Мембранные технологии для водоподготовки в фармацевтики и медицине

Якименко С.И., Сидорова Е.В., Пантелеев А.А., Приходько А.Е., НПК "Медиана-фильтр"

Журнал "Чистые помещения и технологические среды", №3-4, 2009г.

Фармацевтические производства и медицинские учреждения являются одними из важнейших потребителей воды высокого качества. Вода очищенная, высокоочищенная, дистиллированная, вода для инъекций и для гемодиализа - это далеко не полный список используемой в фармацевтических и медицинских учреждениях воды, проходящей специальную многоступенчатую обработку.

Удельная электропроводность такой воды чрезвычайно мала и составляет по требованиям международных стандартов - от 1,1 до 5 мкСм/см при температуре 20°С. При такой электропроводности вода гарантированно соответствует нормативам, приведенным в действующей в РФ государственной фармакопее (формакопейные статьи ФС 2.2.020.15 иФС 2.2.019.15 ), а также ГОСТ Р 52556-2006 «Вода для гемодиализа. Технические условия» и ГОСТ 6709-72 «Вода дистиллированная».

Мембранные технологии применяются в различных областях промышленности и сферы услуг, но их использование в фармацевтике и медицине имеет свои особенности. Первая особенность - получаемый фильтрат должен быть безопасным в эпидемическом отношении. Это означает, что все типы воды, используемой в медицине и фармацевтическом производстве, должны соответствовать нормативам по микробиологическим показателям. И второе - вода для инъекций, высокоочищенноя вода и вода для гемодиализа не должна вызывать пирогенных реакций, т, е. должна соответствовать нормативам по содержанию эндотоксинов.

Именно микробиологическая чистота воды и содержание бактериальных эндотоксинов в фильтрате мембранных установок часто внушают опасения.

И, тем не менее, Российская, Американская, Японская Фармакопеи допускают в качестве заключительной стадии метода получения воды для инъекций, как метод дистилляции, так и метод обратного осмоса. Все другие вышеупомянутые категории воды всеми фармакопеями разрешено получать мембранными методами. Исключение составляет Европейская (в том числе Британская) Фармакопея, где методом получения воды для инъекций является исключительно дистилляция.

При строжайшем соблюдении режима эксплуатации, главным образом отсутствии длительных простоев установок обратного осмоса и при обеспечении всех требований по санитарной обработке УОО после простоя, удается сохранять микробиологическую чистоту и апирогенность фильтрата. Однако, как показывает опьт эксплуатации УОО, «проскоки» бактерий и бактериальных эндотоксинов тем не менее, возможны (случай микробного прорастания мембран пока не редки).

По этой причине при получении воды в фармакопее мембранными методами требуется дополнительная защита фильтрата. Современные требования Надлежащей Производственной Практики (Current Good Manufacturing Practice - cGMP) настоятельно рекомендуют применять в этих целях дополнительную стерилизующую фильтрацию и ультрафильтрацию.

Исследования, проведенные ЗАО «НПК Медиана-Фильтр» совместно с НИИ «Медполимер», показали высокую надежность удаления микроорганизмов и эндотоксинов из фильтрата с помощью депирогенизирующего фильтра на основе полиамидной мембраны с положительным Zeta -потенциалом даже с рейтингом пор 0,45 мкм (производство НПП «Технофильтр»).

Стерилизующий фильтр рейтингом 0,2 мкм гарантированно защищает фильтрат от загрязнения и пирогенизации и должен использоваться в качестве резервного (Redundant Filtration - дополнительная фильтрация) в случае нарушения целостности основного стерилизующего фильтра.

Поскольку хранение воды высокого качества осуществляется непрерывной циркуляцией ее по герметичному замкнутому контуру (так называемой «петле»), один микрофильтр можно устанавливать как в этом контуре, так и в точках потребления.

Более надежным решением является замена микрофильтра в «петле» на стерилизующую ультрафильтрацию с рейтингом 8-10 кДа. (Известно, что молекулярный вес эндотоксинов лежит в диапазоне от 10 до 1000 кДа).

Ультрафильтрация заслуживает отдельного, более подробного освещения в нашей статье, как технология, требующая активного использования в медицине и фармацевтике, поскольку она позволяет достичь таких результатов по содержанию микроорганизмов, бактериальных эндотоксинов и пирогенов, какие невозможно получить никаким другим способом.

Ультрафильтрация - это процесс разделения, осуществляемый путем фильтрования жидкости через перегородку с характерным размером пор 0,001-0,1 мкм.

Изготовление ультрафильтрационных мембран относится к высоким технологиям из разряда « know-how » и, по праву, может называться «нанотехнологией». В качестве материала для изготовления ультрафильтрационных мембран в основном используются полимерные вещества — ацетат целлюлозы, гидрофильный полиэстерсульфон (PES) или полисульфон (PS), поливинилиденфторид (PVDF) и др.

Ультрафильтрационные мембраны также характеризуются значением условной молекулярной массы частиц, которые не способны проникнуть сквозь мембрану. Граница отсечки по молекулярному весу задерживаемых компонентов (MWCO - Molecular Weight Cut-Off) составляет от нескольких до сотен кДа.

В воде после ультрафильтрационных элементов полностью отсутствуют бактерии, вирусы, цисты, эндотоксины и пирогены. Поэтому столь перспективным кажется использование ультрафильтрации на финишном этапе получения воды высокого качества именно в медицине и фармацевтике.

Кроме того, использование ультрафильтрации для предварительной подготовки воды перед обратным осмосом уже сегодня признано в мире одним из лучших решений (особенно, когда речь идет о производительностях свыше 10 мЗ/час). Хотя ультрафильтрация не удаляет растворенные органические соединения и соли, она уменьшает коллоидный индекс воды (КИ* ) до 1-3, что очень важно для эффективной работы обратного осмоса.

Известно, что значение показателя КИ является важнейшим фактором, определяющим допустимое значение росхода фильтрата в единицу времени через 1 м2 мембранной поверхности (удельный съем) для установок обратного осмоса. С уменьшением коллоидного индекса удельный съем фильтрата с обратноосмотической мембраны может быть увеличен в 1,5-2 раза! А это означает, что установки обратного осмоса могут быть более компактными и, соответственно, более дешевыми.

Как показал более чем 20-летний опыт внедрения технологии ультрафильтрации в промышленности, использование ультрафильтрсции перед обратным осмосом помимо указанных ранее преимуществ значительно снижает частоту химических моек установок обратного осмоса и значительно уменьшает себестоимость предподго товки воды.

Кроме того, ультрафильтрация, обладая высокой задерживающей способностью по микроорганизмам, позволяет весьма существенно снизить риски микробиологического загрязнения сбратноосмотических мембран, а значит эффективно бороться с проскоками эндотоксинов и бактерий в фильтрат установок обратного осмоса.

Важным аспектом применения ультрафильтрации для водоподготовки в области медицины и фармацевтических производств ется также возможность стерилизации самих ультрафильтрационных мембран не только химическими реагентами, но и чистым паром (обратноосмотические мембраны стерилизовать чистым паром нельзя; только некоторые модели можно обрабатывать кратковременно горячей водой при 80 С, например, HSR 0390- FF , HSR 04040- FF компании DOW Chemical ).

Ультрафильтрационное оборудование стремительно становится все более высокоавтоматизированным, компактным, простым и удобным в эксплуатации.

Применение ультрафильтрации, как на финишном этапе, так и на этапе предподготовки воды на сегодня является очень перспективным, поэтому в настоящее время нашей компанией активно внедряются технологии ультрафильтрации в различные отрасли промышленности, в том числе - в фармацевтику и медицину (финишная ультрафильтрация после обратного осмоса, точки отбора (points of use), вспомогательные процедуры, где требуется вода, сходная по качеству с водой для инъекций, апирогенная вода для фармацевтических стерилизаторов и моечных машин,

Index SDI - это расчетная величина, вычисляемая по результатам тестирования скорости засорения фильтра с рейтингом 0,45 мкм в строго определенных условиях.