Tuesday, 27 June 2017

Uji Integritas Filter

Uji integritas, yang tidak bersifat merusak kolom, ditujukan utamanya untuk memastikan kebenaran nilai ukuran pori filter, ketepatan pemasangan dalam housing-nya, dan tidak ada kerusakan akibat proses sterilisasi atau filtrasi. Selain itu, uji integritas juga ditujukan untuk menunjukkan kesamaan antara filter uji dengan filter yang telah tervalidasi dengan uji retensi bakteri di bawah kondisi terkait-proses. Uji retensi bakteri bersifat merusak filter sehingga tidak bisa digunakan untuk menguji filter yang akan digunakan dalam fitrasi produk. Dengan demikian, uji integritas sebagai pengganti harus memiliki korelasi dengan retensi bakteri.

Home_Slider_009_Bubble_Point_Tester.jpg
Perangkat uji titik gelembung (QI Medical, Inc.)
Pengujian ini umumnya didasarkan pada deteksi aliran gas melalui filter yang terbasahi cairan yang sesuai, sebagai fungsi dari perbedaan tekanan antara kedua sisi membran. Setelah filter membran terbasahi sepenuhnya, gas didorong dari hulu mulai dengan tekanan rendah. Gaya kapiler menahan cairan tetap berada dalam pori. Gas terdorong ke dalam cairan dan berdifusi melintasi membran hingga keluar di sisi hilir, yang memiliki tekanan lebih rendah, biasanya tekanan atmosfer. Difusi meningkat seiring peningkatan tekanan dari sisi hulu. Dalam kondisi ini, aliran yang terjadi adalah aliran difusif.
Jika tekanan hulu terus ditingkatkan, pada satu titik perbedaan tekanan menyebabkan gaya kapiler tidak mampu lagi menahan cairan sehingga cairan terdorong keluar dari pori, mulai dari pori yang terbesar. Pada titik ini mulai terjadi aliran bulk, yang teramati sebagai aliran gelembung udara. Perbedaan tekanan gas saat mulai terjadi aliran gelembung, yang merupakan penanda keluarnya cairan yang mengisi pori terbesar ini, disebut titik gelembung.
bulk-diffusive flow.jpg
Ilustrasi aliran gas melalui membran pada kondisi tanpa tekanan, pemberian tekanan di bawah titik gelembung (BP), dan setelah tekanan mencapai titik gelembung (atas). Kurva karakterisasi membran (bawah). (Filter Separation/Jens Meyer)
Hubungan antara tekanan hulu dan aliran udara yang terukur pada bagian hilir dapat digambarkan sebagai kurva dengan tiga bagian karakteristik. Yang pertama, saat tekanan mulai diberikan, selama pori masih terisi cairan pembasah, terjadi aliran difusif yang meningkat lambat secara linier hingga pada titik gelembung. Titik gelembung ada pada bagian kedua, berupa lekukan kurva. Yang ketiga, setelah cairan pembasah terdorong keluar dari pori, mulai dari pori terbesar, akibat penambahan tekanan, terjadi ‘kebocoran’ sehingga gas lebih mudah mengalir. Akibatnya, aliran meningkat tajam dengan sedikit saja penambahan tekanan.
Untuk filter hidrofobik yang digunakan dalam filtrasi cairan, uji integritas dapat dilakukan dengan mengukur resistensi membran terhadap aliran air sebagai fungsi tekanan yang diterapkan.

1. Korelasi dengan Retensi Bakteri

Persyaratan kunci bagi suatu uji integritas adalah mampu memberikan korelasi kuantitatif antara sifat atau karakteristik filter dan kapabilitas retensi mikrobanya. Misalnya, uji titik gelembung menunjukkan ukuran pori terbesar suatu membran sehingga dapat kemampuan retensi mikroba filter tersebut dapat diperkirakan (Meltzer dan Jornitz, 2008).  
Filter yang lulus uji integritas berdasarkan spesifikasi yang dikembangkan selama studi validasi filtrasi akan mampu menghasilkan produk yang steril.
Uji integritas untuk filter membran mikropori hidrofilik dapat berupa titik gelembung (bubble point), aliran difusif, dan penahanan tekanan (pressure hold). Pemilihan metode yang sesuai tergantung pada jenis dan ukuran membran serta proses filtrasi yang digunakan. Pemilihan metode ini, beserta kriteria penerimaannya, harus divalidasi dan berkorelasi dengan retensi bakteri.
Pengukuran uji integritas tergantung pada luar permukaan filter, polimer membran, cairan pembasah, ukuran pori membran, dan gas yang digunakan. Perbedaan jenis gas dapat memberikan aliran difusi yang berbeda (Jornitz dan Meltzer, 2010).
Tabel nilai titik gelembung cairan pembasah filter selulosa asetat 0,2 μm (Jornitz, 2006)
wetting agents.jpg
Cairan pembasah, biasanya air, akan tertahan dalam struktur pori karena gaya kapiler. Karena itu pula, semakin kecil ukuran pori maka semakin tinggi tekanan yang diperlukan untuk mengeluarkan cairan dari pori tersebut. Sebaliknya, ukuran pori yang semakin kecil juga menyebabkan semakin sulit untuk dimasuki cairan pembasah, terutama pada membran yang kurang hidrofilik. Akibatnya, dengan cara pembasahan yang tidak tepat, bisa jadi hanya pori besar yang terisi cairan pembasah, sedangkan pori yang lebih kecil tidak terisi atau hanya terisi sebagian. Kondisi ini dapat menyebabkan kegagalan uji integritas karena udara akan lolos dengan mudah dalam tekanan serendah apa pun.
Filter harus terbasahi sepenuhnya sebelum dilakukan pengujian integritas. Akan tetapi, tidak ada metode baku untuk pembasahan. Langkah terbaik adalah mengikuti prosedur yang telah ditetapkan produsen (Jornitz, 2006, pp. 148-149).
Pembasahan membran yang tidak sempurna seringkali menjadi penyebab kegagalan uji integritas. Masalah pembasahan ini bisa disebabkan pembilasan semua pori yang kurang memadai, adsorpsi kontaminan hidrofobik, atau komponen formulasi yang dapat mengubah karakteristik permukaan filter membran.
Pembasahan membran dipengaruhi oleh:
  • Polimer membran: ada polimer yang lebih mudah terbasahi dibandingkan lainnya, tergantung pada tegangan permukaan kritis bahan membran.
  • Ukuran pori: semakin kecil ukuran pori, pembasahan semakin sulit.
  • Cairan pembasah: cairan pembasah bisa berinteraksi dengan matriks polimer.
  • Residu atau kontaminan produk: residu dan kontaminan dapat mengubah hidrofilisitas polimer membran dan menolak cairan pembasah atau menurunkan tegangan permukaan.
  • Kondisi tekanan: tekanan yang direkomendasikan produsen harus diikuti untuk bisa membasahi membran secara sempurna.
  • Kondisi suhu: suhu mempengaruhi tegangan permukaan cairan pembasah.
Selain itu, ada faktor yang spesifik proses dan aplikasi yang bisa mempengaruhi uji integritas, yang akan dibahas di bagian jenis pengujian masing-masing.

2. Produk sebagai Cairan Pembasah

Produk dapat digunakan sebagai cairan pembasah. Alasan penggunaan cairan produk di uji integritas sebelum proses adalah untuk menghindari pengenceran produk oleh bahan “asing” seperti air. Pada akhir proses, penggunaan cairan produk ini dalam uji integritas ini lebih ditujukan untuk menghindari pembilasan dengan air, yang seringkali diperlukan dalam volume besar.
Cairan pembasah yang digunakan untuk uji integritas sebelum dan sesudah proses filtrasi sebaiknya sama. Seperti ditunjukkan tabel di atas, cairan pembasah berupa pelarut atau produk yang berbeda bisa memberikan nilai titik gelembung yang berbeda pula.
Ada kalanya produk mengubah karakteristik permukaan membran. Misalnya, filter membran nilon dapat menangkap protein dari cairan produk sehingga permukaannya menjadi lebih hidrofobik. Meskipun telah digelontor dengan sejumlah besar air, hasil bilasan filter membran yang sebelumnya digunakan untuk cairan produk mengandung surfaktan, seperti polisorbat, masih menunjukkan adanya penurunan tegangan permukaan. Dalam kondisi seperti ini, direkomendasikan untuk menggunakan cairan produk untuk uji integritas, baik sebelum maupun sesudah proses filtrasi.
Hasil uji integritas dengan menggunakan produk sebagai cairan pembasah harus dibandingkan dengan hasil pengujian menggunakan cairan pembasah yang direkomendasikan pembuat filter terhadap membran yang sama, untuk menentukan spesifikasi terbasahi-produk. Selanjutnya, spesifikasi ini secara tidak langsung dihubungkan dengan kapabilitas retensi bakteri membran tersebut.
Perbedaan nilai uji integritas membran antara terbasahi-produk dan cairan rekomendasi pembuat filter disebabkan perbedaan kelarutan gas, konstanta difusi, dan tegangan permukaan antara kedua cairan pembasah tersebut.

3. Uji Titik Gelembung

Titik gelembung terjadi ketika gas menggantikan cairan pembasah dari pori terbesar membran, menghasilkan aliran gas bulk melalui pori tersebut. Aliran tersebut terlihat dengan adanya aliran gelembung konstan dari bawah kolom air, melalui saluran yang disambungkan sisi hilir membran.
Titik gelembung berkaitan dengan ukuran pori membran dan sudut kontak cairan pembasah terhadap dinding pori. Titik ini berbanding terbalik dengan ukuran pori membran dan berbanding lurus dengan tegangan permukaan cairan pembasah. Dengan kata lain, semakin besar ukuran pori maka titik gelembung semakin besar. Sedangkan cairan yang mudah membasahi membran akan menunjukkan titik gelembung yang lebih tinggi dibandingkan yang sulit membasahi.
P = 4 × γ × cosΘ/D
P = tekanan untuk mengosongkan pori terbesar
γ = tegangan permukaan
Θ = sudut kontak cairan terhadap permukaan pori
D = diameter pori terbesar
Karena titik gelembung merupakan fungsi dari tegangan permukaan cairan, sudut kontak, bentuk dan ukuran pori, nilai titik ini spesifik untuk tiap polimer dan kimia permukaan membran, kombinasi cairan pembasah, metode, peralatan, dan luas permukaan (PDA, 2008).
Meskipun titik gelembung merupakan indikasi pori terbesar, nilainya tidak bisa secara langsung digunakan untuk menghitung diameter pori tersebut. Titik gelembung juga bukan merupakan indikasi jumlah pori terbesar, yang bisa mempengaruhi probabilitas retensi bakteri, terutama untuk mikroba berukuran lebih kecil dari pori.
Uji titik gelembung mampu mendeteksi kerusakan atau ukuran pori di luar yang seharusnya, dan memiliki korelasi dengan retensi mikroba. Banyak penelitian menunjukkan bahwa jika rasio penurunan mikroba diplotkan terhadap titik gelembung maka akan diperoleh garis lurus dengan kemiringan (slope) yang sama.
Pengujian ini sensitif dan dapat diandalkan untuk filter membran dengan luas permukaan yang kecil. Sensitivitas metode titik gelembung menurun seiring peningkatan area filter akibat peningkatan aliran difusif. Titik gelembung merupakan titik transisi antara aliran difusif dan aliran bulk. Pada filter dengan permukaan luas, melebihi 5 m2, aliran difusif melalui membran dapat menutupi dan menyulitkan deteksi titik gelembung (Jornitz dan Meltzer, 2004). Oleh karena itu, titik gelembung lebih mudah diterapkan pada filter skala kecil hingga menengah, misalnya membran seluas antara 13,5 cm2 (filter disk 47 mm) hingga 1,8 m2, dengan waktu pengujian pendek dan efek suhu kecil (Meltzer dan Jornitz, 2008).
Pengujian dapat dilakukan secara manual dengan memberikan tekanan gas pada sisi hulu filter membran yang telah terbasahi. Saluran dari sisi hilir membran dicelup ke dalam air. Tekanan diferensial mulai terbentuknya aliran gelembung terus-menerus merupakan titik gelembung.
manual bubble point test system.jpg
Sistem uji titik gelembung manual (Meltzer et al, 2008)
Pengujian secara manual memerlukan pengaturan sisi hilir filter dan dapat bersifat subyektif. Tekanan harus diberikan secara perlahan dan bertahap, distabilisasi setiap kali dinaikkan. Nilai benar titik gelembung bisa terlewati jika tekanan dinaikkan terlalu cepat.
Kesalahan yang umum terjadi adalah salah mengidentifikasi gelembung yang bukan dari hasil aliran bulk. Gelembung dapat terjadi akibat difusi gas dari membran yang terbasahi. Indikasi aliran bulk adalah aliran gelembung terus-menerus, bukan gelembung pertama.
Penentuan uji titik gelembung secara manual dapat berbeda secara subyekti antara satu operator dengan yang lain. Oleh karena itu, operator harus terlatih benar untuk bisa melakukan pengujian dan interpretasi hasil uji.  

3.1. Uji Titik Gelembung Terbasahi-Produk

Pengujian titik gelembung menggunakan cairan produk perlu dilakukan terhadap beberapa lot filter yang telah diketahui sebelumnya nilai titik gelembungnya dengan cairan referensi, seperti air. Nilai titik gelembung dipengaruhi tegangan permukaan dan suhu cairan pembasah. Spesifikasi titik gelembung dapat ditentukan menggunakan dua pendekatan, yakni pendekatan rasio dan pendekatan statistik.

3.1.1. Pendekatan Rasio Titik Gelembung

Titik gelembung merupakan nilai spesifik yang berkaitan dengan ukuran pori membran dan tegangan permukaan cairan pembasah. Karena itu, penentuan spesifikasi titik gelembung spesifik-produk dapat dilakukan dengan disk filter (PDA, 2008).
Replikasi pengujian dilakukan dengan menggunakan beberapa sampel filter membran yang jenisnya telah dipilih untuk digunakan pada proses filtrasi produk. Filter membran tersebut dipasang dalam holder dan dibilas menggunakan cairan pembasah referensi, misalnya air. Uji titik gelembung dilakukan terhadap masing-masing disk dan dihitung rata-ratanya untuk mendapat nilai WBPavg.
Selanjutnya, disk filter dikeringkan atau dibilas dengan cairan produk sejumlah yang memadai untuk mengusir sepenuhnya sisa cairan pembasah yang digunakan dalam uji integritas sebelumnya. Uji titik gelembung dilakukan lagi dengan menggunakan cairan produk dan dihitung rata-ratanya untuk mendapat nilai PBPavg.
Batas titik gelembung untuk produk dapat dihitung dengan rumus:
PBPmin = WBPmin × (PBPavg / WBPavg)
PBPmin = titik gelembung minimal, terbasahi-produk (titik gelembung terbasahi-produk tervalidasi minimal)
WBPmin = titik gelembung minimal, terbasahi-air (titik gelembung terbasahi-air minimal untuk filter yang digunakan uji retensi bakteri, diberikan oleh produsen filter)
PBPavg = titik gelembung terbasahi-produk rata-rata
PBPavg = titik gelembung terbasahi-air rata-rata

3.1.2. Pendekatan Statistik Titik Gelembung

Karena variabilitas dalam penentuan titik gelembung terbasahi-produk, evaluasi statistik perlu dilakukan. Sebagaimana terjadi pada pengujian yang lain, uji titik gelembung juga tidak terlepas dari bias pengukuran dengan tingkat tertentu. Semakin tinggi variabilitas seri data, ketidakpastian pengukuran dalam memprediksi titik gelembung juga meningkat.
Karena ketidakpastian dalam pengukuran titik gelembung terbasahi-produk ini, evaluasi statistik perlu dilakukan. Seri data dalam tabel berikut dapat digunakan sebagai contoh penghitungan statistik. Dari data titik gelembung terbasahi-air (sebelum filtrasi) dan terbasahi-produk (sesudah filtrasi) tiap filter dapat dihitung rasio masing-masing. Rasio ini dihitung dengan cara membagi nilai rata-rata titik gelembung terbasahi-produk dengan nilai rata-rata titik gelembung terbasahi-air. Nilai rasio rata-rata yang diperoleh dari contoh sebesar 0,826.
C-1.jpg
Jika spesifikasi titik gelembung terbasahi-air minimal yang diturunkan dari uji retensi mikroba sebesar 51,5 psi, spesifikasi titik gelembung terbasahi-produk minimal dapat ditentukan dengan mengalikan nilai rasio rata-rata dengan nilai titik gelembung terbasahi-air tersebut. Nilai titik gelembung terbasahi-produk minimal dalam contoh terhitung 0,825 x 51,5 psi = 42,5 psi.
Dari seri data titik gelembung terbasahi-produk dalam tabel di atas, simpangan baku (s) dihitung dan diperoleh nilai 1,587 psi. Harga t satu-arah pada tingkat kepercayaan 95% untuk derajat bebas n-1 adalah 1,943. Dari dua nilai tersebut dapat diperoleh faktor koreksi senilai 1,943 x 1,587 psi = 3,084 psi.
Nilai titik gelembung terbasahi-produk terkoreksi dihitung berdasarkan rumus:
CPBP = PBPmin ⁻ (tα,df)s
CPBP = 42,5 psi - 3,084 psi = 39,4 psi  

4. Uji Aliran Udara Difusif

Pada tekanan di bawah titik gelembung, molekul gas bermigrasi melintasi pori yang terisi cairan secara difusi mengikuti Hukum Difusi Fick. Laju aliran difusif proporsional terhadap tekanan diferensial gas uji, kelarutan dan difusivitas gas uji dalam cairan pembasah, ketebalan cairan pembasah, porositas (volume rongga) membran, dan area filtrasi efektif. Aliran ini dapat dijabarkan dengan Hukum Difusi Fick sebagai berikut:
N = [D × H × (p1 - p2) × ρ] / L
N = laju permeasi (mol gas per unit waktu)
D = difusivitas gas dalam cairan
H = koefisien kelarutan gas
p1 - p2 = tekanan transmembran (tekanan diferensial)
ρ = volume rongga (porositas) membran, biasanya sekitar 80% (Jornitz, 2006)
L = ketebalan cairan dalam membran, setara dengan ketebalan membran jika pori membran terisi penuh dengan cairan (Jornitz dan Meltzer, 2010)
Tidak seperti titik gelembung, uji aliran difusif mengukur aliran gas melalui pori yang terbasahi. Ukuran pori tergambarkan, secara tidak langsung, dari kombinasi ketebalan cairan (L) dan porositas (ρ) membran. Akibatnya, pengujian tidak berkorelasi dengan retensi mikroba. Namun, uji tantangan mikroba dengan filter yang mengalami penurunan laju difusi menunjukkan bahwa laju difusi gas filter tersebut ada di bawah filter yang bisa memberikan filtrat yang steril.
Aliran difusif tidak dapat diterapkan untuk filter dengan permukaan yang kecil, karena permukaan kecil akan memberikan aliran difusif yang terlalu rendah untuk bisa diukur akurat. Karena itu, uji aliran difusif, dan juga uji penurunan tekanan, lebih baik digunakan untuk permukaan luas, yang tidak dapat diuji menggunakan titik gelembung. Pori besar atau rusak dapat terdeteksi dari lapisan cairan yang tipis, sehingga memberikan laju alir difusif lebih tinggi.
Pengujian ini juga berguna untuk membran dengan ukuran pori kecil, misalnya 0,1 μm atau lebih kecil. Membran berukuran pori sangat kecil tersebut tidak mungkin diukur menggunakan titik gelembung karena akan memerlukan tekanan yang besar, yang berpotensi merusak sifat retensi filter (Jornitz dan Meltzer, 2004).
Jika uji titik gelembung hanya merefleksikan pori terbesar, uji aliran difusif mencermikan total porositas membran. Karena itu, aliran difusif lebih dapat menunjukkan perubahan yang terjadi pada semua pori, sehingga menjadi indikator inkompatibilitas yang lebih sensitif dibandingkan titik gelembung.
Uji aliran difusif mengukur total aliran difusif melalui membran dan aliran melalui pori terbuka. Pengguna filter harus mengacu metode pengujian yang direkomendasikan produsen, memastikan metode sudah tepat dan tervalidasi.
Pengukuran aliran difusif dilakukan pada bagian hilir filter membran terbasahi, di bawah tekanan uji konstan, atau pada bagian hulu dengan mengukur aliran udara yang dibutuhkan untuk mempertahankan tekanan uji konstan. Pengujian dilakukan terhadap membran yang telah dibasahi dan kelebihan cairan sudah dikeluarkan. Selanjutnya, sisi hulu filter diberi tekanan dan aliran difusif diukur. Rangkaian perangkat dengan pengukuran aliran pada sisi hilir dapat dilihat dalam ilustrasi di bawah. Buret atau gelas ukur terbalik terisi cairan untuk mengumpulkan gas yang terdifusi. Buret atau gelas ukur ini dapat diganti flow-meter gas.
manual diffusive flow test.jpg
Rangkaian perangkat uji aliran difusif (Jornitz, 2006)
Menjadi pengujian yang sensitif untuk area filtrasi besar menimbulkan masalah tersendiri pada rangkaian kartrij rangkap. Misalnya, produsen memberikan batas laju maksimal yang masih dapat diterima untuk tekanan uji tertentu sebesar 15 mL/menit. Jika dalam rangkaian sembilan kartrij, ada delapan kartrij dari rangkaian yang memiliki laju aliran difusif 10 mL/menit dan satu kartrij, mengalami kerusakan, memberikan laju alir 55 mL/menit, maka aliran difusif total 135 mL/menit. Nilai ini tidak dapat dibedakan dengan kondisi jika semua kartrij normal dan masing-masing memiliki aliran difusif 15 mL/menit (Meltzer et al, 2008, p. 320). Masalah ini dapat diatasi dengan uji aliran difusif multi-titik.
Pengujian ini juga sangat peka terhadap pengaruh suhu. Bahkan, menyentuhkan tangan pada housing filter atau menempatkan dekan sistem pengkondisian udara dapat mempengaruhi hasil uji (Meltzer et al, 2008). Deviasi atau fluktuasi suhu selama pengujian harus dihindari.

4.1. Uji Aliran Udara Difusif Terbasahi-Produk

Jika menggunakan produk dalam uji integritas berdasarkan aliran udara difusif, ada dua langkah proses yang harus dilakukan, yakni (1) penentuan tekanan uji, dan (2) penentuan rasio nilai uji aliran difusif kedua cairan (produk dan air).
Tekanan uji untuk uji aliran udara difusif terbasahi-produk dapat dihitung berdasarkan rumus:
TPPW = MTPWW × (PBPavg / WBPavg)
TPPW = tekanan uji, terbasahi-produk (bervariasi tergantung tegangan permukaan)
MTPWW = tekanan uji dari produsen, terbasahi-air
PBPavg = titik gelembung terbasahi-produk rata-rata
WBPavg = titik gelembung terbasahi-air rata-rata
Dengan beberapa kali replikasi, uji aliran difusif terbasahi-air dilakukan pada perangkat filter dalam tekanan uji yang telah ditentukan produsen filter. Perangkat yang lebih kecil dapat digunakan selama penentuan aliran yang akurat mungkin dilakukan.
Perangkat filter kemudian dikeringkan dan, juga dengan beberapa kali replikasi, uji aliran difusif terbasahi-produk dilakukan menggunakan tekanan yang telah ditetapkan dari perhitungan di atas. Selanjutnya, batas uji aliran difusif dapat dihitung menggunakan rumus:
DFLPW = DFLWW × (DFPW / DFWW)
DFLPW = batas uji aliran difusif, terbasahi-produk
DFLWW = batas uji aliran difusif, terbasahi-air
DFPW = aliran difusif, terbasahi-produk
DFWW = aliran difusif, terbasahi-air rata-rata
Aliran difusif tergantung pada konstanta difusi dan koefisien kelarutan gas uji dalam cairan, bukan tergantung pada interaksi cairan-filter. Oleh karena itu, dalam uji ini dapat digunakan hanya (tetapi tidak dibatasi) satu filter.

5. Uji Penahanan Tekanan

Uji penahanan tekanan merupakan variasi dari uji aliran difusif. Dalam pengujian ini, housing filter diberi tekanan hingga ke besaran yang telah ditentukan dan kemudian saluran dari sumber aliran ditutup. Membran yang terbasahi memberikan lapisan cairan yang digunakan sebagai jalur pergerakan gas secara difusi dari sisi hilir ke hulu. Aliran gas melalui membran ini secara kuantitatif diukur sebagai penurunan tekanan sisi hulu selama periode waktu tertentu. Uji integritas sisi hulu ini berguna diterapkan pada cairan kritis karena tidak mengganggu sterilitas sistem sisi hilir.
Pembuat filter tidak akan mempublikasikan rekomendasi penurunan tekanan karena pengujian ini unik, tergantung pada perangkat filter dan ssitem pemipaan yang digunakan. Selain itu, spesifikasi juga memperhitungkan tekanan dan suhu konstan yang digunakan, volume sistem hulu, dan durasi uji. Suhu harus dijaga konstan karena hubungan antara suhu dan tekanan sesuai dengan hukum gas ideal. Penurunan volume sistem hulu meningkatkan sensitivitas pengujian, termasuk kepekaan terhadap suhu. Volume sistem hulu direkomendasikan serendah mungkin.
Sebelum pengujian, stabilisasi perlu dilakukan dalam jangka waktu tertentu. Waktu stabilitas meningkat seiring peningkatan volume hulu dan area permukaan filter.
Konversi hasil uji penurunan tekanan menjadi nilai aliran difusif menunjukkan korelasi terhadap retensi mikroba. Hubungan antara penurunan tekanan dan aliran difusif tersebut dapat diperoleh berdasarkan penghitungan aliran difusif berdasarkan penurunan tekanan per unit waktu, dengan volume hulu dan tekanan pembanding yang diketahui. Hubungan tersebut dapat dinyatakan dengan rumus:
D = [(p1 × V1) / (p0 × t)] × ln[p1 / (p2 - Δp)]
D = difusi
p1 = tekanan awal uji
V1 = volume hulu sistem filter
p0 = tekanan atmosfer
t = waktu pengujian
p2 = tekanan akhir uji
Δp = p1 - p2
Kelebihan dan kekurangan uji penahanan tekanan ini sama dengan uji aliran difusif. Namun, uji penahanan tekanan lebih mampu memperlihatkan adanya masalah pada penyusunan dan penyekatan housing dan dudukan filter, serta mencegah pengaturan hulu. Kelemahan utama adalah sangat dipengaruhi suhu dan memerlukan pengukuran volume sistem hulu yang akurat.
manual pressure hold test.jpg
Rangkaian perangkat uji penahanan tekanan (Jornitz, 2006)
Difusi Multi-titik
Pengujian aliran difusif satu titik dilakukan pada tekanan tertentu, sekitar 80% dari nilai titik gelembung. Area antara titik gelembung dan tekanan uji aliran difusif tidak ditentukan. Uji aliran difusif multi-titik dilakukan pada beberapa tekanan. Biasanya pengujian ini dilakukan dengan menggunakan mesin uji otomatis, yang memungkinkan pengukuran titik tekanan dengan akurasi tinggi.
Dibandingkan pengujian satu titik, uji difusi multi-titik memiliki kelebihan mampu dengan cepat mendeteksi kegagalan produk yang tertunda akibat degradasi filter bertahap, berdasarkan perbandingan slope siklus. Pengujian integritas multi-titik dapat mengindikasikan tren peningkatan difusi seiring waktu yang mungkin terlewat dengan uji difusi satu titik atau pun uji titik gelembung.
multiple steaming cycles.jpg
Slope uji difusi multi-titik pada siklus sterilisasi uap berulang. Kecuali pada filter CA #2, grafik-grafik tersebut memperlihatkan uji difusi multi-titik dapat memprediksi kegagalan filter setelah beberapa siklus sterilisasi uap yang ditandai dengan peningkatan slope sebelum filter gagal. (Jornitz, 2006)
Kelebihan lain, pengujian multi-titik dapat digunakan untuk pengujian lebih dari satu kartrij dalam satu housing. Dalam kasus ini, uji difusif satu titik sulit mendeteksi jika ada kartrij yang rusak. Namun, kemiringan yang terbentuk dari beberapa titik uji difusif bisa memberikan petunjuk adanya kartrij yang bermasalah (Meltzer et al, 2008).
multipoint diffusion test.jpg
Pengujian aliran difusif multi-titik untuk mendeteksi kegagalan salah satu filter dalam housing yang terisi beberapa kartrij. (Jornitz, 2006)
Uji difusif multi-titik juga dapat digunakan dalam analisa kegagalan uji integritas filter. Pasca kegagalan uji difusif satu titik atau uji titik gelembung, filter dapat diuji ulang dengan uji difusif multi-titik untuk melihat grafik yang terbentuk. Hasil dibandingkan dengan grafik filter yang memenuhi syarat. Filter yang bermasalah akan memberikan grafik yang berbeda dari filter yang masih dalam kondisi baik (Jornitz, 2006).
Kapan uji integritas diperlukan?
Jika filter ditujukan untuk sterilisasi, uji integritas pra- dan pasca-filtrasi harus dilakukan (PDA, 2008). Secara umum, uji integritras pra- dan pasca-filtrasi memiliki tujuan berbeda.
Uji integritas prafiltrasi meniru kondisi pengujian yang digunakan dalam studi retensi bakteri dan nilai hasilnya berkorelasi dengan data uji integritas studi tersebut. Uji integritas prafiltrasi dapat dilakukan sebelum sterilisasi filter dan, lebih direkomendasikan lagi, setelah sterilisasi.
Uji prasterilisasi akan memberikan konfirmasi filter integral dengan ukuran pori yang tepat telah terpasang dengan benar dalam housing. Sedangkan uji integritas pascasterilisasi memberikan informasi yang sama dengan uji prasterilisasi dan dapat menunjukkan indikasi kerusakan filter akibat proses sterilisasi. Sisi hilir sistem harus dijaga tetap steril ketika menjalankan uji integritas pascasterilisasi.
Uji integritas pascafiltrasi ditujukan untuk mendeteksi kerusakan, kebuntuan, atau kebocoran yang dapat terjadi selama proses filtrasi, melalui perbandingan dengan nilai uji integritas prafiltrasi. Uji integritas ini sebaiknya segera dilakukan tanpa penundaan. Residu produk harus dihilangkan dari filter melalui pembilasan dengan cairan yang sesuai. Jika filter tidak bisa segera diuji integritas, filter tersebut dapat disimpan dalam kulkas untuk mencegah pertumbuhan bakteri. Dari kondisi penyimpanan ini, saat akan dilakukan uji integritas filter harus dikondisikan ke suhu pengujian yang sesuai dan uji integritas harus segera dijalankan. Filter tidak boleh dibuang sebelum hasil uji integritas dikaji. Kondisi dan lama penyimpanan tersebut harus dikualifikasi untuk memastikan tidak ada pengaruh terhadap integritas filter.

6. Analisa Kegagalan dan Penyelesaian Masalah

Permasalahan dapat terjadi saat pengujian integritas filter, baik secara manual maupun dengan alat uji otomatis. Penggunaan alat uji otomatis menghindarkan dari subyektivitas manusia sehingga hasilnya memiliki keterulangan lebih tinggi. Dalam investigasi kegagalan uji integritas, yang pertama kali harus dipertimbangkan antara lain:
  • Filter kurang terbasahi sempurna
  • Media pembasah yang kurang sesuai
  • Nilai ukuran pori filter yang salah
Berikut hal lain yang perlu dipertimbangkan dalam investigasi kegagalan uji integritas manual:
  1. Tidak ada penambahan tekanan:
    • Kebocoran sistem filter, misalnya kerusakan penyekat, katup, klem tidak menutup dengan baik, kerusakan filter
    • Pengaturan katup masuk tidak tepat
    • Alat ukur tekanan tidak bekerja
  2. Kegagalan titik gelembung:
    • Kerusakan filter
    • Peningkatan tekanan terlalu cepat
    • Alat ukur tekanan tidak bekerja atau tidak terkalibrasi dengan benar
    • Subyektivitas penguji
    • Gas uji tidak sesuai
    • Filter mengandung sisa-sisa cairan produk atau bahan lain di luar cairan pembasah
  3. Kegagalan aliran difusif
    • Kerusakan filter
    • Subyektivitas penguji
    • Gas uji tidak sesuai
    • Perubahan suhu saat pengujian
    • Pemilihan tekanan uji yang tidak tepat
    • Waktu stabilisasi tidak mencukupi atau waktu uji yang tidak tepat
    • Pemipaan (tubing) sisi hilir tidak sesuai
    • Filter mengandung sisa-sisa cairan produk atau bahan lain di luar cairan pembasah
  4. Kegagalan penurunan tekanan
    • Kebocoran sistem filter, misalnya kerusakan penyekat, katup, klem tidak menutup dengan baik, kerusakan filter
    • Peningkatan tekanan terlalu cepat
    • Alat ukur tekanan tidak bekerja atau tidak terkalibrasi dengan benar
    • Subyektivitas penguji
    • Gas uji tidak sesuai
    • Perubahan suhu selama pengujian
    • Pemilihan tekanan uji yang tidak tepat
    • Waktu stabilisasi tidak mencukupi atau waktu uji yang tidak tepat
    • Filter mengandung sisa-sisa cairan produk atau bahan lain di luar cairan pembasah
Untuk membedakan antara kerusakan filter dan masalah dalam pengujian yang mungkin terjadi, langkah-langkah verifikasi dapat diambil sebagai berikut:
  • Verifikasi pengaturan sistem
    • Pastikan pengaturan pengujian terpasang dan berfungsi baik
    • Pastikan perangkat uji telah terkalibrasi
    • Pastikan tidak ada kebocoran pada sistem pengujian
    • Pastikan filter yang tepat telah terpasang
    • Pastikan suhu tetap berada dalam rentang yang ditentukan selama pengujian
  • Verifikasi parameter uji
    • Pastikan kesesuaian uji integritas yang dipilih
    • Pastikan kesesuaian parameter uji yang digunakan
    • Pastikan kesesuaian cairan pembasah dan prosedur pembasahan
Untuk konfirmasi tindakan koreksi sudah efektif, langkah pengujian ulang dapat dilakukan, dimulai dari pembasahan ulang filter sesuai spesifikasi.
Jika hasil pengujian kembali gagal, langkah yang diambil adalah pembasahan ulang dengan kondisi yang lebih agresif. Pembasahan ini dilakukan dengan meningkatkan volume atau waktu pembilasan, peningkatan tekanan diferensial dan/atau menerapkan tekanan balik.
Jika dengan cara pembasahan agresif tersebut masih diperoleh kegagalan, filter dapat dibilas dengan cairan pembasah referensi yang memiliki tegangan permukaan rendah untuk meningkatkan pembasahan, sesuai dengan petunjuk dari pembuat filter. Uji integritas diulang menggunakan parameter dan batas spesifikasi uji yang sesuai untuk cairan pembasah referensi tersebut. Jika filter masih menunjukkan kegagalan dengan cairan pembasah referensi ini, filter dinyatakan tidak lulus uji integritas.
Filter yang lulus uji integritas di salah satu titik mana pun dalam pengujian ulang selama analisa kegagalan ini dapat dipertimbangkan integral dan mampu menghasilkan cairan steril. Investigasi kegagalan dan proses pengujian ulang filter ini harus didokumentasikan.

Referensi

Jornitz MW (2006) Integrity testing. Adv. Biochem. Engin./Biotechnol. 98: 143-180
Jornitz MW, Meltzer TH (2004) The Integrity Tests: Choosing Diffusive Airflows or Bubble Points. Pharm. Technol. Suppl. s24-s39
Jornitz MW, Meltzer TH (2010) Filters and Filtration. Dalam: Nema S, Ludwig JD (Editor) Pharmaceutical Dosage Forms: Parenteral Medications, 3rd Ed. Vol. 2: Facility Design, Sterilization and Processing. New York: Informa Healthcare, pp. 297-333
Meltzer TH, Jornitz MW (2008) Principles and considerations for bubble point and diffusive airflow integrity testing methods for sterilizing-grade filters. Eur. J. Parent. Pharm. Sci. 13(4): 99-101
Meltzer TH, Madsen RE, Jornitz MW (2008) The Filter Integrity Test. Dalam: Jornitz MW, Meltzer TH (Editor) Filtration and Purification in the Biopharmaceutical Industry, 2nd Ed. New York: Informa Healthcare, pp. 297-349
PDA (2008) Technical Report No. 26 (Revised 2008): Sterilizing Filtration of Liquids. PDA J. Pharm. Sci. Technol. 62(S-5)
USP39-NF34 (2016) General Information <1229.4> Sterilizing Filtration of Liquids. Rockville: The United States Pharmacopeial Convention, pp. 1667-1674