Меню Рубрики

Установки для стерилизации фильтрованием

Стерилизация фильтрованием

Микробные клетки и споры можно рассматривать как нерастворимые образования с очень малым (1—2 мкм) поперечником частиц. Подобно другим включениям, они могут быть отделены от жидкости механическим путем — фильтрованием сквозь мелкопористые фильтры. Этот метод стерилизации включен в ГФ XI для стерилизации термолабильных растворов. Такими фильтрами могут быть перегородки из неглазурованного фарфора (керамики), асбеста, стекла, пленок, пропитанных коллодием, и другого пористого материала. По конструкции их подразделяют на глубинные и мембранные фильтры с размерами пор не более 0,3 мкм. В настоящее время используют различные фильтры.

Глубинные фильтры: керамические и фарфоровые (размер пор 3—4 мкм), стеклянные (около 2 мкм), бумажно-асбестовые (1 —1,8 мкм), а также мембранные (ультра) фильтры и «Владипор» (0,3 мкм) и др.

Глубинные фильтры характеризуются сложным механизмом задержания микроорганизмов (ситовым, адсорбционным, инерционным). Ввиду большой толщины фильтров удерживаются и частицы меньшего размера, чем размер пор фильтра.

К фильтрам из керамики (свечам) относятся «Бактериальные фильтры ГИК И» типа Л-5 и Ф-5, отличающиеся величиной пор. Изготовляются обычно в виде полых цилиндров, которые с одного конца закрыты, а с другого имеют отверстия. Фильтрование растворов осуществляется под давлением или чаще при помощи вакуума.

В первом случае предварительно профильтрованный раствор

вводят внутрь бактериологического фильтра. Раствор, просачиваясь через стенки, вытекает в стерильный сосуд (свечи Шамберлена). Во втором случае жидкость просачивается через стенки внутрь свечи и оттуда выводился наружу (свечи Беркефельда). Диаметр пор свечей составляет 3—4 мкм.

Фильтры из фарфора (свечи), до начала работы должны быть простерилизованы термическим методом (ГФ XI).

Способ стерилизации характеризуется медленностью работы (продолжительность фильтрования не должна превышать 8 ч и значительными потерями раствора в порах толстого фильтра. Очистка свечей затруднена.

Стеклянные микропористые фильтры изготавливают из сваренных зерен стекла с диаметром до 2 мкм. Фильтры имеют вид пластинок или дисков, закрепленных в стеклянных сосудах. Стеклянные фильтры по сравнению с другими мелкопористыми фильтрами более удобны для применения в аптечной практике. [5, 6, 18]

Для стерилизации фильтрованием применяют мембранные фильтры, фильтры из волокнистых материалов и керамические свечи.

Мембранные фильтры применяют для достижения высокой стерильности. Фильтрующей частью является мембрана — пористый диск, изготовляемый из эфиров целлюлозы или фторопласта, толщиной около 100 мкм с порами размером от 0,2 до 3 мкм. Они устойчивы к действию воды, разбавленных щелочей и кислот. После высушивания мембранные фильтры становятся хрупкими (особенно целлюлозные), поэтому в перерывах между использованием их хранят в дистиллированной воде с добавлением антимикробного средства. К группе фильтров из волокнистых материалов — бактериальных фильтров— относятся фильтры Зейтца и фильтры Сальникова (СФ). Основными частями фильтра СФ являются корпус, состоящий из крышек с входными штуцерами и рам (три или семь штук) с сетками и штуцерами. Для фильтрации служат асбестовые пластины, имеющие диаметр до 300 мм. Пластины вкладывают между рамами и крышками, которые соединяются друг с другом с помощью шпилек и гаек-барашков. Фильтруемая жидкость проходит через асбестовые пластины, попадает в межрамное пространство и выходит наружу через выходные штуцеры рам. Фильтр Сальникова, как и другие бактериальные фильтры, работает под давлением. Перед работой собранный фильтр подвергают тепловой стерилизации.

Стерилизация фильтрованием через мембранные и глубинные фильтры, задерживающие микроорганизмы и их споры, используется для растворов веществ, нестабильных при термической или других видах стерилизации.

Глубинные фильтры изготовляют из волокнистых материалов (хлопок, шерсть, стекловолокно, смесь целлюлозы и асбеста и др.). Эти фильтры имеют толщину 2—6 мм и удерживают микроорганизмы и частицы за счет адсорбционного, ситового и инерционного механизмов. Они устойчивы к воздействию высоких температур, органических растворителей и имеют обычно высокую производительность фильтрации.

Глубинные фильтры могут быть использованы для стерилизации растворов, в том числе содержащих микробные тела размером 0,3 мкм.

Однако размер их пор больше размеров улавливаемых частиц, что может привести к проскоку микрофлоры при нарушении температурного режима, колебании величины давления и pH, вызывающих снижение адсорбции микроорганизмов, длительной (более 8 часов) фильтрации.

Задержанные в глубине фильтра микроорганизмы могут прорастать в процессе длительной фильтрации и попадать затем в фильтруемый раствор. Кроме того, возможен отрыв волокон фильтра и загрязнение ими фильтрата. Особенно опасны в этом отношении фильтры из асбеста и стекловолокна.

Ранее для стерилизации растворов широко использовались также фильтры из сплавленных частиц стекла или фарфора. Однако они имеют малое количество пор и вследствие этого — низкую производительность. В последнее время глубинные фильтры вытесняются мембранными фильтрами.

Мембранные фильтры сетчатой структуры изготовляются из эфиров целлюлозы (ацетилцеллюлозы, этилцеллюлозы, нитроцеллюлозы) и их смесей, регенерированной целлюлозы, а также из политетрафторэтилена (тефлона), поливинилхлорида, акрила, нейлона и других полимеров. Их получают методом спекания, отливки, растягивания или выщелачивания.

Кроме того, выпускаются так называемые трековые или ядерные мембраны, получаемые облучением пленок полимеров, ускоренными тяжелыми ионами или продуктами радиоактивного распада, с последующим выдерживанием в протравливающем растворе до образования сквозных отверстий в следах (треках) прохождения радиоактивных частиц.

Выпускаются также составные фильтры, у которых мембрана располагается на пористой механически прочной подложке из бумаги или нейлона.

Главным требованием, которое предъявляется к стерилизующим мембранам, является удаление из фильтруемой жидкости всех жизнеспособных микроорганизмов, т. е. их вегетативных и споровых форм. Исходя из размеров различных микроорганизмов, в подавляющем большинстве случаев это требует применения мембран с размером пор 0,2 мкм. [18]

Читайте также:  Установка времени часы citizen eco drive

Следует учесть, что существует несколько видов бактерий, например, определенные виды микоплазм, которые проникают через мембраны с порами 0,2 мкм. Для их задержки требуются мембраны с размерами пор 0,1 мкм. Поскольку жизнеспособные микроорганизмы столь малых размеров редко содержатся в жидкостях, подлежащих стерилизационной фильтрации, а скорость фильтрации через мембраны с размером пор 0,1 мкм очень мала, то эти мембраны применяют лишь в специальных случаях.

Мембранные фильтры изготовляются в виде тонких дисков и фильтр- патронов. Диски мембран могут иметь диаметр от 13 до 293 мм, толщину от 10 до 300 мкм, а размеры пор от 0,1 до 10 мкм. Они используются в заводской и аптечной технологии, микробиологии, для аналитических целей при работе с малыми пли средними объемами жидкостей. Фильтр- патроны, содержащие в цилиндрическом каркасе складчатую мембрану с большой поверхностью, используются при объеме фильтруемой жидкости более 400 л.

Достоинством мембранных фильтров является то, что они задерживают все частицы, размеры которых превышают размер пор. Они имеют четко выраженную микропористую структуру, вследствие чего отфильтрованные микроорганизмы, споры и другие частицы остаются на их поверхности и могут быть затем подвергнуты микробиологическому или микроскопическому исследованию или использоваться для других целей. Мембранные фильтры не выделяют в фильтрат волокна, стабильны при нагревании до 130°С, но чувствительны ко многим растворителям.

Производительность по фильтруемой жидкости у них несколько меньше, чем у глубинных фильтров. В отличие от последних, они практически не поглощают фильтруемую жидкость.

Многочисленными фирмами-изготовителями выпускаются мембранные фильтры из различных материалов многих типоразмеров, предназначенные для применения в самых разнообразных отраслях производства и научных исследованиях. Наиболее известна продукция фирм «Миллипор» (США) и «Сарториус» (Германия). Много лет слова «мембрана» и «миллипор» использовались как синонимы.

Мембраны фильтрационные ацетатные МФА-А (по ТУ 6—05—1924—82) предназначены для очистки воды, спиртов, водных и спиртовых растворов лекарственных веществ от микроорганизмов и механических включений. Выпускаются 2 марки мембран в виде дисков с диаметром 142 и 293 мм и толщиной от 120 до 180 мкм. Мембраны марки МФА-А № 1 задерживают частицы размером 0,2 мкм и более; марки МФА-А № 2 — размером 0,5 мкм и более. Температура фильтруемой жидкости может быть от +3°С до +70°С, величина pH среды — от 1 до 10.

Мембраны стерилизуют насыщенным паром при 121 вС (0,1 МПа) в течение 30 мин. или антисептиками.

ПО «Тасма» выпускает также ряд других видов мембран. Для технологии лекарств представляют интерес также мембран «Владипор» типа МФА-МА, предназначенные для микробиологического, санитарно-гигиенического анализа воды, биологических, вирусологических, физико-химических анализов в лабораторных условиях. Эти мембраны выпускаются десяти номеров, начиная от размера пор в пределах 0,050 — 0,150 мкм (МФА-МА № 1) до размера 0,951 — 1,050 мкм (МОА-МА №10).

Для фильтрации разнообразных органических растворителей и водных растворов лекарственных веществ производятся также мембраны «Владипор» типа мфц на основе регенерированной метилцеллюлозы. В зависимости от назначения и производительности выпускаются 4 марки мембран для очистки от частиц размером не менее 0,15, 0,20, 0,45, 0,60 мкм.

В последнее время показано, что серийно выпускаемые в Институте физико-органической химии АН БССР микрофильтрационные капроновые мембраны «Мифил» с размером пор 0,2 мкм по своей стерилизующей эффективности, безвредности, механической прочности, устойчивости к автоклавированию н производительности не уступают лучшим зарубежным мембранным фильтрам.

Перед мембранными фильтрами для задержки крупных частиц и предотвращения быстрого забивания фильтра помещают предфильтры с более крупными порами. Для этих целей могут быть использованы и асбесто-целлюлозные фильтры, специальные сорта картона, фильтровальная бумага, фильтры из полимерных материалов и др. [6, 7]

Устройства и установки мембранной фильтрации.

Фильтрация растворов через дисковые мембраны может осуществляться под вакуумом или под давлением.

При фильтрации растворов под давлением можно одновременно проводить расфасовку фильтрата во флаконы. При вакуумной фильтрации расфасовка проводится после окончания фильтрации.

В первом случае установка включает фильтродержатель, воронку с уплотнителем, специальный зажим, пробку и колбу Бунзена (рис. 6), собранная установка может быть простерилизована с мембраной и без нее. Фильтрация под вакуумом (оптимально при 0,4—0,6 кгс/см ) используется для малых объемов хорошо фильтрующихся жидкостей и непригодная для вспенивающихся растворов.

Чаще стерилизацию фильтрованием проводят под давлением. Устройство для фильтрации под давлением — фильтродержатель — содержит два диска из нержавеющей стали. Снаружи верхнего диска ввинчен входной штуцер и предохранительный клапан, на нижнем диске закреплены выходной штуцер и три ножки. Между дисками помещена дренажная сетка, а на ней — опорная сетка с мембраной. Диски скреплены быстро съемными креплениями. Для уплотнения используются кольцевые прокладки из тефлона или силиконовой резины.

Контроль качества мембранных фильтров осуществляется следующим образом. Перед началом стерилизующего фильтрования и после него проверяют герметичность собранной установки и целостность мембранного фильтра, для чего чаще всего используют тест «точка пузырька».

Поры в мембранах можно рассматривать как тонкие однородные капилляры. Тест «точка пузырька» основан на том, что жидкость в этих капиллярах удерживается силой поверхностного натяжения, и минимальное давление, требуемое для вытеснения жидкости из капилляров, обратно пропорционально диаметру пор.

Тест проводится следующим образом. Мембранный фильтр смачивают жидкостью и постепенно увеличивают давление газа на смоченную мембрану, отмечая давление, при котором появляются пузырьки, что указывает на прохождение воздуха через капилляры мембраны.

Читайте также:  Установка катушки зажигания на бензокосу

Появление пузырьков при давлении более низком, чем указано в паспорте для данного фильтра, указывает на наличие повреждений мембраны или утечки в собранной системе. Совпадение давления с указанным в паспорте подтверждает не поврежденность фильтра. Так, для «Владипор» типа МФА-А № 1 оно должно быть не менее 0,4 МПа (4,0 кгс/см2) для МФА-А № 2 — 0,32 МПа (3,2 кгс/см2).

Важнейшей характеристикой мембранного фильтра является его производительность, определяемая обычно по скорости фильтрации дистиллированной воды. Для мембран типа «Владипор» МФА-А (49 1 она составляет от8 до 14 мл/см»-мин при давлении 0,05 МПа (0,5 кгс/см»), для мембран МФА-А № 2, имеющих большие размеры пор (0,5 мкм), она выше —от 17 до 25 мл/см“-мин при том же давлении. «Владипор» типа мфц при тех же величинах пор имеют примерно вдвое большую производительность. [8, 11]

Мембраны не должны быть токсичными по отношению к лекарственным веществам, не должны содержать каких-либо вымывающихся в фильтрат веществ, выдерживать стерилизацию

насыщенным паром при 121 0С. Время стерилизации (15, 30 или 45 мин) собранного фильтродержателя с мембраной зависит от диаметра фильтра (25, 142 или 293 мм, соответственно).

В последние годы широкое распространение получили фильтродержатели, которые используются совместно со шприцами и иглами для подкожных инъекций. Эти устройства, которые называют шприц — насадками, очень удобны для быстрой стерилизации небольших объемов растворов и широко применяются в медицине, фармации, различных лабораториях. Шприц — насадки выпускаются диаметрами 13, 25 и 47 мм, изготовляются из нержавеющей стали или пластмасс.

Фильтродержатели имеют на входе охватывающую часть люеровского соединения, в которую вставляется шприц, а на выходе — входящую его часть для присоединения иглы.

Различными фирмами выпускаются два основных типа шприц-насадок: разъемные многократного использования, а также предварительно простерилизованные шприц-насадки разового использования с мембранами, имеющими размеры пор 0,22 или 0,45 мкм. Эти устройства очень удобны, если они применяются вместе с предварительно простерилизованными иглами и пластмассовыми шприцами одноразового использования. С их помощью вручную можно быстро простерилизовать растворы небольших объемов, используя одновременно несколько шприц-насадок.

В ряде шприц-насадок мембрана имеет подложку с двух сторон, поэтому с их помощью фильтрацию можно проводить в обоих направлениях. Так, используя эти насадки, можно либо засасывать раствор из флакона в шприц, либо, вводить его шприцем во флакон или другой сосуд. Выпускаются также одноразовые шприц-насадки в патронном исполнении с норами 0,22 мкм.

При проведении так называемой асептической инъекции вначале заполняют шприц лекарственным раствором, затем из стерильной упаковки аккуратно извлекают шприц-насадку и присоединяют ее к шприцу. После этого шприц располагают вертикально, мембраной вверх, и медленно подают поршень вверх до полного выхода воздуха из шприца.

В результате мембрана увлажняется. Такая операция позволяет исключить воздушные пробки.

Возможна и обратная процедура, т. е. засасывание нестерильного раствора в стерильный шприц через стерильную шприц-насадку. По заполнении шприца снимают фильтродержатель, в шприц

вставляют новую стерильную иглу, после чего можно осуществлять инъекцию уже стерильного раствора.

Недавно показано, что при использовании разъемных шприц-насадок многократного использования фирмы «Сарториус» в сочетании с микрофильтрами «Владипор» типа МФА-можно эффективно освобождать инъекционные растворы как от мелких частиц, так и от возможной микрофлоры. Объем жидкости, которую можно пропустить через шприц-насадку, зависит от количества частиц в этой жидкости. Так, через шприц-насадку с диаметром 47 мм можно профильтровать 500—600 мл дистиллированной, 300—400 мл водопроводной воды или 4—8 мл сыворотки.

Эффективно освобождать инъекционные растворы как от мелких частиц, так и от возможной микрофлоры. Объем жидкости, которую можно пропустить через шприц-насадку, зависит от количества частиц в этой жидкости. Так, через шприц-насадку с диаметром 47 мм можно профильтровать 500—600 мл дистиллированной, 300—400 мл водопроводной воды или 4—8 мл сыворотки.

При внутривенном введении лекарств мембранные фильтры в качестве окончательных можно размещать также на аппарате для внутривенных введений. Такие устройства, имеющие мембрану с порами 0,22 мкм, выпускаются, например, фирмой «Миллипор».

Вторая область широкого использования шприц-насадок — стерилизация и освобождение от механических примесей небольших объемов растворов лекарственных веществ (антибиотиков, гормонов, витаминов и др., добавляемых к большим объемам инфузионных растворов, что широко используется за рубежом.

Шприц-насадки могут быть использованы для стерилизации при непрерывном розливе растворов. Для этих целей автоматический дозатор помещают между шприцем и фильтродержателем.

Оригинальная модификация шприц-насадки применяется в технологии глазных капель, изготавливаемых в аптеках Польши.

Мембранная стерилизующая фильтрация широко используется также при проверке лекарственных препаратов на стерильность, в особенности тех, которые содержат антимикробные агенты, ингибирующие рост микроорганизмов. Метод позволяет выделить микроорганизмы из препаратов, а затем определить возможное присутствие жизнеспособных микроорганизмов на самой мембране, поместив ее в питательную среду. Указанный метод недавно официально введен и в нашей стране. [17, 18]

Методу стерилизующей фильтрации наряду со многими достоинствами присущи некоторые недостатки, ограничивающие область и широту его применения. Главными из них являются следующие:

  • 1. меньшая надежность стерилизации по сравнению с тепловой стерилизацией конечного, готового, продукта в герметичной упаковке;
  • 2. высокая стоимость процесса, требующего жестких условий по микробной чистоте помещений;
  • 3. трудности технического порядка (ограничение скорости фильтрации размерами пор, сравнительно небольшой срок службы мембран, проблемы контроля целостности фильтра и эффективности стерилизации).
Читайте также:  Установка задней полуось 2121

Тем не менее это направление очень интенсивно развивается за рубежом и в нашей стране, многие недостатки преодолеваются, метод все шире используется на практике, в особенности когда нельзя применять методы тепловой или радиационной стерилизации, а также для освобождения от микрофлоры перед тепловой стерилизацией.

Заводы Шотта (ГДР) выпускают стеклянные бактериологические фильтры-воронки, впаянные в колокол. В качестве фильтрующего материала используются стеклянные пластины с диаметром пор 0,7—1,5 мкм. Фильтрование осуществляется при помощи вакуума. Склянка для сбора стерильного фильтрата помещается внутрь колокола под фильтр-воронку. Разрежение создается через трубку в боковой поверхности колокола. Стеклянные фильтры-воронки перед, употреблением стерилизуют паром при избыточном давлении при температуре 120+2вС в течение 20 мин или воздушным методом при температуре 180 °С в течение 1 ч.

Фильтрационные пластины сразу же после работы должны быть промыты струей воды дистиллированной для удаления механических частиц с поверхности. Если же пластины будут использоваться для растворов с разным составом, то их необходимо подвергнуть химической очистке. Для этого фильтрационные пластины заливают смесью равных частей 2 % раствора натрия или калия нитрата и перхлората в концентрированной кислоте серной, подогретой до температуры 100 °С, и оставляют на ночь. Затем пластины промывают горячей водой дистиллированной под вакуумом до отсутствия в промывных водах ионов сульфата, определяемых раствором бария хлорида. Продукты реакции при обработке фильтрационных пластин указанной смесью легко растворяются в воде и не адсорбируются фильтром. Нельзя использовать для очистки пластин смесь калия бихромата с кислотой серной, так как ионы трехвалентного хрома прочно адсорбируются фильтром.

Недостатками керамических и фарфоровых фильтров является продолжительность стерилизации, потеря раствора в порах толстого фильтра, образование микротрещин из-за хрупкости фильтров и, следовательно, ненадежность стерилизации. Кроме того, при длительной эксплуатации фильтры могут прорастать микроорганизмами. Очистка фильтров от остатка раствора весьма затруднительна, поэтому для каждого раствора необходимо иметь отдельный фильтр. [17, 18]

Бумажно-асбестовые фильтры в виде пластин применяют в качестве фильтрующей поверхности в фильтре Сальникова, который представляет собой металлическую раму, зажатую между двумя сферическими дисками. Другой разновидностью фильтров из волокнистых бумажно-асбестовых материалов является фильтр Зейца— пластины из клетчатки и асбеста с размерами nop 1 —1,8 мкм. Эти фильтры часто применяют при изготовлении растворов для инъекций в заводских условиях, но они могут быть использованы и в крупных аптеках лечебно-профилактических учреждений.

Бумажно-асбестовые фильтры не рекомендуют для стерилизации инъекционных растворов, поскольку они состоят из волокнистых материалов, имеется угроза отрыва волокон от фильтра. Попадая в организм с раствором, волокна могут вызывать различные патологические реакции.

Получившие в последние годы большое распространение для стерилизации фильтрованием микропористые мембранные фильтры лишены этих недостатков. Мембранные фильтры представляют собой тонкие (100—150 мкм) пластины из полимерного материала, характеризующиеся ситовым механизмом задержания микроорганизмов и постоянным размером пор. Принято считать, что средний размер пор фильтра, гарантирующего получение стерильного фильтра А, составляет 0,3 мкм. Во избежание быстрого засорения фильтра мембраны используют в сочетании с предфильтрами, имеющими более крупные поры. При стерилизации больших объемов растворов оптимальным является применение фильтров обоих типов.

Разрабатываются микропористые фильтры на основе различных полимеров. Мембранные фильтры «Владипор» из ацетата целлюлозы типа МФА могут быть использованы для очистки от механических примесей и микроорганизмов растворов лекарственных веществ, имеющих pH в пределах от 1,0 до 10,0. Фильтры «Владипор» имеют 10 номеров or 0,05 до 0,95 мкм. Для стерилизации растворов лекарственных веществ предназначены фильтры МФА-3 и МФА-4 со средним размером пор соответственно 0,25—0,35 и 0,35—0,45 мкм. Выпускаются они в виде пластин и дисков разного диаметра. Фильтры типа МФА до фильтрования стерилизуют насыщенным водяным паром при избыточном давлении, температура 120+2 °С или сухим горячим воздухом при температуре 180°С, обработкой формальдегидом, этанолом, водорода пероксидом, окисью этилена, УФ или радиационным методом.

Перспективными являются также полимерные пленки с цилиндрическими порами — ядерные фильтры.

Стерилизующее фильтрование осуществляют в установках, основными частями которых являются фильтродержатель и фильтрующая среда. Используют два типа держателей: пластинчатые, в которых фильтр имеет форму круглой или прямоугольной пластины, и патроны, содержащие один или больше трубчатых фильтров. Перед фильтрованием производят стерилизацию фильтра в держателе и емкости для сбора фильтрата насыщенным водяным паром при температуре 120+2 °С или горячим воздухом при температуре 180 °С.

Стерилизующая фильтрация с помощью фильтров имеет преимущества по сравнению с методами термической стерилизации. Для многих растворов термолабильных веществ (апоморфина гидрохлорида, викасола, барбитала натрия и др.) он является единственно доступным методом стерилизации. Стерилизующая фильтрация перспективна для стерилизации глазных капель, особенно с витаминами, которые готовят в условиях аптек в больших количествах. Использование мембранных фильтров обеспечивает чистоту, стерильность и апирогенность растворов.

Во ВНИИФ успешно прошла испытание установка для стерилизующего фильтрования (УСФ-293-7). Производительность установки: за 20 мин происходит фильтрование и розлив 20 л раствора во флаконы по 400 мл. Метод стерилизации фильтрованием является перспективным для использования в условиях аптек. Этот метод можно использовать для стерилизации инъекционных растворов, глазных капель, концентратов для бюреточной установки, жидких лекарственных форм для новорожденных и детей до 1 года. [12, 15]

источник