（医疗药品管理）超滤技术在制药工业中除热原的应用.docx

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1、【最新卓越管理方案 您可自由编辑】（医疗药品管理）超滤技术在制药工业中除热原的应用20XX年XX月多年的企业咨询顾问经验，经过实战验证可以落地执行的卓越管理方案，值得您下载拥有超滤技术于制药工业中除热原的应用膜科学和技术1999年第19卷第3期812页楼福乐毛伟钢陆晓峰梁国明(中国科学院原子核研究所，201800)陆文达黄梅菊(福达药业XX公司，201400)摘要介绍了热原的本质，它的定量表示及测定方法。随着膜别离技术的快速开展，采用超滤 法去除注射液中的热原已于医药行业实际应用。列举了国外多项应用实例，且介绍了中国科 学院原子核研究所生产的卷式超滤装置于药液除热原工艺中的使用情况。关键词热原

2、超滤卷式超滤装置分类号TQ028. 8随着膜别离技术的迅速开展，于制药工业中应用超滤膜别离工艺除去(或降低)注射用 药物(药液)中热原含量，使之符合药典规定，正于日益广泛的应用。例如日本、美国药典 允许大输液除热原采用反渗透和超滤单元。而国内也正于探索和寻求用国产超滤设备去除热 原的方法和工艺。中国科学院原子核研究所研制、生产出多种材质和规格的超滤膜以及板框 式和卷式超滤系列设备，已于许多领域应用，为了于制药工业除热原工程的推广使用，笔者 于有关文献的调研基础上进行了应用试验工作，且取得成功，从而促进超滤法除药液中热原 这壹工艺得到应用开发。1热原1.1热原的本质M. Thmas等指出，热原(

3、Pyrogen)又称内毒素(Endotoxin)，产生于革蓝氏阴性 (Gram-nagative)细菌的细胞外璧，亦即细菌尸体的碎片。它是壹种脂多糖物质 (Lipopoly-saccharide),简称LPS,其相对分子质量从几千到几十万不等，根据产生它的 细菌种类而定。于水溶液中，其相对分子质量可为几十万到几百万不等。最近已揭示了类脂 A (Lipid)也是热原物质，构成为危害人体的内毒素，相对分子质量大约为2000o永田彦等指出，发热性物质即热原有俩类：壹类是低相对分子质量发热物质收稿日期：1998-10-12；修改稿收到日期：1998-11-23第壹 男，56岁，高级工程师(Pyreti

4、ce),另壹类是高相对分子质量发热物质(Pyrogen),它们统称为内毒素。壹般认 为热原是指细菌发热物质，它由革蓝氏阴性细菌的细胞壁的外膜构成。更进壹步分析其主要 成份是脂多糖(LPS)及类脂A,是热原的活性局部。它们的相对分子质量壹般为1万2.5 万，于水溶液中形成缔合体，相对分子质量可达50万100万。这类物质具有耐热性和化学 稳定性，不易被除灭。表1LPS加热失活时间加热温度 LPS失活时间/min25030之上20060之上180120之上1.2热原的定量表示热原能够用浓度来定量标度。文献大均以每毫升克数为浓度单位，壹般单位为ng/mL即10-9g/ml,或pg/ml,即10-12g

5、/mlo也有采用EU/ml为热原单位。我国1998年药典确定用 EU/ml为热原单位。俩个单位之间的换算关系比拟复杂，因为来自不同种类细菌的热原毒性 表现不尽壹致。美国有关部门对大量试样数据采用概率统计方法提出如下结果：对EC2类细 菌lng/ml = 5EU/ml；类细菌lng/ml = 10EU/mlo日本药检部门方案对EKT类细菌lng/ml = 8EU/mlo13热原的测定方法热原的分析、测定方法主要有赏试剂法和家兔法。13.1 道试剂凝胶法该法是利用邕试剂检测供试品中或其外表可能存于的细菌内毒素浓度的壹种方法。目 前，各国药典收载的细菌内毒素试验法均包含凝胶法。药品细菌内毒素检查是以

6、凝胶法为基 础，通过试验证明供试品某壹浓度对凝胶法不存于干扰作用后，于供试品的有效浓度范围内，根 据供试品的内毒素限值进行检测的壹种方法。13.2 家兔法该法那么为各国药典中规定的标准检测方法，可简述为取3只健康家兔各注入规定量的试 样，于壹天内单兔体温上升不超过0.6, 3兔总升温不超过1.4,即被认为试验中热原含 量合格。13.3 原对人体的危害据文献2报道，将热原浓度为5ng/ml的试样注入家兔体内，总量到达50ng/kg （体重） 时，家兔体温上升值达0.6。人体感染发热的灵敏度是家兔的3倍。如有微量热原混入药 剂中注入人体血液系统，会导致严重发热，甚至引起死亡。因此，尽可能降低药液中

7、热原的 含量是十分必要的，特别当注射液（如大输液）用量较大时，对热原的浓度要求应更为严格。 例如长征制药厂对大输液的热原合格指标控制值为0. 25EU/mlo2超滤膜别离法去除药液中热原注射用药液（或注射用水）除热原，使之符合药典的检测规定，是医药工业中的基本生 产环节。目前，壹般介绍除热原的方法有以下3类：蒸储法生产去热原水，作注射用水、洗涤水等，但其本钱较高。吸附法除热原。其中方式壹是外表吸附剂吸附致热性物质，而让产品物质通过。方式 二是吸附剂吸附产品物质，让热原流出，再把产品物质从吸附剂外表解析回收。用作吸附的 物质能够是硅泥、活性炭和离子交换树脂等。禁止使用石棉作为吸附剂。膜别离法除热

8、原作为壹种新工艺、新技术，正于制药行业推广应用。2.1超滤法除热原超滤法除热原是壹种物理别离方法，选用何种规格的超滤膜为宜，首先须了解药液中e热原的相对分子质量大小、性质以及浓度。文献1提出，由于脂多糖的终端结构类脂A具有较小的相对分子质量，因此需选用切 割相对分子质量小于5000相对分子质量的超滤膜。如果选用截留相对分子质量为1万至20 万的超滤膜，除去相对分子质量为几万到几百万的热原，那么应再使用热原吸附剂除去小相对 分子质量的热原，包括相对分子质量约为2000的类脂A。这些不同规格滤膜的平均孔径为2nm到 0. 1 u m稻见良秋等报道，用超滤法除热原，必须采用孔径为Inm的超滤膜，截留

9、相对分子质 量 6000 左右。但产量低，处理量大时，设备大型，压力要求也较高。其次，采用截留相对 分子质量规格为5000或10000的超滤膜除热原，对局部含有较大相对分子质量成份的药液 是不合适的。因为，于除去热原的同时会把药液中的有效成分阻留和吸附，使产品得率大受 影响。因此，也有选用10万至30万截留相对分子质量的滤膜除去大局部发热性物质后（产 品物质基本上通过滤膜），再采用热原吸附剂除去余下局部热原，使得产品收得率既高，去除热原效果又好。为了提高产量，采用聚酰胺(尼龙)为原料制成的微孔滤膜，过滤热原浓 度为20ng/ml的自来水，由于材质具有特异的吸附热原的特性，过滤后的水质符合药典规

10、定，其 产量高达 2000L/ (m2*h)oK.Mueeller报道，除热原用超滤膜的截留相对分子质量规格是6000o永田彦于其专利中称，壹般的注射液，为除去低相对分子质量发热物质，采用截留相 对分子质量1万的超滤膜。田原修等采用截留相对分子质量为1万的超滤膜，平板式装置，除去乳酸钠中的热原。桥本雅文指出，壹般从低相对分子质量药液中去除热原采用截留相对分子质量为1万 的滤膜，包括静脉注射液除热原。M. M. Solin报道，用尼龙66制成的带电荷微孔滤膜，孔径大小为0.1、0.2um和 0. 45um,也可用于对相对分子质量为4万的葡聚糖溶液除热原。其中0. 45 1im的微孔膜作 预处理，

11、0. 1 u m和0.2 u m的微孔膜进壹步作除热原处理。综上所述，超滤膜孔径及材质的选择，需视被处理药物的相对分子质量、特性，及药品 中热原的含量而定，通过工艺试验选择最为合适的超滤膜规格及处理工艺。2.2 超滤法除热原的效率由于超滤膜的活性层很薄，用久了可能会出现针孔，降低截留率造成热原和细菌的泄漏， 另外设备结构上的不合理也可能存于卫生死角而影响滤清液的质量，假设再加上存于类脂A的 致热物质，因此超滤除热原的效果往往达不到百分之百的清除，表2就文献报道中的有关数 据予以归纳。表2超滤除热原效率SOD药液除热原约1万1 - 1099. 9-99. 9910HAS的精制1300399.88

12、乳酸钠除热原971制备超纯水7. 198.60.01自来水除热原20合格900.2药液500970. 1工程热原浓度/ (ng mlT) 原液滤清液由表2可见，超滤膜对热原的去除率较高，变化范围较宽，高达99.99%,低为90%之上。究 其原因可知，热原是壹类形态和相对分子质量均不确定的物质，热原的种类、浓度随药液而 异，因此热原去除率也是个多因素决定的量。3超滤除热原国内外应用实例1。去除率 /%滤膜规格截留相对分膜孔径/um子质量/万SOD药液除热原用二级处理工艺，超滤+吸附法，使SOD药液的回收率、产量、重复性、可靠性和经济 性方面均十分优异。滤膜截留相对分子质量为10万，对牛血清蛋白(

13、相对分子质量6.7万)的截留率为60 80%,二级脱热原吸附剂经筛选后确定，对药液的化学组分适当调整，有利于提高收率。超 滤膜的再生采用通常的lmol/L的NaOH浸泡处理，吸附剂的再生经三步处理。SOD药液经家 兔法检测，呈阴性。处理结果列于表3o表3超滤、吸附法除SOD药液中热原发热性物质去除方法热原浓度/ (ng ml) t SOD回收率/%处理前处理后膜过滤+去热原吸附剂处理约1万0.01以下96膜过滤约1万 11098吸附法(比拟例)约1万101003.1 治疗脑血栓新药(Prourikinase )除热原不本药品为治疗脑血栓的特效药，注射治疗，药品中的蛋白质相对分子质量约5万。为此

14、 而研制了截留相对分子质量规格为30万的超滤膜，用作壹级超滤处理。二级处理亦用脱除 热原吸附剂。处理后的主要结果见表4O表4超滤、吸附法除Prourikinase药液中热原发热性物质去除方法内毒素浓度/ (ng ml) t 处理前处理后药液成分收得率 /%膜过滤+去热原吸附剂处理0. 11万0.0190膜过滤0. 11万1-1098脱热原吸附柱(比拟例)0. 11万101003.3乳酸钠除热原由于质量分数为70%的乳酸钠粘度高，采用截留相对分子质量1万的滤膜过滤时通量较 低。为了提高产量，采取对设备、管路夹套加热的方法，使料液升温至5060,这个措施 明显地提高了处理产率，如图1可见，58时的

15、过滤速度为40时的2.5倍，而热原去除率 保持于97%之上。温度超过60后，由于膜孔径放大，膜的截留率下降，致使除热原效果明显 下降。所以说，超滤法除热台对不同的药液均有壹个确定工艺条件的试验过程。图1超滤产量和料液温度关系3.4制备超纯水采用超滤组件+离子交换+离子交换纤维三级处理流程，构成小型化超纯水制备装置，满 足电子、医药、精密化学分析等部门的使用要求。其中离子交换纤维是专利成果。超滤膜的 别离孔径为10nm,内径250u m,膜厚3011nb过滤面积1. 6m2,装填混合树脂MB-2型1. 8L, 纤维混合体0.2L,流速50L/h,装置体积45cmX45cmX 25cm,质量20k

16、g,壹次可制纯水600L, 水质指标详见表5o表5超纯水制备水质壹览表工程比电阻/ (M Q cm)钠/ (ng gT)二氧化硅/ (ng g-1)细菌/(个 ml-1)热原/ (ng ml-1)0. 2Hm 微粒 /(个 ml-1)有机物/ (ng gT)原水0.016009800.67. 11X105900超纯水18150. 10, 115703.5 超滤+吸附法工艺M. ThomasR经过大量试验，建 了 “超滤+吸附法”除热原新工艺。该工艺中使用的 超滤膜的截留相对分子质量为1万20万，膜的平均孔径为0.0020.1U川，通常为3 20nm,这种膜具有较大的空隙和较高的通量，可去除相对

17、分子质量数万至几百万的热原，然 后用除热原吸附剂除去相对分子质量几万以下的热原以及相对分子质量大约为2000的类脂A 物质。该工艺于超滤膜使用较长时间截留率降低后，热原也能够被吸附剂除去，且且相对分 子质量为2000的类脂A也能有效去除。该工艺能够使医药的有效成分很容易地透过膜，从而 提高药品的收得率。该工艺使用的超滤膜材质有聚飒、聚丙烯月青、聚酰胺等，设备形式能够为中空纤维、卷 式、折叠式或板框式等。这些不同形式的设备各具有特点，其中由卷式超滤组件构成的设备 膜面积大，滤膜更换方便，但对原液的预处理要求较高。中空纤维超滤组件的滤膜装填密度 高，泵容量小，但不能单独换膜，对原液预处理要求高。板

18、框式超滤设备原液预处理容易， 滤膜可单张更换，单设备体积较大，预清洗有壹定难度。该工艺采用多种材质和型号的吸附剂。对原液中的热原浓度要求低于lOng/ml为宜。该工艺的应用实例包括制备酶制剂，合成蛋白质、肽、荷尔蒙和多糖物质的药类，大输 液如葡聚糖输液、果糖输液、葡萄糖输液等。柠檬酸钠注射液的生产也可采用本项工艺。应用实例，人体血清蛋白（HSA）的精制，先用截留相对分子质量为10万的中空纤维超 滤膜组件过滤，再流经装有吸附剂的吸附柱。HAS的质量分数从5%降至3. 2%或3%,热原那么 从1300ng/ml分别降至3ng/ml和0. 016ng/ml。产品的回收率为60%,超滤热原的去除率为

19、99. 8%,全工艺为 99. 998%o4原子核研究所超滤除热原应用实例4.1 硫酸（双庆）链霉素药除热原试验第四制药股份XX公司采用卷式超滤器小装置，配以2万截留相对分子质量的膜柱，进 行了硫酸（双庆）链霉素药除热原试验，除热原效果如表6所示。表6家兔法测试热原结果试验结果说明，采用超滤法代替传统的活性炭吸附热原，对硫酸（双庆）链霉素生产是可行 的。试验 序号处理前处理后I II III I IIIII家兔测试升温/药剂 回收率 /%11.001.050. 700. 350. 300. 2594.020. 601.750. 950. 400. 250. 1592.330. 800. 601

20、.300. 400. 250. 2097. 141.201.300. 800. 250. 250. 2094.94.2 中药制剂黄黄注射液的除热原超滤福达制药XX公司HPL型板框式超滤器，配备1万截留相对分子质量的PES膜，进行中药 制剂黄黄注射液的除热原超滤，再经适量活性炭吸附，使成品热原合格率（无论经邕试剂凝 胶法仍是家兔法检测）从原来经常波动到目前 100%合格。由于中药液有效成分，如黄酮类、生物 碱类、总贰类等成分，其相对分子质量均于1000以下。因此，中药制剂尤其是注射剂使用超 滤除热原除菌是最合适的，能够使产品到达静脉注射剂的质量标准。4.3 氨基酸产品的除热原试验和天厨味精厂合作

21、进行了超滤法氨基酸产品的除热原试验。试验按实际生产的八分之壹 （500L）进行，采用HW型卷式超滤器和截留相对分子质量1万的SPES型超滤膜，于运行压力、 流量、温度和浓缩倍数对产量的影响试验工作基础上，以最正确运行参数进行除热原试验，取得了 良好效果，结果见表7O于中试取得成功的基础上，该厂装配了原子核所生产IIW4-2型卷式 超滤器（有效膜面积48nl2）,已投入生产，运行壹年多来，情况很好。表7氨基酸除热原试验结果试验 日期样品名称样品稀 释倍数赏试剂法 测试结果家兔法 测试结果05-28丙氨酸原液5阳性丙氨酸超滤透过液阴性合格05-29谷氨酸原液5阳性谷氨酸超滤透过液阴性合格06-21

22、谷氨酸原液5阳性不合格谷氨酸超滤透过液阴性合格06-22赖氨酸原液5阳性谷氨酸超滤透过液阴性合格07-16丙氨酸原液5阳性丙氨酸超滤透过液（第Imin）阴性丙氨酸超滤透过液（第40min）阴性丙氨酸超滤透过液（第67min）阴性丙氨酸超滤透过液（第 UOmin）阴性膜别离技术，尤其是超滤技术已被国际上公认为20世纪末至21世纪中期最有开展前途的壹项重大生产技术，目前不仅只是研究、研制，同时已于各个领域尤其是制药工业中正于 兴起应用的高潮。原子核所生产的和正于研制的各种规格的超滤、钠滤膜，HW型卷式和HP 型板框式超滤器，将尽可能地满足各个领域的需求，使我国的膜别离技术赶上和到达国际水 平。参考

23、文献IThmasM, EscoubanneM. Preparationofpyrogen-freesolutionformedicaluse. EurPatAppl, 312104. 1989-03-191永田彦。发热性物质去除方法。日本，公开特许公报，平 1T96294。1989-08-182中华人民共和国卫生部药典委员会编。细菌内毒素检查法。见：中华人民共和国药典： 二部，附录XIE。：化学工业出版社，19953黄清泉，夏振民。药品细菌内毒素检查的实验设计。中国药学杂质，1997, 32 (2) ： 24 稻见良秋。微孔膜去除热原。日本，公开特许公报，平 2-18026o 1990-07-

24、13MuellerK. Removalofpyrogenbysteam-steril izableultrafiltrationmembrane. TntChim, 1 989, 302:1471496田原修。乳酸钠热原的去除方法。日本，公开特许公报，平 3-3146117o 1991-06-21桥本雅文。热原的去除方法。日本，公开特许公报，平 1-196295。1989-05-267 SolinMM. Depyrogenizationofpolysaccharidesolutionsbychargedmembranemicrofilte rs. ( I ) Theefficlencyofde

25、pyrogenizationandtheporousstructureofmicrofiIters. Kh im-Farm, 1991, 25 (7) : 7882ToahioY, TakishiK. Ultrapureinsustrialwaterproduction.日本，公开特许公报，昭 62-11592.1987-01-208 TadakiK. Apparatusandmethodforproductionofpyrogen-freewater.日本， 公开特许公报， 平 2-9492. 1990-01T 2WilliammVC. Anoverviewofpresentandfurtu

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27、r. Desalin ation, 1991,80(2-3) : 105112ApplicationofultrafiltrationtechnologytoeliminatingpyrogeninpharmaceuticalindustryLouFule, MaoWeigang, LuXiaofeng, LiangGuoming(ShanghaiInstituteofNuclearResearch, AcademiaSinica, Shanghai201800)LuWenda, HuangMeiju(ShanghaiForwardPharmaceuticalCo. Ltd, Shanghai

28、201400) AbstraetTheessence, quantificationunitsandmeasuremethodsofpyrogenareintroducedin thispaper. Withthedevelopmentofmembraneseparationtechnology, u1trafi1trationtechn ologycanbeusedtoeliminatepyrogenofinjectionmedicine. Inthispaper, manypracticalap plicationsinthisfieldaredescribed. Theresultsofeliminatingpyrogenofinjectionmedi cinebyspringwoundultrafiltrationdevicewhichisproducedbyShanghaiInstituteofNucle arResearcharecommented.Keywordpyrogenultrafi1trationspringwoundultrafi1trationdevice