fā)熱性物質(zhì)去除方法熱原濃度/（ng·ml）-1處理前 處理后SOD回收率/%膜過濾+去熱原吸附劑處理約1萬0.01以下96膜過濾約1萬1～1098吸附法（比較例）約1萬10～100—3．2治療腦血栓新藥（Prourikinase）除熱原[7]本藥品為治療腦血栓的特效藥，注射治療，藥品中的蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量約5萬。為此而研制了截留相對分子質(zhì)量規(guī)格為30萬的超濾膜，用作一級超濾處理。二級處理亦用脫除熱原吸附劑。處理后的主要結(jié)果見表4。表4 超濾、吸附法除Prourikinase藥液中熱原發(fā)熱性物質(zhì)去除方法內(nèi)毒素濃度/（ng·ml）-1處理前 處理后藥液成分收得率/%膜過濾+去熱原吸附劑處理0.1～１萬0.01＞90膜過濾0.1～１萬1～1098脫熱原吸附柱（比較例）0.1～１萬10～100—3．3乳酸鈉除熱原[6]由于質(zhì)量分數(shù)為70%的乳酸鈉粘度高，采用截留相對分子質(zhì)量1萬的濾膜過濾時通量較低。為了提高產(chǎn)量，采取對設(shè)備、管路夾套加熱的方法，使料液升溫至50～60℃，這個措施明顯地提高了處理產(chǎn)率，如圖1可見，58℃時的過濾速度為40℃時的2.5倍，而熱原去除率保持在97%以上。溫度超過60℃后，由于膜孔徑放大，膜的截留率下降，致使除熱原效果明顯下降。所以說，超濾法除熱臺對不同的藥液均有一個確定工藝條件的試驗過程。圖1 超濾產(chǎn)量與料液溫度關(guān)系3．4制備超純水[14]采用超濾組件 + 離子交換 + 離子交換纖維三級處理流程，構(gòu)成小型化超純水制備裝置，滿足電子、醫(yī)藥、精密化學(xué)分析等部門的使用要求。其中離子交換纖維是專利成果。超濾膜的分離孔徑為10nm，內(nèi)徑250μm，膜厚30μm，過濾面積1.6m2，裝填混合樹脂MB-2型1.8L，纖維混合體0.2L，流速50L/h，裝置體積45cm×45cm×25cm，質(zhì)量20kg，一次可制純水600L，水質(zhì)指標(biāo)詳見表5。表5 超純水制備水質(zhì)一覽表項目比電阻/(MΩ·cm)鈉/(ng·g-1)二氧化硅/(ng·g-1)細菌/(個·ml-1)熱原/(ng·ml-1)＞0.2μm微粒/(個·ml-1)有機物/(ng·g-1)原水0.01＞6009800.67.11×105900超純水181＜50.1＜0.115703.5“超濾＋吸附法”工藝M．Thomas[1]經(jīng)過大量試驗，建立了“超濾＋吸附法”除熱原新工藝。該工藝中使用的超濾膜的截留相對分子質(zhì)量為1萬～20萬，膜的平均孔徑為0.002～0.1μm，通常為3～20nm，這種膜具有較大的空隙和較高的通量，可去除相對分子質(zhì)量數(shù)萬至幾百萬的熱原，然后用除熱原吸附劑除去相對分子質(zhì)量幾萬以下的熱原以及相對分子質(zhì)量大約為2000的類脂A物質(zhì)。該工藝在超濾膜使用較長時間截留率降低后，熱原也可以被吸附劑除去，并且相對分子質(zhì)量為2000的類脂A也能有效去除。該工藝可以使醫(yī)藥的有效成分很容易地透過膜，從而提高藥品的收得率。該工藝使用的超濾膜材質(zhì)有聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺等，設(shè)備形式可以為中空纖維、卷式、折疊式或板框式等。這些不同形式的設(shè)備各具有特點，其中由卷式超濾組件構(gòu)成的設(shè)備膜面積大，濾膜更換方便，但對原液的預(yù)處理要求較高。中空纖維超濾組件的濾膜裝填密度高，泵容量小，但不能單獨換膜，對原液預(yù)處理要求高。板框式超濾設(shè)備原液預(yù)處理容易，濾膜可單張更換，單設(shè)備體積較大，預(yù)清洗有一定難度。該工藝采用多種材質(zhì)與型號的吸附劑。對原液中的熱原濃度要求低于104ng/ml為宜。該工藝的應(yīng)用實例包括制備酶制劑，合成蛋白質(zhì)、肽、荷爾蒙和多糖物質(zhì)的藥類，大輸液如葡聚糖輸液、果糖輸液、葡萄糖輸液等。檸檬酸鈉注射液的生產(chǎn)也可采用本項工藝。應(yīng)用實例，人體血清蛋白（HSA）的精制，先用截留相對分子質(zhì)量為10萬的中空纖維超濾膜組件過濾，再流經(jīng)裝有吸附劑的吸附柱。HAS的質(zhì)量分數(shù)從5%降至3.2%或3%，熱原則從1300ng/ml分別降至3ng/ml和0.016ng/ml。產(chǎn)品的回收率為60%，超濾熱原的去除率為99.8%，全工藝為99.998%。4 上海原子核研究所超濾除熱原應(yīng)用實例4．1硫酸（雙慶）鏈霉素藥除熱原試驗上海第四制藥股份有限公司采用卷式超濾器小裝置，配以2萬截留相對分子質(zhì)量的膜柱，進行了硫酸（雙慶）鏈霉素藥除熱原試驗，除熱原效果如表6所示。表6 家兔法測試熱原結(jié)果試驗序號家 兔 測 試 升 溫 /℃處 理 前 處 理 后Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ藥劑回收率/%11.001.050.700.350.300.2594.020.601.750.950.400.250.1592.330.800.601.300.400.250.2097.141.201.300.800.250.250.2094.9試驗結(jié)果表明，采用超濾法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的活性炭吸附熱原，對硫酸（雙慶）鏈霉素生產(chǎn)是可行的。4．2中藥制劑黃芪注射液的除熱原超濾上海福達制藥有限公司HPL型板框式超濾器，配備1萬截留相對分子質(zhì)量的PES膜，進行中藥制劑黃芪注射液的除熱原超濾，再經(jīng)適量活性炭吸附，使成品熱原合格率（無論經(jīng)鱟試劑凝膠法還是家兔法檢測）從原來經(jīng)常波動到目前100%合格。由于中藥液有效成分，如黃酮類、生物堿類、總甙類等成分，其相對分子質(zhì)量都在1000以下。因此，中藥制劑尤其是注射劑使用超濾除熱原除菌是最合適的，可以使產(chǎn)品達到靜脈注射劑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。4．3氨基酸產(chǎn)品的除熱原試驗與上海天廚味精廠合作進行了超濾法氨基酸產(chǎn)品的除熱原試驗。試驗按實際生產(chǎn)的八分之一（500L）進行，采用HW型卷式超濾器和截留相對分子質(zhì)量1萬的SPES型超濾膜，在運行壓力、流量、溫度和濃縮倍數(shù)對產(chǎn)量的影響試驗工作基礎(chǔ)上，以最佳運行參數(shù)進行除熱原試驗，取得了良好效果，結(jié)果見表7。在中試取得成功的基礎(chǔ)上，該廠裝配了上海原子核所生產(chǎn)HW4-2型卷式超濾器（有效膜面積48m2），已投入生產(chǎn)，運行一年多來，情況很好。表7 氨基酸除熱原試驗結(jié)果試驗日期樣品名稱樣品稀釋倍數(shù)鱟試劑法測試結(jié)果家兔法測試結(jié)果05-28丙氨酸原液丙氨酸超濾透過液5陽性陰性合格05-29谷氨酸原液谷氨酸超濾透過液5陽性陰性合格06-21谷氨酸原液谷氨酸超濾透過液5陽性陰性不合格合格06-22賴氨酸原液谷氨酸超濾透過液5陽性陰性合格07-16丙氨酸原液丙氨酸超濾透過液（第1min）丙氨酸超濾透過液（第40min）丙氨酸超濾透過液（第67min）丙氨酸超濾透過液（第110min）5陽性陰性陰性陰性陰性膜分離技術(shù)，尤其是超濾技術(shù)已被國際上公認為20世紀末至21世紀中期最有發(fā)展前途的一項重大生產(chǎn)技術(shù)，目前不僅只是研究、研制，同時已在各個領(lǐng)域尤其是制藥工業(yè)中正在興起應(yīng)用的高潮。原子核所生產(chǎn)的和正在研制的各種規(guī)格的超濾、鈉濾膜，HW型卷式和HP型板框式超濾器，將盡可能地滿足各個領(lǐng)域的需求，使我國的膜分離技術(shù)趕上和達到國際水平。參考文獻1 Thmas M,Escoubanne M.Preparation of pyrogen-free solution for medical use.EurPat Appl,312104.1989-03-191 永田彥。發(fā)熱性物質(zhì)去除方法。日本，公開特許公報，平1-196294。1989-08-182 中華人民共和國衛(wèi)生部藥典委員會編。細菌內(nèi)毒素檢查法。見：中華人民共和國藥典：二部，附錄ⅪE。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19953 黃清泉，夏振民。藥品細菌內(nèi)毒素檢查的實驗設(shè)計。中國藥學(xué)雜質(zhì)，1997，32（2）：24 稻見良秋。微孔膜去除熱原。日本，公開特許公報，平2-18026。1990-07-135 Mueller K.Removal of pyrogen by steam-sterilizable ultrafiltration membrane.Int Chim,1989,302:147～1496 田原修。乳酸鈉熱原的去除方法。日本，公開特許公報，平3-3146117。1991-06-217 橋本雅文。熱原的去除方法。日本，公開特許公報，平1-196295。1989-05-268 Solin M M.Depyrogenization of polysaccharide solutions by charged membrane microfilters.(Ⅰ) The efficlency of depyrogenization and the porous structure of microfilters.Khim-Farm,1991,25(7):78～829 Toahio Y,Takishi K.Ultrapure insustrial water production.日本，公開特許公報，昭62-11592.1987-01-2010 Tadaki K.Apparatus and method for production of pyrogen-free water.日本，公開特許公報，平2-9492. 1990-01-1211 Williamm V C. An overview of present and furture UF technologies for semiconductor,pharmaceutical,and powerapplication.Ultrapure Water. 1993, 10(6):20～3112 Stephen B.Depyrogenization of pharmaceutical solutions using submicron and ultrafilter.J Parenteral Sci Technol,1993,47(6):285～28813 Makio T. New water distillation system incorporating a membrane mist separator.Desalination,1991,80(2-3):105～112Application of ultrafiltration technology to eliminating pyrogen in pharmaceutical industryLou Fule,Mao Weigang,Lu Xiaofeng,Liang Guoming(Shanghai Institute of Nuclear Research,Academia Sinica,Shanghai 201800)Lu Wenda,Huang Meiju(Shanghai Forward Pharmaceutical Co.Ltd,Shanghai 201400)Abstract The essence, quantification units and measure methods of pyrogen are introduced in this paper. With the development of membrane separation technology, ultrafiltration technology can be used to eliminate pyrogen of injection medicine. In this paper, many practical applications in this field are described. The results of eliminating pyrogen of injection medicine by spring wound ultrafiltration device which is produced by Shanghai Institute of Nuclear Research are commented.Key word pyrogen ultrafiltration spring wound ultrafiltration device
-
- Copyright 2014-2058 ccdup.com All Rights Reserved.
公司微信公眾號
手機網(wǎng)站二維碼