Anwendungsleitfaden zur mikrobiologischen Filtration
Mikrobiologische Filtration: Prozessbedingungen und Lösungen
PP · PES · hydrophobes PTFE · hydrophiles PTFE · PVDF · Nylon
Dieser Leitfaden vergleicht PP, PES, hydrophobes PTFE, hydrophiles PTFE, PVDF und Nylon bei unterschiedlichen Abscheidegraden für typische Flüssigkeits-, Gas- und Belüftungsanwendungen. Er grenzt außerdem Sterilfiltration, Mykoplasmen-Risikominderung, Kompatibilität und Integritätsprüfung fachlich ab.
01 — 06
Auswahl- und Validierungsweg für die mikrobiologische Filtration
01Medium und Kontrollziel definieren→
02Feststoffe und Keimzahl bestimmen→
03Klären und schützend vorfiltern→
04Membran und Abscheidegrad wählen→
05Integrität und Prozess validieren→
06Sterilität erhalten oder Qualität freigeben
Kernaussagen
Der Leitfaden nennt geeignete Membranmaterialien und Abscheidegrade. Er ersetzt keine modellspezifischen Bakterien- oder Mykoplasmen-Belastungstests, keine Integritätskorrelation, keine Kompatibilitätsprüfung mit dem realen Fluid, keine Adsorptions- und Rückgewinnungsstudie und keine Sterilisationsvalidierung.
| Kontrollziel | Empfohlener Abscheidegrad | Bevorzugte Medien | Beschaffungs- und Validierungsgrenze |
|---|---|---|---|
| Sichtbare Partikel oder Zelltrümmer | 5–50 µm | PP-Tiefen- oder Faltenmedium | Schützt nachgeschaltete Stufen; keine Stufe zur mikrobiologischen Kontrolle |
| Feinpartikel sowie Reduktion von Hefe- oder Schimmelpilzbelastung | 0.6–3 µm | PP, PES, PVDF, Nylon | Klärung oder Keimzahlreduktion; keine Sterilitätsaussage |
| Weitergehende Keimzahlreduktion | 0.45/0.65 µm | PES, PVDF, Nylon, hydrophiles PTFE | Häufig Vorfilter oder Entlastungsstufe; im Allgemeinen keine abschließende Sterilfiltration |
| Sterilfiltration von Flüssigkeiten | 0.20/0.22 µm | PES, hydrophiles PVDF, hydrophiles PTFE; Nylon nur bei qualifizierten Modellen | Die komplette Baugruppe benötigt Belastungs- und Validierungsdaten; gleiche Porengröße bedeutet nicht gleiche Leistungsstufe |
| Minderung des Mykoplasmenrisikos | 0.10 µm | Vorwiegend spezielle PES/PVDF-Modelle | Eine konkrete Belastungsaussage, etwa zu A. laidlawii, ist zu prüfen |
| Sterilgas oder Gerätebelüftung | 0.20 µm | Hydrophobes PTFE; ausgewählte hydrophobe PVDF-Modelle | Kondensation und unbeabsichtigte Benetzung verhindern; Integrität nach Gebrauch prüfen |
Betriebsbedingungen, Risiken und Empfehlungen
| Anwendung | Hauptrisiken | Empfohlene Kombination | Bauform | Vor Auswahl bestätigen |
|---|---|---|---|---|
| Kulturmedium oder Zulauflösung | Nährstoffreiches Fluid, ungelöstes Pulver sowie Bakterien- oder Mykoplasmenrisiko | 0.45–1.2 µm Vorfilter; 0.20/0.22 µm PES oder hydrophiles PVDF; bei hohem Mykoplasmenrisiko spezielle 0.10-µm-Aussage | Faltenfilter für große Chargen; vorsterilisierte Kapseln für kleine Chargen | Sterilerhalt nach Filtration, Kulturleistung und Mykoplasmenaussage |
| Puffer oder Prozesswasser | Salzausfällung, ungelöste Partikel und Keimzahl während der Lagerung | 1–5 µm PP-Schutz; 0.45 oder 0.20 µm PES/PVDF; 0.20 µm hydrophobes PTFE zur Tankbelüftung | Faltenfilter in festen Leitungen; Kapseln in Einwegsystemen | Differenzdruck, Haltezeit und Keimzahl vor und nach der Filtration |
| WFI/PW-Entnahmestelle | Stagnierende Abzweige, Toträume am Filter und Wiederverkeimung | Hygienische Systemführung hat Vorrang; lokal 0.20/0.22 µm PES/PVDF/hydrophiles PTFE erwägen | Kapsel für kleinen Durchfluss oder Filterkerze im Hygienegehäuse | Einsatzdauer, Spülung und Integrität; nicht zur Endotoxinentfernung |
| Hochkonzentriertes Protein oder mAb | Hohe Viskosität, Aggregate, Adsorption und Verlust der Anfangsfraktion | 0.20/0.22 µm PES mit hydrophilem PVDF vergleichen; bei Bedarf 0.45/0.2-µm-Doppellage oder separater Vorfilter | Kapseln mit geringem Rückhaltevolumen für Entwicklung oder klinische Chargen | Niedrigste Temperatur, höchste Konzentration, längste Kontaktzeit, Rückgewinnung und Wirksamkeit |
| Viraler Vektor oder onkolytisches Virus | Partikelgröße nahe der Porengröße, HCP-/Aggregatbelastung und Titerverlust | Kleinflächenvergleich PES/PVDF und 0.45–0.8-µm-Vorfilterscreening; Rückgewinnung nie aus dem Membrannamen ableiten | Kapsel mit geringem Rückhaltevolumen | Titer, HCP, TMP/Differenzdruck und Membranfläche; produktbezogen validieren |
| mRNA-LNP oder Nanopartikel | Die Partikelverteilung von 50–200 nm überlappt die Porenverteilung von 0.2 µm | 0.20/0.22 µm PES/PVDF prüfen; 0.4–0.8 µm Vorfilter oder 0.8/0.2-µm-Struktur bewerten | Kapseln für Entwicklungs- und klinische Chargen | Partikelgröße/PDI, Verkapselungseffizienz, Rückgewinnung und Kapazität; nicht allein aus dem Wasserfluss hochskalieren |
| Ganzzell- oder aluminiumadjuvantierter Impfstoff | Zielbestandteil größer als die Pore oder stark membranverblockend | Endfiltration mit 0.2 µm nicht als Universallösung einsetzen; Einzelkomponenten gegebenenfalls vor dem Mischen separat sterilisieren oder aseptisch kontrollieren | Nach Komponente auswählen | Filtrierbarkeit, Wirksamkeit und Partikelgrößenverteilung |
| Alkoholhaltige oder gemischte Lösemittel-Arzneimittellösung | Quellung von Membran, Stützlage oder Dichtung sowie API-Adsorption | Hydrophiles PTFE bevorzugen; Nylon vergleichen; PES/PVDF für wässrige Systeme prüfen | Faltenfilter für Chargen; lösemittelkompatible Kapsel für kleine Mengen | Einweichen der kompletten Baugruppe, extrahierbare Stoffe und API-Rückgewinnung aus Anfangs- und Gleichgewichtsfraktion |
| Korrosives wässriges oder oxidierendes Fluid | Starke Säuren, Laugen oder Oxidationsmittel beeinflussen Oberflächenmodifikation und Dichtungen | Hydrophiles PTFE prüfen; Kompatibilität der gesamten Kerze nicht allein aus der PTFE-Membran ableiten | Feste Filterkerze oder spezielle Kapsel | Konzentration, Temperatur, Kontaktzeit und Kompatibilität nach Sterilisation |
| Sterile Luft, N₂ oder CO₂ | Aerosole, Öl-/Wassernebel und Benetzung durch Kondensat | Öl und Wasser vorgeschaltet abscheiden; 0.20 µm hydrophobes PTFE als Endfilter | Faltenfilter für hohen Durchsatz; Kapsel für kleine Behälter | Gasbelastung/Integrität, maximaler Gasbedarf, feuchtester Zustand und Prüfung nach Gebrauch |
| Abluft aus Fermenter oder Reaktor | Gesättigte Feuchte, Schaum, Kondensatblockierung und Gegendruck | 0.20 µm hydrophobes PTFE mit vertikaler Entwässerung; bei hohem Risiko Vorfilter, Kondensator oder Begleitheizung | Faltenfilter für große Behälter; Kapsel für kleine Reaktoren | Nassdurchsatz, Gegendruck, Schaumereignisse, SIP-Richtung und Integrität nach Gebrauch |
| Belüftung von Lyophilisator, Lagertank oder Sterilisator | Vakuumbrechung, Kühllufteintritt und Kondensation | 0.20 µm hydrophobes PTFE in Sterilfilterqualität; ausgewählte validierte hydrophobe PVDF-Modelle | SIP-fähige Filterkerze für feste Anlagen | Integrität vor Ort, maximale Einsatzdauer und kumulierte Sterilisationszyklen |
| QC/HPLC-Probe | Spurenpartikel und Membranadsorption können die Analyse verfälschen | PES/PVDF/hydrophiles PTFE für Proteinproben vergleichen; Nylon/PTFE für kompatible Lösemittelproben | Kleinflächenkapsel oder Scheibenfilter; Analytik von GMP-Produktion trennen | Verwerfungsvolumen, Rückgewinnung der Anfangs- und Gleichgewichtsfraktion sowie Filterfläche |
Empfehlungen nach Membran und Abscheidegrad
PP | Bevorzugt für Klärung, Partikelschutz und Keimzahlreduktion
| Abscheidegrad | Empfohlene Anwendung | Technischer oder beschaffungsseitiger Schwerpunkt | Aussagegrenze |
|---|---|---|---|
| 5–50 µm | Zelltrümmer, sichtbare Partikel und Harzfeinteile; Schutz nachgeschalteter Membranen | Echte Tiefenstruktur bevorzugen; die Fläche eines PP-Faltenfilters ersetzt nicht automatisch die Tiefenkapazität | Nicht zur Bakterienkontrolle |
| 1–5 µm | Vorklärung von Fermentations-/Ernteflüssigkeiten, Puffern und Chromatographie-Sammelfraktionen | Nach absolutem oder nominalem Grad, Beta-Wert und Differenzdruckkurve auswählen | Klärung oder Entlastung |
| 0.6–1 µm | Feinvorfiltration kolloidaler oder hoch belasteter Flüssigkeiten | Prüfen, ob Mikroporenmembran, Vlies oder Verbundlage vorliegt; die Kapazitäten unterscheiden sich | Entlastung, keine Sterilfiltration |
| 0.2–0.22 µm | Nur berücksichtigen, wenn für das konkrete Modell Bakterien-Belastungsdaten vorliegen | Die meisten PP-Produkte eignen sich besser zur Vorfiltration oder Keimzahlreduktion; Porengröße ist keine Sterilaussage | Nur gemäß modellspezifischer Aussage |
PES | Hauptmembran für wässrige biopharmazeutische Flüssigkeiten
| Abscheidegrad | Empfohlene Anwendung | Technischer oder beschaffungsseitiger Schwerpunkt | Aussagegrenze |
|---|---|---|---|
| 0.8/0.2 oder 0.45/0.2 µm | Doppel- oder Gradientenlagen für Medien, Puffer und Proteinlösungen | Dient der Kapazitätssteigerung; Belastungstest und Integritätskorrelation gelten weiterhin für die Endmembran | Vorfilter plus Endfilter |
| 0.45 µm | Entlastung oder Klärung schwer filtrierbarer Flüssigkeiten | Keine übliche Endstufe zur Sterilfiltration | Entlastung |
| 0.20/0.22 µm | Medien, Puffer, Prozesswasser, mAb und ausgewählte Virus-/LNP-Prozesse | Komplette Baugruppe mit ASTM-F838-äquivalentem Belastungstest und Prozessvalidierungsdaten wählen | Kandidat für Flüssigkeits-Sterilfiltration |
| 0.10 µm | Minderung des Mykoplasmenrisikos | Konkreten Belastungsorganismus, Bedingungen und LRV- oder Kein-Durchtritt-Aussage verlangen; Porengröße allein reicht nicht | Spezieller Mykoplasmenkandidat |
Hydrophobes PTFE | Sterilgase, Gerätebelüftung und kompatible Lösemittel
| Abscheidegrad | Empfohlene Anwendung | Technischer oder beschaffungsseitiger Schwerpunkt | Aussagegrenze |
|---|---|---|---|
| 1–5 µm | Vorgeschalteter Partikel- oder Ölnebelschutz für Druckgas | Ersetzt nicht die Sterilgas-Endmembran | Gasvorfilter |
| 0.45 µm | Partikelkontrolle bei geringem Risiko oder Schutz der Endmembran | Ohne Bakterien-Belastungsaussage keine Sterilgasqualität | Entlastung oder Schutz |
| 0.20 µm | Luft, N₂, CO₂ sowie Belüftung von Tank, Lyophilisator oder Reaktor | Gas-Bakterienbelastung, Integritätsmethode, Kondensat-/Nassdurchsatz und Sterilisationszyklen prüfen | Sterilgaskandidat |
| 0.20/0.22 µm Flüssigkeit | Mit PTFE kompatibles organisches Lösemittel | Wässrige Fluide erfordern meist Vorbenetzung; sie verändert den Prozess und erhöht den Validierungsaufwand | Lösemittelflüssigkeitskandidat |
Hydrophiles PTFE | Korrosive wässrige und lösemittelhaltige Arzneimittellösungen
| Abscheidegrad | Empfohlene Anwendung | Technischer oder beschaffungsseitiger Schwerpunkt | Aussagegrenze |
|---|---|---|---|
| 0.45–5 µm | Partikelvorfiltration korrosiver oder lösemittelhaltiger Flüssigkeiten | Oberflächenmodifikation, Stützlage, Gehäuse und Dichtungen prüfen; Daten für hydrophobes PTFE nicht übertragen | Vorfiltration |
| 0.20/0.22 µm | Alkoholhaltige wässrige Lösungen, ausgewählte korrosive Arzneimittelfluide und Kleinmolekül-/API-Lösungen | Nur dann als Sterilfilter verwenden, wenn die konkrete Filterkerze Flüssigkeits-Bakterienbelastungs- und Integritätsdaten besitzt | Kandidat für Flüssigkeits-Sterilfiltration |
| 0.10 µm (ausgewählte Modelle) | Strengere mikrobiologische Risikokontrolle | Spezifische Belastungsaussage einholen; nicht aus Material oder Porengröße extrapolieren | Nur spezielle Modelle |
PVDF | Biologische Flüssigkeiten mit geringer Bindung und ausgewählte Gasanwendungen
| Abscheidegrad | Empfohlene Anwendung | Technischer oder beschaffungsseitiger Schwerpunkt | Aussagegrenze |
|---|---|---|---|
| 0.45/0.22 µm | Gradienten-Vorfilter plus Endfilter für Protein-/Antikörper-, Impfstoff- oder Virusprozesse | Hydrophile Modifikation und Membranmorphologie unterscheiden sich stark; Rückgewinnung und Kapazität mit dem realen Produkt vergleichen | Vorfilter plus Endfilter |
| 0.45/0.65 µm | Klärung, Keimzahlreduktion und Schutz nachgeschalteter Membranen | Im Allgemeinen keine Endstufe zur Sterilfiltration | Entlastung |
| 0.20/0.22 µm | Proteine, Antikörper, Medien, Puffer und ausgewählte ophthalmische/parenterale Lösungen | Bakteriell belastungsgeprüfte hydrophile PVDF-Filterkerze wählen; Adsorption, Wirksamkeit und Integrität validieren | Kandidat für Flüssigkeits-Sterilfiltration |
| 0.10 µm | Minderung des Mykoplasmenrisikos | Nach konkreten Belastungsdaten, etwa für A. laidlawii, beschaffen | Spezieller Mykoplasmenkandidat |
| 0.20 µm hydrophobes PVDF | Ausgewählte Belüftungsgase | Nur Modelle mit Sterilgas-Belastungs-, Nasszustands- und Integritätsdaten | Gaskandidat |
Nylon | Kompatible Lösemittel und Kleinmoleküle; bei Proteinen vorsichtig einsetzen
| Abscheidegrad | Empfohlene Anwendung | Technischer oder beschaffungsseitiger Schwerpunkt | Aussagegrenze |
|---|---|---|---|
| 1–5 µm | Partikelvorfiltration von Lösemitteln oder Kleinmolekül-Arzneimittellösungen | Kompatibilität mit starken Säuren, Laugen, Oxidationsmitteln und halogenierten Lösemitteln prüfen | Vorfiltration |
| 0.45/0.65 µm | Klärung von HPLC/QC-Proben und Kleinmolekül-Arzneimittellösungen | Verwerfungsvolumen und Rückgewinnung der Anfangs- und Gleichgewichtsfraktion dokumentieren | Klärung oder Entlastung |
| 0.20/0.22 µm | Kompatible Lösemittel und Kleinmolekül-/API-Lösungen | Nur zur Sterilfiltration einsetzen, wenn für das konkrete Modell Bakterienbelastung, Kompatibilität der Gesamtbaugruppe und Rückgewinnungsdaten vorliegen | Kandidat für Flüssigkeits-Sterilfiltration |
Mikroorganismen und Porengrößenentscheidung
| Ziel | Geeigneter Abscheidegrad oder Strategie | Erforderliche Validierung | Unzulässige Schlussfolgerung |
|---|---|---|---|
| Übliche vegetative Bakterien | Validierter kompletter 0.20/0.22-µm-Filter | Bakterienbelastung mit dem ungünstigsten Prozessfluid oder geeignetem Ersatzfluid; ASTM F838 verwendet häufig B. diminuta, typische Belastung ≥10⁷ CFU/cm² | Rückhalt nicht allein anhand einer Größenliste der Bakterien zusagen |
| Mykoplasmen | Spezielles 0.10-µm-Modell | Belastungsdaten etwa mit A. laidlawii, Kulturbedingungen, Durchtrittsergebnis und Integritätskorrelation prüfen | Einige Mykoplasmen passieren 0.2/0.22 µm; auch 0.1 µm ist keine automatische Barriere |
| Hefen | 0.45–1 µm zur Entlastung; 0.2/0.22 µm für die Endsterilität validieren | Zulaufkonzentration, Partikel/Flocken, Differenzdruck und Flux | Größe über der Porengröße begründet nicht automatisch regulatorische Sterilfilterqualität |
| Schimmelpilze oder Sporen | 0.45–1 µm häufig zur Entlastung; validierter Endfilter an der kritischen Sterilgrenze | Sporenmorphologie, Agglomeration, Viskosität und Vorfilterkapazität | Entlastungsdaten ersetzen keine abschließende Sterilitätssicherung |
| Bakteriophagen oder Viren | Konventionelle 0.2-µm-Mikrofiltration ist kein allgemeiner Virusentfernungsschritt | Spezielle Virusfiltration, Inaktivierung oder orthogonale Kontrollen einsetzen; bei virushaltigem Produkt Rückgewinnung bewerten | Nicht behaupten, 0.2 µm entferne Viren allgemein |
| Endotoxin | Konventionelle Mikrofiltration entfernt gelöstes Endotoxin im Allgemeinen nicht | Über Wassersystem, Rohstoffe und Prozesshygiene kontrollieren; bei Bedarf spezielle Entfernungstechnik | Endotoxin kann nach 0.2-µm-Filtration verbleiben |
Plissierte Filterkerze oder Kapselfilter
| Bauform | Geeignete Anwendungen | Vorteile | Wesentliche Risiken |
|---|---|---|---|
| Plissierte Filterkerze mit Gehäuse | Feste Produktionslinien, große Chargen, Mehrchargenbetrieb, hoher Flächenbedarf oder SIP | Große skalierbare Fläche, geringere Kosten je Fläche und Integritätsprüfung vor Ort | Gehäusereinigung/-sterilisation und Einbaudichtung; Kombination aus Kerze und Gehäuse validieren |
| Vorsterilisierte Kapsel | F&E, Pilotmaßstab, klinische oder kleine Chargen, Einweg-Fließwege und geschlossener Transfer | Geringes Rückhaltevolumen, schnelle Montage und weniger Reinigungsvalidierung | Nicht jedes Produkt unterstützt SIP; SAL, Verpackungsintegrität, maximalen Differenzdruck und Anschlüsse prüfen |
| Serielle oder redundante Anordnung | Hohes Kontaminationsrisiko, kritische Endstufen oder Prozesse mit Online-Prüfung | Kann Kapazität aufteilen oder zusätzliche Risikokontrolle bieten | Serienschaltung ist nicht automatisch redundant; Umfang der Integritätsprüfung und Abweichungsstrategie festlegen |
Checkliste für Anfrage und technische Klärung
| Feld | Erforderliche Angaben |
|---|---|
| 1. Filtrationsaufgabe | Klärung, Keimzahlreduktion, Flüssigkeits-Sterilfiltration, Mykoplasmenkontrolle, Sterilgas oder Geräteschutz; nicht nur „Pharmaqualität“ angeben |
| 2. Fluiddaten | Vollständige Bezeichnung von Flüssigkeit/Gas, Konzentrationen, pH, Temperatur, Viskosität, Tenside, organische Lösemittel, Oxidationsmittel und geplante Kontaktzeit |
| 3. Mikrobiologische Grenze | Zielorganismus oder Risikoquelle, Keimzahl vor Filtration, Bedarf an ASTM-F838-äquivalentem Test und spezieller Mykoplasmenaussage |
| 4. Prozessmaßstab | Chargenvolumen, Zielzeit, realer Durchfluss, Anfangs-/Enddifferenzdruck, maximal zulässiger Differenzdruck, Haltezeit und maximaler Flux |
| 5. Vorbehandlung | Zentrifugation, Tiefen- oder PP-Vorfiltration, vorhandener Abscheidegrad, Doppellage, Trübung/Partikelgröße/Aggregate und Filtrationskurve |
| 6. Produktqualität | Rückgewinnung, Wirksamkeit, Protein-/Virus-/LNP-Konzentration, Partikelgröße/PDI, Aggregate, Anfangs-/Gleichgewichtsproben und Filterrückhaltevolumen |
| 7. Gesamtbaugruppe | Membran, Vorfilterlage, Stütz-/Drainagelage, Kern, Käfig, Endkappen, Gehäuse, Schweißnähte, Anschlüsse und O-Ring-/Dichtungsmaterial |
| 8. Sterilisation | SIP, Autoklavieren, Bestrahlung oder EO; maximale Temperatur/Zeit/Dosis, Richtung, Anzahl, kumulierte Zyklen, SAL und Haltbarkeit |
| 9. Integritätsprüfung | Wassereintritt, Diffusionsfluss, Blasenpunkt oder Druckhalteprüfung; Benetzungsfluid, Temperatur, Prüfdruck, Grenzwert, Flächenumrechnung und Weg nach Gebrauch |
| 10. Dokumentation | Spezifikation, Validierungsleitfaden, Belastungsaussage, CoC/CoA, Werksintegrität, Sterilisationszertifikat, E&L, Änderungsmitteilung und Rückverfolgbarkeitszeitraum |