美國藥典USP1207無菌藥品包裝系統密封性測試(CCIT)的確定性測試儀器與方法
發布時間：2023-02-22
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作者：泉科瑞達儀器
無菌藥品包裝系統密封性,又稱之為藥品包裝容器密閉完整性、容器密封完整性,一直以來都是制藥行業工作者關心的話題;無菌藥品包裝密封性是藥品包裝防止微生物侵入以及維持藥品在質保期內的各項質量指標符合藥品質量要求與安全用藥的能力。本文參考美國藥典USP1207對于包裝完整性的指導原則，對無菌藥品包裝系統在藥品不同生命周期階段的密封性要求、檢驗方法和驗證等相關內容進行介紹。
藥品包裝需要具備保護藥品、避光、阻氣、阻濕、密閉良好以維持無菌及藥效，因為各藥企均采用適當的且經過驗證的工藝進行藥品生產與包裝，對于無菌藥品其包裝系統的密封性應當經過驗證、檢驗、以避免產品遭受污染。
一、美國藥典USP1207無菌藥品包裝系統密封性評估指導原則
USP1207系列指導原則對于包裝系統密封性相關研究和評價工作具有較高的借鑒意義，其對無菌藥品包裝系統密封性的概念，范圍，檢驗等主要包括三個章節：USP1207.1產品生命周期的包裝系統密封性檢查-檢測方法的選擇與驗證,USP1207.2密封性泄漏檢測技術( package integrity leak test technologies),USP1207.3包裝密封質量檢測技術( package seal quality test technologies)
二、美國藥典USP1207對于包裝系統完整性檢驗的方法
主要由傳統的微生物挑戰法、色水法、氣泡釋放法、無損定量測試法（真空衰減）、高壓放電法、激光法。
1、微生物挑戰法與色水法
此種方法在美國藥典USP1207上定性為概率性的檢測方法。
微生物挑戰法實施相對容易，在儀器投入方面成本不高，但其屬于破壞性測試方法，對原料損耗相對偏大，無法定量漏孔級別；尤其在當泄漏通道為曲折路徑時，漏檢率較高。微生物挑戰法的測試時間較長，測試過程繁瑣。同樣，色水法受多種因素的影響，有時會出現假陽性的測試結果。
微生物侵入密封試驗儀MIST-01
密封性測試儀LEAK-02
2、真空衰減法無損定量測試無菌藥品包裝密閉完整性
真空衰減法、高壓放電法、激光法這三種方法，在美國藥典USP 1207 有提出，定性為確定性檢測方法。真空衰減法、高壓放電法和激光法等方法較傳統的微生物挑戰法、色水法等的技術門檻相對較高，藥企在開展相關檢驗與研究時投入相對偏大，但因其屬于無損測試方法，可以減少對原料、藥品的損耗或破壞，故此美國FDA及歐盟審計官推薦采用此類無損測試技術替代傳統的破壞性測試技術。
三、USP1207三種確定性的無菌包裝密封性檢測方法
美國藥典USP 1207 常見的3大確定性的檢測方法分別為真空衰減法、高壓放電法和激光法。
（一）真空衰減法
真空衰減法的原理是將包裝容器置于專門的測試腔體中，對測試腔體抽真空，容器內外壓差使得容器內部氣體通過漏孔泄漏進入測試腔體，主機壓力傳感器監測到壓力的變化，將壓力變化值和參考值做比較，以判定容器是否合格。
真空衰減法的適用范圍很廣，既適用于常壓、微負壓和高真空的各類容器檢漏，也適用于粉體、液體填充容器的檢漏，既可以測軟包裝容器，也可以測硬質容器。
美國材料試驗學會(ASTM)于2009年推出了真空衰減法作為包裝無損檢漏的測試標準ASTM F2338-09，該測試標準后來又得到了美國FDA的批準和認可，我國內當前暫時還沒有相關的測試標準出臺。
真空衰減法的測試步驟主要包括：抽真空、保壓和測試，見下圖。
真空衰減法測試周期
（1）抽真空：在抽真空階段，如果在指定的抽真空時間內，實際真空度無法達到參考真空度，那么包裝有大漏。
（2）保壓：在保壓階段，如果在指定的保壓時間內，實際真空度無法達到參考真空度（低于），那么包裝有中漏。
（3）測試：在測試階段，如果實際真空度值大于參考真空度值，那么包裝有小漏。
通過上述3個步驟，可以將不同程度的泄漏分別識別出來。從而保證了該方法既能測大漏，又能測微漏。
真空衰減法分為只有絕壓傳感器的單傳感器類儀器和具有絕壓和差壓傳感器的雙傳感器類儀器。
真空衰減法的適用范圍很廣。既適用于常壓、微負壓和高真空的各類容器檢漏，也適用于粉體、液體填充容器的檢漏。既可以測軟包裝容器，也可以測硬質容器。通過采用雙循環的測試技術，真空衰減法可以避免小頂空容器出現大漏時的漏檢。
測試腔體的選擇
1、對于軟包裝的測試
可以采用專門的軟膜腔體，軟膜腔體在抽真空時會緊密貼合在一起，如果放入包裝，就會將包裝緊緊裹住，因而可以獲得較好的測試靈敏度和較低的本底噪聲。為了提高測試效率，通常采用更大尺寸的軟膜腔體，這樣一次可以放多個樣品。當然軟膜腔體不能做成太大，否則本底噪聲會相對高。如果對測試精度要求不高，比如只需要測到30um漏孔，那么甚至可以將軟袋堆疊在一起測試，這樣可以大大提高工作效率。
2、對于硬包裝的測試
通常需要定制測試腔體，而且一般來說，一個特定的測試腔體只允許一次放置一個樣品。如果硬包裝的外徑相同高度不同，可以考慮采用同一個測試腔體，只是可能會損失一些精度。如果硬包裝的外徑較小，如1mL預灌裝注射器，可以考慮在一個測試腔體內放置多個注射器，但是相比一個腔體內放置1個預注射器，其精度會降低。
檢測精度和檢測方式
3、軟膜腔體、硬腔體相關實驗說明
由于軟膜腔體的本底噪聲比硬腔體的大，所以軟膜腔體的精度要比硬腔體的差。軟包裝的最高測試精度一般是10um，硬包裝的最高測試精度是1.5um。真空衰減法的單次測試時間一般需要幾十秒到一分鐘。因此，如果產線的生產速度高達100個產品/min，那么采用真空衰減法進行100%全檢會有難度。所以，如果采用真空衰減法，一般是采用離線抽檢方式或在線抽檢方式，在線抽檢固然無法實現100%全檢，但它可以替代部分人工，而且實現自動化。在線抽檢方式一般會生產線旁邊增加一個傳送帶，即該傳送帶和生產主傳送帶是并聯的，待測產品直接從主生產線上提取，進入測試區域，測試完畢后，將合格品返回到主生產線，不合格品被剔除。采用在線抽檢方式通常精度會比離線抽檢略低。比如，如果離線抽檢的精度為10um，那么在線抽檢的精度可能是15um。產品一旦泄漏，那么空氣中的水分、氧氣、微生物會侵入包裝容器內。有研究表明，水分和氧氣侵入的臨界漏孔尺寸大約是10-15um，微生物侵入的漏孔尺寸是10um以下。制藥行業的一些無菌制劑往往對無菌要求高，這就意味著所選用的測試方法精度必須至少達到10um，才能降低微生物侵入的風險。制藥行業傳統的色水法在理想條件下，檢漏精度可以達到5um，如果要采用新的無損干法測試技術替代傳統的色水法，那么通常會要求新的方法的精度高于或等于傳統的方法。真空衰減法應用于藥廠的預注射器（預灌封）、西林瓶和安瓿瓶等硬質容器的精度高達1.5um。因此，完全可以滿足藥廠無損干法測試的要求。
下圖是真空衰減法設備主機和西林瓶測試腔體。
(二)、高壓放電法
高壓放電法是在待測容器表面外加高壓電，根據泄漏容器和合格容器產生的電壓差異判斷是否泄漏及泄漏程度。高壓放電法一般適用于容器本身絕緣但容器內填充物導電的容器，其檢漏精度高達1.0um。典型的應用是水針西林瓶、液體安瓿瓶、液體填充預注射器和卡式瓶的完整性測試。
測試時需要用夾具夾住待測容器，將待測容器按照一定速率旋轉，然后用2根探針對容器（比如預注射器）兩側進行掃描，探測泄漏出來的電壓。圖3是測試夾具，圖4和圖5是預注射器的測量結果。
圖3 高壓放電測漏的測試夾具
圖4 合格品的測試電壓（樣品數量30個）
圖5 缺陷樣品的測試電壓（樣品數量18個）
（三）、 激光法
激光法是通過監測容器頂空壓力、水汽和頂空氧變化來判定容器的完整性，其測定原理(見圖6)是，發射的激光穿透容器頂空，容器頂空的水汽和氧對激光有吸收，激光吸收量和對應的物質含量成正比。通常頂空水汽的測定波長是1400nm，頂空氧的測定波長是760nm。頂空水汽的吸收峰寬度和頂空壓力成正比（見圖7），因而可以通過頂空水汽的吸收峰寬度來獲得頂空壓力。因此，如果頂空水汽含量過低，可能會影響頂空壓力的測定。事實上，對于絕大多數負壓凍干粉西林瓶，其內部都有一定含量的頂空水汽，因而，頂空壓力可以測定得到。
圖6 激光法原理圖
圖7 激光法光譜圖，其中吸收峰的寬度和頂空壓力(真空度)成正比
四、制藥行業不同應用對包裝密封性檢測方法的選擇
（一）負壓凍干粉針西林瓶完整性測試
凍干粉針西林瓶通常采用高真空(絕壓約0mbar)工藝密閉或充氮微負壓(絕壓約800-900mbar)工藝密閉。在高真空下，如果存在漏孔，空氣將會迅速進入西林瓶內。此時，可以采用真空衰減法測試，因為在抽真空過程中，容器內外仍然會形成壓差，氣體將會通過漏孔從容器進入到測試腔體。
也可以采用激光法進行測試，一方面西林瓶是透光的，另外，高真空下，空氣中的水汽、氧氣會迅速進入西林瓶頂空，進而改變了西林瓶頂空條件，包括頂空壓力和頂空氧含量。采用激光法通過無損監測頂空壓力或頂空氧變化，可以判定西林瓶是否泄漏。西林瓶從生產好到開始檢測的放置時間會影響檢測精度，放置時間短，檢測精度相對差；放置時間長，檢測精度高?？梢愿鶕⒌男孤祵W模型按照精度要求選擇所需的放置時間。理論上來說，只要放置時間足夠長，激光法可達到極高的檢漏精度(如<1um的漏孔)。對于微負壓(絕壓>500mbar)的西林瓶，更適合采用監測頂空氧的模式進行完整性測試。如果采用監測頂空壓力模式進行完整性測試，可能會不夠靈敏。如果西林瓶在加膠塞后軋蓋前存在臨時泄漏，激光法也可以判定出。也就是說，激光法不僅可以檢出永久的泄漏，還可以檢出臨時的泄漏。
（二）常壓水針西林瓶完整性測試
常壓水針西林瓶通常采用充氮工藝，是為了保護氧敏感產品不被氧化破壞。水針西林瓶有的液體裝量少，頂空大；有的液體裝量大，頂空??；有的西林瓶裝量接近滿瓶，頂空幾乎沒有。
一般來說，如果是大頂空，或小頂空且外徑較大，可以采用激光法進行完整性測試。此時，激光法通過監測頂空氧含量的變化來判斷是否泄漏。
如果是頂空極小(接近零頂空)，那么激光法將不適用，需要采用真空衰減法來測試。真空衰減法測試液漏的原理是在抽真空時抽到極限真空（接近0mbar），在如此高的真空下，液態水將會被汽化為氣態水，氣態水通過漏孔進入到測試腔體，進而被主機壓力傳感器監測到。需要注意的是，液體本身的粘度不能過大，否則將無法汽化。另外，液體里如果有未溶解完全的小顆粒，也可能會堵塞漏孔，導致假陰性的結果。
水針西林瓶也可以采用高壓放電法測試，但高壓放電法的設備成本較高。
（三）卡式瓶完整性測試
卡式瓶里通常裝有類似蛋白質的乳狀液或懸濁液，這種溶液里面含有小的顆粒，可能會堵塞漏孔。所以如果采用真空衰減法會出現假陰性的結果。激光法也不適用，因為里面幾乎沒有頂空。此時可以考慮采用高壓放電法。高壓放電法要求容器本身必須是絕緣的，內部填充的液體是導電的。卡式瓶符合高壓放電法的要求。
（四）液體安瓿瓶完整性測試
液體安瓿瓶根據頂空的大小可以選用不同的方法，如果是極小的頂空，那么可以用真空衰減法或高壓放電法；如果頂空大，可以采用激光法、真空衰減法、高壓放電法中的任意一種方法。
（五）預灌裝注射器完整性測試
預灌裝注射器和液體安瓿瓶類似，需要根據頂空的大小選用不同的方法，如果是極小的頂空，那么可以用真空衰減法或高壓放電法；如果頂空大，可以采用激光法、真空衰減法、高壓放電法中的任意一種方法。
（六）泡罩完整性測試
泡罩由于具有多個孔，且里面裝的一般是片劑，激光法和高壓放電法通常不適用。真空衰減法可以用于測泡罩，因為測試腔體可以根據泡罩的形狀和大小進行定做，而且在腔體的上方可以安裝壓力傳感器，對漏點進行定位。通常真空衰減法測定泡罩可以獲得大約15um的測試精度。圖8是泡罩的測試腔體。
圖8 泡罩測試腔體
（七） 滴眼液瓶完整性測試
單個滴眼液瓶的完整性測試可以采用真空衰減法結合定制的硬腔體，也可以采用高壓放電法。由于滴眼液瓶的頂空有時比較小，如<1mL, 激光法不太適用。
五、小結
以上是美國藥典USP1207無菌藥品包裝系統密封性測試(CCIT)的確定性測試儀器與方法相關介紹，文章摘自蒲公英與魏信微信群分享，并補充了部分國內目前普遍使用的色水法與微生物侵法、氣泡釋放法等相關參考方法的對比，并進行了儀器配圖。目前國內GMP提到完整性測試無菌藥品，其完整性測試更多是針對容器本身的密封性能，仍然采用的傳統的微生物挑戰法、色水法較多，近幾年開始采用無損的真空衰減法、高壓放電法、激光法等替代，尤其對于1ml的小容量注射劑需要采用真空衰減法或激光法，具體要看頂空體積；玻璃安瓿瓶推薦采用真空衰減法可，真空衰減法不僅能測液體瓶身的泄露，而且測頂空氣體的泄露，誤判率低。
山東泉科瑞達儀器作為專業藥包材檢測儀器制造與服務商，相應藥包材檢測儀器均符合國家藥包材標準要求，并具有可滿足最新GMP要求的權限管理及數據追蹤，目前已與國內藥企建立了廣泛的合作，我們希望通過進一步完善產品體系，并以公司技術實力為依托為業內提供更多的量身訂制儀器服務，更好的服務于更多藥廠為我國醫療行業質量控制貢獻力量。
山東泉科瑞達儀器設備有限公司
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