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无菌药品包装密封性测试方法以及测试仪器的选择

时间：2023-09-19 阅读：5645

无菌药品包装系统密封性,又称之为药品包装容器密闭完整性、容器密封完整性,一直以来都是制药行业工作者关心的话题;无菌药品包装密封性是药品包装防止微生物侵入以及维持药品在质保期内的各项质量指标符合药品质量要求与安全用药的能力。本文参考美国药典USP1207对于包装完整性的指导原则，对无菌药品包装系统在药品不同生命周期阶段的密封性要求、检验方法和验证等相关内容进行介绍。

药品包装需要具备保护药品、避光、阻气、阻湿、密闭良好以维持无菌及药效，因为各药企均采用适当的且经过验证的工艺进行药品生产与包装，对于无菌药品其包装系统的密封性应当经过验证、检验、以避免产品遭受污染。

一、美国药典USP1207无菌药品包装系统密封性评估指导原则

USP1207系列指导原则对于包装系统密封性相关研究和评价工作具有较高的借鉴意义，其对无菌药品包装系统密封性的概念，范围，检验等主要包括三个章节：USP1207.1产品生命周期的包装系统密封性检查-检测方法的选择与验证,USP1207.2密封性泄漏检测技术( package integrity leak test technologies),USP1207.3包装密封质量检测技术( package seal quality test technologies)

二、美国药典USP1207对于包装系统完整性检验的方法

主要由传统的微生物挑战法、色水法、气泡释放法、无损定量测试法（真空衰减）、高压放电法、激光法。

1、微生物挑战法与色水法

此种方法在美国药典USP1207上定性为概率性的检测方法。

微生物挑战法实施相对容易，在仪器投入方面成本不高，但其属于破坏性测试方法，对原料损耗相对偏大，无法定量漏孔级别；尤其在当泄漏通道为曲折路径时，漏检率较高。微生物挑战法的测试时间较长，测试过程繁琐。同样，色水法受多种因素的影响，有时会出现假阳性的测试结果。

微生物侵入密封性试验仪ZFY-01

MFY-03A 02.jpg

密封性测试仪MFY-03A

2、真空衰减法无损定量测试无菌药品包装密闭完整性

真空衰减法、高压放电法、激光法这三种方法，在美国药典USP 1207 有提出，定性为确定性检测方法。真空衰减法、高压放电法和激光法等方法较传统的微生物挑战法、色水法等的技术门槛相对较高，药企在开展相关检验与研究时投入相对偏大，但因其属于无损测试方法，可以减少对原料、药品的损耗或破坏，故此美国FDA及欧盟审计官推荐采用此类无损测试技术替代传统的破坏性测试技术。

三、USP1207三种确定性的无菌包装密封性检测方法

美国药典USP 1207 常见的3大确定性的检测方法分别为真空衰减法、高压放电法和激光法。

（一）真空衰减法

真空衰减法的原理是将包装容器置于专门的测试腔体中，对测试腔体抽真空，容器内外压差使得容器内部气体通过漏孔泄漏进入测试腔体，主机压力传感器监测到压力的变化，将压力变化值和参考值做比较，以判定容器是否合格。
真空衰减法的适用范围很广，既适用于常压、微负压和高真空的各类容器检漏，也适用于粉体、液体填充容器的检漏，既可以测软包装容器，也可以测硬质容器。

美国材料试验学会(ASTM)于2009年推出了真空衰减法作为包装无损检漏的测试标准ASTM F2338-09，该测试标准后来又得到了美国FDA的批准和认可，我国内当前暂时还没有相关的测试标准出台。
真空衰减法的测试步骤主要包括：抽真空、保压和测试，见下图。

真空衰减法测试周期

（1）抽真空：在抽真空阶段，如果在zhiding的抽真空时间内，实际真空度无法达到参考真空度，那么包装有大漏。
（2）保压：在保压阶段，如果在zhiding的保压时间内，实际真空度无法达到参考真空度（低于），那么包装有中漏。
（3）测试：在测试阶段，如果实际真空度值大于参考真空度值，那么包装有小漏。
通过上述3个步骤，可以将不同程度的泄漏分别识别出来。从而保证了该方法既能测大漏，又能测微漏。
真空衰减法分为只有绝压传感器的单传感器类仪器和具有绝压和差压传感器的双传感器类仪器。
真空衰减法的适用范围很广。既适用于常压、微负压和高真空的各类容器检漏，也适用于粉体、液体填充容器的检漏。既可以测软包装容器，也可以测硬质容器。通过采用双循环的测试技术，真空衰减法可以避免小顶空容器出现大漏时的漏检。

测试腔体的选择

1、对于软包装的测试

可以采用专门的软膜腔体，软膜腔体在抽真空时会紧密贴合在一起，如果放入包装，就会将包装紧紧裹住，因而可以获得较好的测试灵敏度和较低的本底噪声。为了提高测试效率，通常采用更大尺寸的软膜腔体，这样一次可以放多个样品。当然软膜腔体不能做成太大，否则本底噪声会相对高。如果对测试精度要求不高，比如只需要测到30um漏孔，那么甚至可以将软袋堆叠在一起测试，这样可以大大提高工作效率。

2、对于硬包装的测试

通常需要定制测试腔体，而且一般来说，一个特定的测试腔体只允许一次放置一个样品。如果硬包装的外径相同高度不同，可以考虑采用同一个测试腔体，只是可能会损失一些精度。如果硬包装的外径较小，如1mL预灌装注射器，可以考虑在一个测试腔体内放置多个注射器，但是相比一个腔体内放置1个预注射器，其精度会降低。

检测精度和检测方式

3、软膜腔体、硬腔体相关实验说明

由于软膜腔体的本底噪声比硬腔体的大，所以软膜腔体的精度要比硬腔体的差。软包装的最高测试精度一般是10um，硬包装的最高测试精度是1.5um。真空衰减法的单次测试时间一般需要几十秒到一分钟。因此，如果产线的生产速度高达100个产品/min，那么采用真空衰减法进行100%全检会有难度。所以，如果采用真空衰减法，一般是采用离线抽检方式或在线抽检方式，在线抽检固然无法实现100%全检，但它可以替代部分人工，而且实现自动化。在线抽检方式一般会生产线旁边增加一个传送带，即该传送带和生产主传送带是并联的，待测产品直接从主生产线上提取，进入测试区域，测试完毕后，将合格品返回到主生产线，不合格品被剔除。采用在线抽检方式通常精度会比离线抽检略低。比如，如果离线抽检的精度为10um，那么在线抽检的精度可能是15um。产品一旦泄漏，那么空气中的水分、氧气、微生物会侵入包装容器内。有研究表明，水分和氧气侵入的临界漏孔尺寸大约是10-15um，微生物侵入的漏孔尺寸是10um以下。制药行业的一些无菌制剂往往对无菌要求高，这就意味着所选用的测试方法精度必须至少达到10um，才能降低微生物侵入的风险。制药行业传统的色水法在理想条件下，检漏精度可以达到5um，如果要采用新的无损干法测试技术替代传统的色水法，那么通常会要求新的方法的精度高于或等于传统的方法。真空衰减法应用于药厂的预注射器（预灌封）、西林瓶和安瓿瓶等硬质容器的精度高达1.5um。因此，wanquan可以满足药厂无损干法测试的要求。

下图是真空衰减法设备主机和西林瓶测试腔体。

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(二)、高压放电法

高压放电法是在待测容器表面外加高压电，根据泄漏容器和合格容器产生的电压差异判断是否泄漏及泄漏程度。高压放电法一般适用于容器本身绝缘但容器内填充物导电的容器，其检漏精度高达1.0um。典型的应用是水针西林瓶、液体安瓿瓶、液体填充预注射器和卡式瓶的完整性测试。
测试时需要用夹具夹住待测容器，将待测容器按照一定速率旋转，然后用2根探针对容器（比如预注射器）两侧进行扫描，探测泄漏出来的电压。图3是测试夹具，图4和图5是预注射器的测量结果。

图3 高压放电测漏的测试夹具

图4 合格品的测试电压（样品数量30个）

图5 缺陷样品的测试电压（样品数量18个）

（三）、激光法

激光法是通过监测容器顶空压力、水汽和顶空氧变化来判定容器的完整性，其测定原理(见图6)是，发射的激光穿透容器顶空，容器顶空的水汽和氧对激光有吸收，激光吸收量和对应的物质含量成正比。通常顶空水汽的测定波长是1400nm，顶空氧的测定波长是760nm。顶空水汽的吸收峰宽度和顶空压力成正比（见图7），因而可以通过顶空水汽的吸收峰宽度来获得顶空压力。因此，如果顶空水汽含量过低，可能会影响顶空压力的测定。事实上，对于绝大多数负压冻干粉西林瓶，其内部都有一定含量的顶空水汽，因而，顶空压力可以测定得到。

图6 激光法原理图

图7 激光法光谱图，其中吸收峰的宽度和顶空压力(真空度)成正比

四、制药行业不同应用对包装密封性检测方法的选择

（一）负压冻干粉针西林瓶完整性测试

冻干粉针西林瓶通常采用高真空(绝压约0mbar)工艺密闭或充氮微负压(绝压约800-900mbar)工艺密闭。在高真空下，如果存在漏孔，空气将会迅速进入西林瓶内。此时，可以采用真空衰减法测试，因为在抽真空过程中，容器内外仍然会形成压差，气体将会通过漏孔从容器进入到测试腔体。

也可以采用激光法进行测试，一方面西林瓶是透光的，另外，高真空下，空气中的水汽、氧气会迅速进入西林瓶顶空，进而改变了西林瓶顶空条件，包括顶空压力和顶空氧含量。采用激光法通过无损监测顶空压力或顶空氧变化，可以判定西林瓶是否泄漏。西林瓶从生产好到开始检测的放置时间会影响检测精度，放置时间短，检测精度相对差；放置时间长，检测精度高。可以根据建立的泄漏数学模型按照精度要求选择所需的放置时间。理论上来说，只要放置时间足够长，激光法可达到jigao的检漏精度(如<1um的漏孔)。对于微负压(绝压>500mbar)的西林瓶，更适合采用监测顶空氧的模式进行完整性测试。如果采用监测顶空压力模式进行完整性测试，可能会不够灵敏。如果西林瓶在加胶塞后轧盖前存在临时泄漏，激光法也可以判定出。也就是说，激光法不仅可以检出youjiu的泄漏，还可以检出临时的泄漏。

（二）常压水针西林瓶完整性测试

常压水针西林瓶通常采用充氮工艺，是为了保护氧敏感产品不被氧化破坏。水针西林瓶有的液体装量少，顶空大；有的液体装量大，顶空小；有的西林瓶装量接近满瓶，顶空几乎没有。
一般来说，如果是大顶空，或小顶空且外径较大，可以采用激光法进行完整性测试。此时，激光法通过监测顶空氧含量的变化来判断是否泄漏。
如果是顶空极小(接近零顶空)，那么激光法将不适用，需要采用真空衰减法来测试。真空衰减法测试液漏的原理是在抽真空时抽到极限真空（接近0mbar），在如此高的真空下，液态水将会被汽化为气态水，气态水通过漏孔进入到测试腔体，进而被主机压力传感器监测到。需要注意的是，液体本身的粘度不能过大，否则将无法汽化。另外，液体里如果有未溶解wanquan的小颗粒，也可能会堵塞漏孔，导致假阴性的结果。

水针西林瓶也可以采用高压放电法测试，但高压放电法的设备成本较高。

（三）卡式瓶完整性测试

卡式瓶里通常装有类似蛋白质的乳状液或悬浊液，这种溶液里面含有小的颗粒，可能会堵塞漏孔。所以如果采用真空衰减法会出现假阴性的结果。激光法也不适用，因为里面几乎没有顶空。此时可以考虑采用高压放电法。高压放电法要求容器本身必须是绝缘的，内部填充的液体是导电的。卡式瓶符合高压放电法的要求。

（四）液体安瓿瓶完整性测试

液体安瓿瓶根据顶空的大小可以选用不同的方法，如果是极小的顶空，那么可以用真空衰减法或高压放电法；如果顶空大，可以采用激光法、真空衰减法、高压放电法中的任意一种方法。

（五）预灌装注射器完整性测试

预灌装注射器和液体安瓿瓶类似，需要根据顶空的大小选用不同的方法，如果是极小的顶空，那么可以用真空衰减法或高压放电法；如果顶空大，可以采用激光法、真空衰减法、高压放电法中的任意一种方法。

（六）泡罩完整性测试

泡罩由于具有多个孔，且里面装的一般是片剂，激光法和高压放电法通常不适用。真空衰减法可以用于测泡罩，因为测试腔体可以根据泡罩的形状和大小进行定做，而且在腔体的上方可以安装压力传感器，对漏点进行定位。通常真空衰减法测定泡罩可以获得大约15um的测试精度。图8是泡罩的测试腔体。

图8 泡罩测试腔体

（七）滴眼液瓶完整性测试

单个滴眼液瓶的完整性测试可以采用真空衰减法结合定制的硬腔体，也可以采用高压放电法。由于滴眼液瓶的顶空有时比较小，如<1mL, 激光法不太适用。

五、小结

以上是美国药典USP1207无菌药品包装系统密封性测试(CCIT)的确定性测试仪器与方法相关介绍，文章摘自蒲公英与魏信微信群分享，并补充了部分国内目前普遍使用的色水法与微生物侵法、气泡释放法等相关参考方法的对比，并进行了仪器配图。目前国内GMP提到完整性测试无菌药品，其完整性测试更多是针对容器本身的密封性能，仍然采用的传统的微生物挑战法、色水法较多，近几年开始采用无损的真空衰减法、高压放电法、激光法等替代，尤其对于1ml的小容量注射剂需要采用真空衰减法或激光法，具体要看顶空体积；玻璃安瓿瓶推荐采用真空衰减法可，真空衰减法不仅能测液体瓶身的泄露，而且测顶空气体的泄露，误判率低。

济南新准仪器为专业药包材检测仪器制造与服务商，相应药包材检测仪器均符合国家药包材标准要求，并具有可满足最新GMP要求的权限管理及数据追踪，目前已与国内药企建立了广泛的合作，我们希望通过进一步完善产品体系，并以公司技术实力为依托为业内提供更多的量身订制仪器服务，更好的服务于更多药厂为我国医疗行业质量控制贡献力量。