در این مطالعه به معرفی فیلتر های استریل و کاربرد های این نوع فیلتر ها اعم از مصارف غذایی، دارویی و عفونی پرداخته است الزاماتی را به منظور انتخاب بهینه آنها شرح داده است. پیکربندی فیلترهای استریل نیز که شامل هسته ، مدیا و محفظه ی آن می باشد به طور مفید و کاربردی بیان شده است. به منظور اعتبار سنجی این نوع فیلترها یک نوع آئروسل و محدوده ای برای اندازه منافذ فیلتر معرفی شده است.
امروزه تقاضا و نیاز برای استفاده از گاز ها و هوای فشرده استریل بسیار افزایش یافته است و انتخاب یک فیلتر استریل مناسب برای سیستم های هوای فشرده می تواند انتخاب دشواری برای متقاضیان باشد. تولید پروتئین، آنتی بادی، واکسن ها، هورمون ها، آنزیم ها و بسیاری از محصولات بیوتکنولوژِی شامل فرایند های فنی می باشند که در چرخه تولید نیازمند گازها و مایعات ضد عفونی استریل می باشد. در تولید و بسته بندی مواد غذایی و نوشیدنی ها نظیر خامه ، پنیر، ماست و ماءالشعیر همگی از هوای فشرده شده و کربن دی اکسید استفاده می گردد. همه ی این محصولات نسبت به میکرواورگانیسم های حمل شده در توسط هوای فشرده بسیار حساس و مستعد به آلودگی هستند. در مورد مواد غذایی، نوشیدنی ها و مواد شیمیایی تولید شده توسط تخمیر ورود باکتری می تواند چالشی بزرگ در محصولات باشد . در صنایع داروسازی و تخمیر هوای فشرده گازها در تمام مراحل فرایند تولید از جمله تصفیه مواد اولیه تا تولید محصول و بسته بندی نهایی و به دنبال ان انتخاب فیلتر مناسب استفاده می گردد. هوای فشرده شده به عنوان منبع انرژی در فرایند یا به عنوان هوای فشرده شده ، کاربردهای مختلفی برای در حالی که به عنوان انرژی استفاده می گردد وجود دارد اما در هر صورت باید بدون بو، بدون ذرات جامد، آب و روغن باشد.
هوا برای ورودی فرایند شامل هوادهی مایعات، تخمیر بذر و کاربرد های آزمایشگاهی خواهد بود. به طور معمول اندازه باکتری می تواند از ۰.۲ تا ۴ میکرومتر باشد. با وجود اندازه کوچک باکتری ها این میکرو اورگانیسم ها در بسیاری از صنایع با استفاده از هوا و گازهای فشرده چالش بزرگی می باشد زیرا این نوع ذرات زنده می توانند آزادانه در شرایط مناسب تکثیر بشوند و اغلب از محصول درگیر تولید برای تغذیه خود استفاده می کنند.
مدیای فیلتر به منظور حذف اورگانیسم های زنده از هوای فشرده از میکروفایبرگلاس های بوروسیلیکات یا پشم های ملت اسپان با غشاهای PTFE است که روی پارچه های بافته شده با فایبرگلاس ۱۰۰ درصد یا منسوجات پلی سولفون یا پلی پروپیلن ملت اسپان قرار داده شده است. یک فیلتر میکروفیبر بوروسیلیکات معمول بدون بایندر می تواند تا ۹۹.۹۹۹۹۹% بازهی را در ۰.۰۱ میکرومتر ارائه دهد و تا ۱۲ ماه به طور مفید کار کند. در این فیلتر که ساختاری دو لایه خواهد داشت هوا یا گاز آلوده ابتدا به لایه بیرونی مدیا که نسبتا درشت است ( ۲ میکرومتر) برخورد می کند. این سطح فیلتراسیون باعث می شود که ذرات آلوده تا قبل از نفوذ به شبکه میکرو الیاف گیر انداخته شوند. لایه داخلی که از یک شبکه ی میکرو فیبری تشکیل شده است ذرات را در سطح فیلتراسیون ۰.۰۱ میکرومتری گیر می اندازد که به ویژه در مهار هرگونه آئروسل باقیمانده از آب یا روغن اهمیت دارد. این دو لایه مدیای الیافی در کنار هم همه ی ذرات جامد را نگه می دارند. در جریان هوای خشک تا زمانی که میکرواورگانیسم ها ابزاری برای تکثیر در عمق مدیای فیلتر ندارند می تواند مهار بشوند. مدیای قفیلتر هنگامی که حاوی مواد چسبنده است برای این کاربرد مناسب به نظر نمی رسد زیرا بایندر به عنوان ماده ای مغذی برای رشد باکتری عمل می کند.
فیلتر های کارتریج غشایی بسیار انعطاف پذیر و استحکام کششی بالایی دارند. آن دسته از پلیمرهایی که به طور گسترده به عنوان مدیای فیلتردر اندازه های درشت تر مورد استفاده قرار گرفته اند اکنون به عنوان مدیای فیلتر های غشایی کاربرد دارد. ساختار معمول فیلترهای کارتریج ساخته شده از پک فیلتر چین دارمشتمل بر یک لایه پیش فیلتر الیاف پلی الفین بسیار ریز، دوغشای نایلونی با اندازه منافذ یکسان (۰.۲ میکرومتر) و هسته ای از جنس پلی پروپیلن می باشد. لایه های غشای ریز متخلخل نایلونی و پیش فیلتر پلی پروپیلن با هم دیگر چین خورده و از طریق هسته به عنوان تکیه گاه استفائده می شود. درپوش ها و هسته فیلتر با پلی پروپیلن ملت آب بندی شده است.
در این مدیا غشای نایلونی ریز متخلخل ( ۱۱۰ میکرومتر) با اندازه منفذ کنترل شده ساختاری همگن را تشکیل می دهد که نمی تواند الیاف را آزاد کند و هیچ مدیای الیافی در پایین دست غشای نایلونی به منظور جلوگیری از مهاجرت الیاف مورد استفاده قرار نمی گیرد. تنها مواد بکار رفته در این کارتریج ها نایلون و پلی پروپیلن است.
تکنولوژی فیلتر الیاف تو خالی در ابتدا برای فیلتراسیون دیالیز توسعه پیدا کرد، اما برای طیف گسترده ای از کاربرد ها از جمله برای استریل کردن هوای فشرده، بکار می رود. مزیت اصلی که ساختار این نوع فیلتر ها دارد این است که فیلتر ابعاد حفره ای کمتری دارد اما در حجمی با محفظه ی مشخص سطح فیلتراسیون بزرگی دارد. نرخ میکرون در ابعاد ۰.۱ ، ۰.۲ و ۰.۴۵ میکرومتر در دسترس می باشد.
به دلیل توزیع منافذ بسیار نزدیک تر نسبت به مدیای غشایی مسطح ، تعداد منافذ در هر واحد سطح فیلتر بسیار بیشتر است و در نتیجه عمر مفید المنت فیلتر افزایش پیدا می کند. توزیع منفذ نزدیکتر به این معنی است که اندازه بزرگترین منفذ به طور قابل توجهی کاهش می یابد به عبارتی یک غشای معمولی حدااکثر اندازه منفذ با حداقل ۰.۳ میکرومتر از موادی با الیاف تو خالی دارد. پیشرفت المنت های فیلتر غشایی با اندازه تعیین شده ی ۰.۱ میکرومتری ، طول عمر بیشترو توزیع اندازه منفذ کاهش یافته ، به استریل کردن ایمن تر هوای فشرده و گاز کمک قابل توجهی می کند.
ساخت غشای الیاف تو خالی نیز به این معنی است که تولید المنت هایی با ظرفیت کمتر ، تا جریان مجاز ۴۰ مترمکعب در ساعت در ۸ بار برای استفاده در آزمایشگاه یا برای کاربرد های تخمیر بذر مقرون به صرفه است. غشای الیاف توخالی اگرچه از ۱۰۰ % پلی پروپیلن ساخته شده است و خاصیت آب گریز دارد از این رو می تواند در کاربرد های مایع استفاده شود ، مشروط بر اینکه محیط مرطوب کننده ای همچون ایزوپروپیل الکل قابل قبول واقع شود را می توان در کاربرد های مایع مورد استفاده قرار داد.
فیلتر های کارتریج استریل باید در محفظه نگهدارنده فشار نصب شوند. آب بندی آنها با استفاده از واشر های حلقوی آب بندی انجام می شود که انبساط و و حرکت مدیای پلیسه ای در حین استریلیزاسیون بخار درجا (هم زمان) و در شرایط بار ضربه ای بدون شکستن اورینگ های آب بندی را ممکن می سازند . محفظه های فیلتر های استریل هوای فشرده باید طوری طراحی بشوند که تا حد امکان از کارتریج در برابر تنش های ناخواسته ، دور ریز های جریان یا آلودگی محافظت کنند و اجازه دهند میعانات آزادانه تخلیه شوند. محفظه باید با استاندارد بسیار بالا ساخته شود و سطح داخلی آن صیقلی و بدون نقاطی باشد که باعث تجمع آلودگی می شود.
فیلترهای قطعه بندی شده به طور کاملا موثری برای شرایط لازم برای جریان هوا ، گاز ، هوای فشرده ، مایعات و بخار ، به ویژه در برنامه های غذایی و نوشیدنی مورد استفاده قرار می گیرند. برای هوای فشرده و سایر گازها فیلترها از غشاهای صافی PTFE که آب گریز هستند و در برابر همه مواد شیمیایی رایج مقاوم بوده و آنها را برای عملیات بسته بندی ضد عفونی شده و به طور کلی وظایف پردازش مواد غذایی و نوشیدنی ایده آل می کنند استفاده می کنند. در کاربرد معمول ، هوا یا گاز در فضاهای بیرونی یک جریان از طریق مدیای فیلتر به بخش مجاور عبور می کند. سپس هوا یا گاز فیلتر شده از طریق فضاها در مرکز کارتریج و از محفظه فیلتر خارج می شود. تعداد بخش ها و نوع مدیای فیلتر استفاده شده از طریق کاربرد تعیین می شود. هربخش فیلتر به طور مستقل عمل می کند و با افزودن بخش ها می توان توان عملیاتی را افزایش داد .
اکسیژن، گاز فوق العاده خطرناکی است که قادر به ایجاد احتراق خود به خودی شدید در تماس با آلاینده های قابل احتراق مانند رسوب زنگ و سایر محصولات تخریب در خطوط لوله اکسیژن، حلال ها، روانکننده ها و گریسها است. بدین ترتیب، وجود اکسیژن خالص می تواند دمای اشتعال ذرات قابل احتراق را به میزان قابل توجهی کاهش دهد؛ بنابراین نیاز به فیلترهای اکسیژن، سختگیرانه و منحصربه فرد هستند و انتخاب مواد و ساخت بدنه فیلتر، انتخاب و شکل المنت فیلتر و آب بندیها و لوازم جانبی نقاطی که باعث تجمع آلودگی می شود.
محفظه فیلتر اکسیژن از فولاد کربنی یا فولاد ضدزنگ ساخته می شود و نیاز به ساخت با کیفیت و تمیزکردن دارد. قطعات فولاد کربنی به صورت ریز و فسفاته هستند. اتصالات داخلی از آلیاژهای برنز ضد جرقه با بار الکتریکی کامل ساخته شده اند. همچنین طراحی باید به گونه ای باشد که از تشکیل گرداب جلوگیری کرده و برخورد ذرات را (به منظور جلوگیری از افزایش دمای ذرات) با جداسازی مثبت آلاینده ها در یك منطقة آرام به حداقل برساند.
فیلترهای استریل به طور معمول باتوجه به مقدار دبی در برابر اطلاعات افت فشار موجود، اندازه گیری می شوند. به عنوان مثال، تخمیرکننده معمولی که نیاز به فشار تقریباً یك باری در هوای فشرده به منظور غلبه بر بار هیدرواستاتیك دارد، با هوای فشرده با فشار ۱۶/۵ بار تأمین می گردد تا امکان تلفات لوله، شیر و فیلتر فراهم شود. هنگامی که اندازه فیلتر مورد بررسی قرار گیرد، ابتدا مهم است که بدانیم آیا برای پیش فیلتراسیون، فیلتر در شرایط مرطوب یا خشك عمل میکند. افت فشار اولیه در فیلتر خشك باید حدود ۰۷/۰ بار باشد چرا که اگر فیلتر برای حذف آب مایع و شاید روغنکار کند، افت فشار می تواند به ۱۵/۰ بار افزایش پیدا کند. پس از این، افزایش افت فشار به دلیل جمع آوری آلاینده ها و مسدودشدن تدریجی مواد فیلتر است.
به طورکلی، المنت های پیش فیلتر از نوع ترکیبی به منظور مقاومت در برابر افت فشار بسیار بالا طراحی شده اند، با این حال، تعویض کارتریج ها با فشار دیفرانسیل بین ۰.۳ تا ۰.۷ بار در برنامه پیش فیلتراسیون استریلیزاسیون هوا، طبیعی است. در صورت نیاز به بیش از یك مرحله پیش فیلتراسیون، افت فشار کل در تمام پیش فیلترها باید در یك سطح حفظ گردد.
همچنین اندازه فیلتر استریلیزاسیون هوای فشرده واقعی به گونه ای است تا بتواند افت فشار اولیه حدود ۰.۱ بار را ایجاد کند؛ اگرچه مانند سیستم پیش فیلتراسیون، برای کاهش این افت فشار یا بالعکس، فیلترها را می توان بزرگ کرد. با این حال، هزینه اختلاف فشار اضافی باید در نظر گرفته شود.
فیلترهای استریلیزاسیون هوای فشرده باید هم از آلودگی هوای فشرده طبیعی و هم از آلودگی موجود در بخار مورد استفاده به منظور استریل کردن دوباره آنها، محافظت شود؛ بنابراین به دلیل افزایش افت فشار، تغییر آنها طبیعی نیست، اما زمانی که عمر مورد انتظار پیشنهادی آنها به پایان برسد که معمولاً توسط تعداد استریل سازی های بخار مکرر که به طور ایمن می توانند تحمل کنند، تعیین می شود. استریلیزاسیون بخار رایج برای هر سیستم فیلتراسیون استریل، یك الزام است و اغلب بعد از هر دسته طبق رویه های مشخص شده، انجام میشود، با این حال مشروط بر اینکه فیلتر تحت فشار نگه داشته شود، رطوبت نسبی کمتر از حد توصیه شده، حفظ گردد و جریان کمی از هوا به طور مداوم جریان یابد، این امر ضروری نیست. توجه به این نکته مهم است که بخار استریل کننده باید اشباع گردد و بدون هرگونه مواد افزودنی باشد. آلاینده ها در سیستم می تواند باعث آلودگی فیلتر و در نتیجه افزایش افت فشار شود و مواد افزودنی نیز با کریستال شدن بر روی محیط فیلتر، همین اثر را دارند که می توانند هرگونه اثرات شیمیایی احتمالی را نیز متمرکز کنند.
به طورکلی، سیستم به خوبی طراحی شده، قبل از تعویض کارتریج می تواند ۱۲ ماه عمر مفید داشته باشد. البته عمر می تواند کوتاه تر یا بسیار بیشتر از این باشد، اما در هر صورت، هزینه ی ناچیز کارتریج های جایگزین و جایگزینی آسان آنها باعث می شود که این موضوع در مقایسه با امنیت سیستم و تأثیر احتمالی آلودگی، اهمیت چندانی نداشته باشد.
در هنگام انتخاب فیلتر استریل برای سیستم های هوای فشرده نکات ضروری زیر باید رعایت بشوند :
فیلتر باید در محفظه ای قرار داده شود که سطوح آن تا حد زیادی صیقل داده شده باشد تا از رسوب یا تجمع جلوگیری شود.
وقتی برای تخمیر (فرمانتاسیون) مهندسی ژنتیك یا تولید داروی دارویی، به هوا یا گازهای تمیز استریل فشرده نیاز داریم، هیچ چیز را نمی توان به شانس واگذار کرد. هر فیلتری که استفاده می شود باید از قبل از عملکرد آن آزمایش شده باشد تا اطمینان حاصل شود که وظیفه خود را انجام می دهد. بهترین راه برای آزمون عملکردی المنت فیلتر و در واقع کل فیلتر، استفاده ی توده ای از ذرات آزمایشی در اندازه بحرانی ۳/۰ تا ۱ میکرومتر است. در اصل، این آزمایش براساس ایجاد آئروسل دی اوکتیل فتالات (DOP) در محدوده ذرات بحرانی است که با آن فیلتر به چالش کشیده می شود و با اندازه گیری هرگونه نفوذ با یك فوتومتر آئروسل در پایین دست ادامه پیدا می کند. با این حال، DOP به دلیل خطرات احتمالی برای سلامتی تا حد زیادی با مواد دیگری جایگزین شده است و در حال حاضر روغن ذرت خالص مانند روغنهای دیگری که به همان اندازه، ذرات را در هنگام اتمیزه شدن پخش می کنند، استفاده می شود. به طور معمول، حدود ۷۰ درصد از ذرات آئروسل تولید شده کمتر از ۰.۳ میکرومتر هستند و اندازه کل ذرات به طور تقریبی ۰.۰۵ تا ۳ میکرومتر است.
سیستم های فیلتر استریل در صنایع تخمیری یا دارویی بسیار بکار می روند ، این نوع فیلترها در ساختارهایی متناسب با کاربرد آنها اعم از فیلترهای کارتریجی غشایی و فیلترهای فیبرهای توخالی ظاهر می شوند و تفاوت هایی در عملکرد آنها وجود دارد که شامل سطح فیلتراسیون بیشتر و ظرفیت کمتر برای فیلتر های الیاف تو خالی می باشد. به منظور آزمون فیلترها ذرات آیروسل در محددوده ی بحرانی ۰.۳ تا ۱ میکرومتر تولید می شوند.
[۱] Sutherland, Kenneth S., and George Chase. Filters and filtration handbook. Elsevier, 2011.
نویسنده: مهشید شلکه
ذخیره پست 
