Полиамидные мембраны и фильтрующие элементы на их основе

Микрофильтрационные полиамидные мембраны и фильтрующие элементы на их основе

в процессах осветления и стерилизации жидких лекарственных форм

С. А. Тарасова, руководитель отдела маркетинга и продаж ООО НПП «Технофильтр»

Ю. А. Федотов, к.х.н., руководитель отдела разработки и производства микрофильтрационных мембран ООО НПП «Технофильтр».

Среди методов мембранного разделения особое место принадлежит микрофильтрации (МФ), которая применяется для разделения систем жидкость (газ) - твердые частицы через мембранный фильтр с целью получения фильтрата, очищенного от коллоидных или взвешенных микрочастиц размером 0,05-10 мкм, а также микроорганизмов. В биофармацевтической промышленности мембранная микрофильтрация является неотъемлемым этапом промышленных технологий переработки на стадиях осветления и стерилизации жидких лекарственных форм. Мембранные микрофильтры широко применяют в процессах получения стерильной воды, офтальмологических растворов, диагностических реагентов, инфузионных и инъекционных форм, антибиотиков, культуральных сред, препаратов крови, биологических жидкостей. Выбор мембранного фильтрования в качестве предпочтительного метода разделения определен высокими требованиями к микробиологической чистоте и безопасности лекарственных препаратов.

До крупномасштабного внедрения мембран для очистки ЛС применялись глубинные фильтры различных конструкций на основе хлопчатобумажных, волоконных материалов, сферических частиц стекла, металла или полимера. Хотя в настоящее время известны глубинные фильтры, которыми можно извлекать из жидкостей частицы с размером 1 мкм и менее, они имеют ряд ограничений по сравнению с мембранными. Нестабильная матрица глубинных фильтров, а также то, что их работу нельзя подвергнуть проверке на целостность, является существенным недостатком и приводит к невозможности их использования на финишных стадиях очистки в критических сферах применения. Поэтому глубинные фильтры применяются для предварительной фильтрации в целях увеличения ресурса работы мембранных элементов, или в процессах осветления, где не требуется количественное удержание микрочастиц.

Полимерные микропористые мембраны, получившие в настоящее время наибольшее распространение в процессах МФ, являются тонкими (как правило, 100-150 мкм) полимерными пленками, имеющими на микроскопическом уровне вид капиллярного, сетчатого или губчатого каркаса, отдельные элементы которого представляют собой неразрывное целое, а порами являются просветы между звеньями этого высокопористого каркаса. Исключение составляют ядерные (трековые) мембраны, полученные путем облучения тонких полимерных пленок (~ 10-20 мкм) частицами высокой энергии и их последующей физико-химической обработкой.

Полимерные мембранные фильтры имеют разброс размеров пор в гораздо более узком интервале, чем глубинные, что позволяет надежно достигать требуемую эффективность разделения, в том числе частиц размерами порядка размеров бактерий (не более 0,2 мкм). Другим важнейшим отличием мембранных фильтров является возможность многократного использования неразрушающего метода контроля их качества, как в процессе получения, так и процессе использования.

Известно, что одну из лидирующих позиций в производстве мембран для МФ занимают полиамиды, что обусловлено комплексом присущих им свойств - термостабильностью, стойкостью к действию многих растворителей, природной гидрофильностью, предельно малым содержанием экстрагируемых веществ.

ООО НПП «Технофильтр» (г. Владимир) более 10 лет занимается разработкой и изготовлением микрофильтрационных полиамидных мембран на основе капрона. Мембраны микропористые капроновые (ММК) представляют собой пористые пленки белого цвета, изготовленные из алифатических полиамидов (nylon-6 и nylon-66) по собственной запатентованной технологии мокрым способом формования с широким диапазоном размеров пор. Структура полиамидных мембран имеет крупноячеистое строение, причем стенками ячеек являются тонкие микропористые перегородки. Такое строение предопределяет непрерывность полимерного каркаса мембран и обеспечивает прочность и эластичность в сухом и смоченном виде, что приводит к удобству и простоте в работе с данными мембранами. ММК не теряют своей прочности и эластичности при многократных сгибаниях. Это свойство с успехом используется при изготовлении гофрированных патронных фильтрующих элементов с сохранением целостности материала.

Мембраны ММК устойчивы к механическим, химическим и термическим нагрузкам, биологически инертны. Благодаря достаточно высокой пористости и тщательно контролируемому размеру пор мембрана ММК обладает высокой эффективностью удержания микрочастиц при одновременном достижении отличных показателей соотношения скорости потока и падения давления.

Полиамидные мембраны по своей природе гидрофильны и сразу же смачиваются водой и водными растворами. ММК устойчивы в водных средах со значениями pH от 2 до 13, а также в большинстве органических растворителей. Одним из основных требований, предъявляемых к современным микрофильтрационным мембранам для производства ЛС, является способность последних к многократной термической стерилизации. Мембраны ММК хорошо выдерживают стерилизацию насыщенным паром в автоклаве при температуре 1200 ±10C без изменения механических и структурно-фильтрационных характеристик. Следует отметить, что производительность ММК после стерилизации практически не изменяется, что является существенно важным показателем при эксплуатации. Кроме паровой стерилизации могут быть использованы радиационная стерилизация г-облучением и химическая стерилизация раствором перекиси водорода. Специалистами предприятия постоянно ведется работа по усовершенствованию технико-эксплуатационных характеристик мембран. В настоящее время получены партии модифицированных капроновых мембран с повышенной термостойкостью, способные выдерживать многократную стерилизацию при 1340C.

Мембраны марки ММК прошли токсикологические и медицинские сертификационные испытания и рекомендованы для решения задач тонкой и стерилизующей фильтрации жидких сред в фармацевтической, медико-биологической, парфюмерно-косметической промышленности.

Модификацией базовых микрофильтрационных мембран ММК, получены мембраны, обладающие положительным дзета-потенциалом (от 4 до 40 mV). Положительный заряд позволяет удерживать отрицательно заряженные микрочастицы, размеры которых существенно ниже абсолютного размера пор мембраны. Исследованиями, проведенными в ГОС НИИ ЭЧиГОС им. А. Н. Сысина, установлено, что модифицированные мембраны ММК+ способны при фильтрации зараженной воды задерживать до 100% колифагов и вирусов, например, вирус полиомиелита. Положительный заряд позволяет удерживать не только вирусы, но и различные бактерии, токсины, микоплазму и пирогены. Данные мембраны рекомендованы для обеззараживания воды, концентрирования и контроля содержания вирусов в водных объектах, депирогенизации водных растворов.

Полиамидные мембраны выпускаются в виде дисков и пластин различных размеров и могут использоваться в дисковых держателях и фильтр-прессах как в аналитических целях, так и для мелкомасштабной промышленной фильтрации (до 400 л).

Задачи крупномасштабной фильтрации решаются с помощью патронных фильтров. Для этих целей наиболее технологичной конструкцией являются гофрированные мембранные элементы патронного типа.

Следует отметить, что на сегодняшний день НПП «Технофильтр» является единственным отечественным производителем, выпускающим фильтрующие элементы патронного (ЭПМ) и капсульного (КФМ) типов на основе различных микрофильтрационных полимерных мембран.

На основе полиамидной мембраны производятся мембранные патронные элементы марки ЭПМ.К (близкие аналоги элементов Ultipor и Nylaflo фирмы Pall, Sartolon фирмы Sartorius AG).

Фильтроэлементы имеют общепринятую в мировой практике конструкцию в виде цилиндра, состоящего из фильтрующего пакета, содержащего гофрированную мембрану в один или два слоя, расположенную между двумя слоями нетканого полипропиленового или лавсанового полотна. Фильтрпакет, скрепленный по краям термосваркой, помещен между двумя перфорированными опорными корпусами из полипропилена, и герметизирован по торцам расплавом полипропилена.

Эффективная поверхность мембраны в ЭПМ высотой 250 мм (10 дюймов) составляет до 0,7 м2, что обеспечивает высокую исходную производительность при низком гидравлическом сопротивлении. Фильтроэлементы высотой 500, 750 и 1000 мм получают методом термосварки элементов высотой 250 мм. Фильтроэлементы выпускаются в зависимости от типа фильтродержателя с различными адаптерами (проходной, с диаметром 45 и 56 мм), снабжены уплотнительными кольцами из силиконовой резины, и могут эксплуатироваться как в отечественных, так и в импортных фильтродержателях.

Долговечность и эластичность исходной мембраны ММК позволяет предложить множество комбинаций патронных элементов, включая однослойные, композитные и двухслойные конфигурации с различными сочетаниями размеров пор по слоям.

Однослойные мембранные элементы используются, главным образом, для осветления и снятия биологической нагрузки перед следующими далее по технологической цепочке финиш ными стерилизующими фильтрами с рейтингом 0,2 мкм. Для стерильной фильтрации продукта используются только двухслойные конфигурации. Такой метод фильтрации обеспечивает необходимый в критических случаях высокий запас надежности при больших скоростях потока и максимальных сроках службы. Для предварительной фильтрации (снятия основной массы загрязнений) на основе стекловолоконного картона и полиамидной мембраны специально созданы композитные патронные элементы марки ЭПМ.СК с повышенной грязеёмкостью, сочетающие в себе механизмы глубинной и мембранной фильтрации.

Поскольку фильтроэлементы должны не только надежно удалять микрочастицы, но и сами не выделять инородные частицы в фильтрат, они проходят отмывку от органических и механических загрязнений высокоочищенной водой. В соответствии с требованиями высококачественной производственной практики (GMP) все ЭПМ.К в процессе производства подвергаются 100% контролю на точку пузырька и диффузию (контроль на целостность) с использованием самых современных приборов. Фильтроэлементы выдерживают неоднократную стерилизацию химическими реагентами, автоклавированием и острым паром в линии и имеют сертификат соответствия требованиям безопасности для полимерных изделий, применяемых в медицине.

Для критических применений, когда необходима фильтрация индивидуальных партий продукта (одноразовое использование), или для быстрой и надежной фильтрации средних объемов жидкостей особенно эффективны фильтрующие элементы капсульного типа. На основе полиамидной мембраны производятся фильтры-капсулы марки КФМ.К, представляющие собой комплектные неразъемные фильтры в полипропиленовом корпусе с гофрированным мембранным мини-патроном. Капсулы имеют эффективную площадь фильтрации (до 0,15м2), эквивалентную двум стандартным дискам диаметром 293 мм. Возможность промывки и последующего автоклавирования допускает повторное использование капсульного фильтра до полной выработки ресурса всей фильтрационной поверхности.

Мембранные фильтрующие элементы на основе капроновой мембраны, выполненные в виде плоских дисков, капсул и фильтрационных патронов успешно используются в производстве ЛС фармацевтическими предприятиями России, Украины, Молдавии, Белоруссии и Казахстана. Среди наших партнеров: ЗАО «Брынцалов А», филиалы ФГУП «НПО по медицинским иммунобиологическим препаратам Микроген», ОАО «Красфарма», ОАО «Новосибхимфарм», ЗАО «Верофарм», ОАО «ICN Октябрь» и многие другие.

В заключении следует отметить, что наше предприятие предлагает не только оборудование и расходные материалы высокого качества по доступным ценам, но и комплексное решение задач фильтрации при производстве фармацевтических препаратов!

Размер пор, мкм