除菌过滤器仿佛是一位守护者用板框隔膜压滤机的智慧守护着每一滴清澈的液体不让任何污染物侵袭
在20世纪60年代,膜过滤技术悄然进入市场,当时人们普遍认为0.45微米的膜过滤器已经能够达到“除菌级”。这些薄膜过滤器被广泛应用于生物制品和液体药品的生产过程中,以去除细菌、酵母、霉菌以及非生物颗粒物。为了检验和确认过滤效果,一种名为粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)的标准菌株被采用。但是,随着时间的推移,美国FDA Bowman博士在1967年后期发现了一种微小细菌,即缺陷短波单胞菌(Brevundimonas diminuta),这类细菌可以穿透0.45微米的孔径。当其挑战密度达到10⁴-10^6个细胞/c㎡时,这些细菌就能通过这样的筛网。因此,从此以后,更高级别的过滤材料,比如具有0.2或0.22微米孔径的膜,被广泛用于提供更严格的除菌效果。至今,这种微小短波单胞菌(B.diminuta ATCC®19146™)仍然作为检验除污一级过滤器性能的一个标准。
最近,一种新的挑战出现了:一种能夠穿透0.1微米过滤器的小型细菌——Leptospira licerasiae,在Genentech生物科技公司的一次实验中被发现。这不仅表明了当前使用的大多数筛网可能不足以阻挡所有潜在威胁,还预示着将来可能需要进一步提高过滤水平,或是在工艺流程中增加额外安全措施,如巴氏消毒或紫外线消毒,以监控并控制这些极小病原体。
那么为什么我们定义一个“除污”级别为0.22μm?根据物理学公式,我们可以计算出实际孔径大小:
d = 毛细管直径 (孔径) k = 形状校正因子 σ = 润湿液体表面张力 P = 克服表面张力的压力 θ = 液体与毛细管壁接触角
从这个角度来说,所谓“除污”的尺寸并不重要,而是一个功能性定义。在ASTM F838-15标准中,如果一个模拟环境下至少有1×107cfu/cm²有效面积上的缺陷短波单胞虫对该设备进行挑战,并且能够重复地稳定产生无污染后的产品,那么这个设备就是合格的。
最大的好处是这种方法既能有效地去除液态中的生物颗粒,又不会破坏产品本身的心理、化学和生物稳定性。这项技术早已开始商业化生产,但直到二战之后才真正得到普及。而它发展历经三个主要阶段:从瓷质模块到石棉纺织层再到现代薄膜技术,每一步都带来了新的进步(Levy, 2001)。