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制藥包裝頂空的頂空氧氣分析，以開發和驗證容器封閉完整性方法
抽象
通過激光頂空氧氣對具有空氣頂空的樣品進行容器密封完整性測試（CCIT），以檢測小（≤20微米）和大（0.5-2毫米）缺陷，評估樣品在產品包裝生命周期的任何時間點的容器密封完整性（CCI）。本文將討論開發和驗證使用氧氣頂空分析對空氣頂空樣品的CCI方法，包括對不同容器尺寸和填充體積的考慮因素。
介紹
通過將空氣頂空樣品儲存在密封的氮氣環境中并監測頂空氧氣的減少，可以對具有空氣頂空的樣品進行基于激光頂空氧氣的容器密封完整性測試（CCIT）。這種非破壞性、定量、確定性測試可以檢測小（≤20微米）和大（0.5-2毫米）缺陷，評估樣品在產品包裝生命周期中任何時間點的容器密封完整性（CCI）。本文將討論開發和驗證使用氧氣頂空分析對空氣頂空樣品的CCI方法，包括對不同容器尺寸和填充體積的考慮因素。
CCIT 在產品封裝生命周期內的多個點上都很有用。進行CCI測試的一個常見原因是代替無菌測試（食品和藥物管理局，2008）。對于許多藥物，例如腸外藥物產品，保持無菌是一個關鍵的質量屬性。為了利用CCIT建立無菌質量屬性，在放行時或初始時間點進行傳統的無菌測試或其他經過驗證的無菌釋放機制，以驗證產品批次是否無菌。然后，在未來的穩定時間點（通常每年一次），可以執行CCIT代替無菌，以確定沒有可能發生微生物污染的缺陷。
USP <1207>包裝完整性評估 – 無菌產品章節中列出了使用基于激光的頂空分析（包括氧氣頂空分析）進行容器密封完整性測試。本文的方法開發和驗證遵循USP <1207>一章中列出的指南。（美國藥典公約，2016 年）。
CCIT的氧頂空分析
直觀地說，氧氣頂空分析可用于檢測容器中從頂部空間改變開始的泄漏（例如，吹掃的小瓶、在氮氣下塞住的凍干小瓶等）。如果容器、封閉或兩者之間的界面存在缺陷，容器中的氧氣含量會隨著時間的推移而增加。與陽性和陰性對照相比，監測這種增加可以確定容器封閉的完整性。然而，許多產品都用簡單的空氣頂空而不是改變的頂空來塞。
氧頂空分析也可用于通過故意暴露在低氧/高氮環境中來確定具有初始空氣頂空的樣品的CCI。如果CCI破裂，這些挑戰條件將導致可檢測到的頂空氧氣減少。通常，首先測量樣品的初始氧濃度（約20%大氣氧）。然后將樣品放入用氮氣吹掃并密封的容器中。或者，可以使用具有連續氮氣吹掃的手套箱或類似容器來創造挑戰條件。在氮氣中儲存預定時間后，除去樣品，并第二次測量頂空氧濃度。計算每個容器的頂空氧氣變化，并與最大允許氧氣變化進行比較。以下方法開發和驗證信息將側重于具有初始空氣頂空的樣品的情況。
方法開發
在開發空氣樣品的頂空氧CCIT方法時，必須確定四個相互依賴的參數：
1）要檢測的缺陷范圍（小缺陷和大缺陷）;
2）樣品在氮氣中的適當激發時間;
3）激發后測試窗口，用于從挑戰條件中移除樣品和測量;
4）最大允許氧變化（MAOC），這是最大允許變化，超過該變化，CCI應被視為受損。
對上述參數有重大影響的一個因素是頂空的體積。當樣品儲存在挑戰條件下時，頂空氣體濃度會隨著擴散過程而變化。當小瓶頂空含有空氣并放置在高氮/低氧環境中時，容器內外的總壓力相等，但氧氣和氮氣濃度存在分壓差。隨著時間的推移，分壓差將通過任何缺陷進行平衡，從而導致小瓶內頂空氧濃度的可測量下降。對于較大的頂部空間，需要更多的氧氣和氮氣通過缺陷擴散，以在頂部空間較小的容器中產生等效的變化。換句話說，較大的頂空隨時間推移的頂空氧氣變化較慢。其中一個影響是，如果容器的液體填充量發生變化，也會影響成功檢測所需缺陷范圍的方法參數。
我們將概述的四個參數中的第一個是要檢測的缺陷尺寸范圍。目前的指南表明，CCI方法的缺陷檢測限預期為20微米或更小。我們使用的默認初始小缺陷是激光穿過容器玻璃壁的 5 微米缺陷。但是，根據容器尺寸和客戶要求，缺陷范圍的下端使用了小至2微米或大至20微米的缺陷。對于缺陷范圍，我們通常以兩種方式之一創建缺陷。第一種是使用活檢打孔器（例如，2mm打孔器）在塞子中鉆出缺陷，去除材料并留下大缺陷。第二種方法是在塞子中插入一根針（例如，0.5 毫米內徑、21 號、1 英寸一次性針頭，去除魯爾鎖）并在測試期間將其留在原位。
方法開發中確定的第二個參數是激發時間。為了檢測小缺陷，可以延長質詢時間，直到可以檢測到為止。作為方法開發的一部分，我們使用陽性和陰性對照進行運行，并在多個時間點對其進行測量，在測量之間將它們返回到氮氣激發條件，以確定最佳激發時間以檢測所需的最小缺陷。根據頂空體積，通常可以在暴露于氮氣挑戰條件下 6 到 48 小時后檢測到 5 微米缺陷。我們最常見的質詢時間為 24 小時，允許單個分析師連續兩天同時測量初始和最終時間點。
要討論的第三個關鍵參數是挑戰后測試窗口，這是從挑戰條件中移除后的所有陽性對照仍可檢測到的經過驗證的時間窗口。這是缺陷范圍中缺陷端較大的限制因素，因為它允許最快的頂空氧氣更換。無需將頂空氧分析儀放入氮氣吹掃手套箱中，因此有必要在測量前將樣品從氮氣中取出。從挑戰條件下移除后，樣品將繼續隨環境擴散。如果長時間排除在激發條件之外，無論是否存在缺陷，所有樣品的測量都將與初始氧濃度相似。因此，確定并驗證挑戰后測試窗口非常重要，在該窗口內可以檢測到整個缺陷范圍的變化。對于頂空容積較小的容器中的大缺陷，容器可以在不到 20 分鐘的時間內與周圍環境平衡。雖然每個單獨的頂空氧測量都非常快（5-10秒），但使用正確的標簽標識進行去除和測量的后勤工作可能需要一些時間，特別是對于大量樣品。因此，我們通常建議質疑后測試窗口至少為 30 分鐘（通常針對挑戰后測試窗口為 30 分鐘到 2 小時）。如果在方法開發中去除缺陷30分鐘后仍無法檢測到缺陷，則將為缺陷范圍的頂端選擇較小的缺陷。
開發CCIT方法的第四個關鍵參數是MAOC，其用途與USP <1207>（美國藥典公約，2016）中討論的最大允許泄漏限值類似。這是一個特定于產品軟件包配置的值，用于區分泄漏包和非泄漏包。當頂空是空氣時，MAOC將是頂空氧氣的最大減少。MAOC 需要大于在非泄漏包裝中觀察到的變化，小于在泄漏包裝中觀察到的變化。在無泄漏封裝中觀察到的變化通常是由于儀器噪聲引起的。對于挑戰時間較長的測試，還需要考慮滲透。通過組件的滲透是密封包裝中氣體進入的來源，而不是由于缺陷。為了量化滲透引起的變化規模，可以在方法開發測試運行中包括陰性對照。但是，對于通常用于此測試的48小時或更短的方法，與儀器噪聲相比，通常看不到由于滲透引起的變化。
設置 MAOC 時應考慮儀器噪聲。對于基于激光的頂空分析，噪聲受通過頂空的激光路徑長度和通過頂空后的激光功率的影響。激光路徑長度是激光通過容器點處容器的內徑。容器的直徑越大，重復測量的標準偏差越好。例外情況是，如果容器也降低了激光功率，如果降低總功率的三分之二或更多，則可能會增加重復測量的標準偏差。功率顯著下降的常見原因是小瓶壁上的粉末/凍干碎片或琥珀色小瓶。通過對特定樣品瓶進行初始和最終測量并比較該特定樣品瓶的變化，可以在很大程度上消除測量誤差的許多其他原因。這允許由于總路徑長度、蒸氣壓或其他可能影響氧氣測量的變量而導致的任何變化在兩個時間點上保持一致，并且對計算的變化影響較小。
除了測量精度（標準偏差）之外，設置MAOC時要考慮的另一個因素是復合誤差，這可能是由于校準中的微小變化而發生的。為了考慮到這些情況，并且由于我們可以通過增加激發時間輕松增加陽性對照中的氧氣變化，我們建議使用測量范圍內最大標準偏差的10倍作為MAOC的最小值。
作為方法驗證的一部分，使用重復測量測試樣品和氧標準品（用于校準和確定儀器的系統適用性）來證明儀器測量所需封裝配置的能力。類似的測量可以作為方法開發的一部分，以建立驗證的驗收標準。
方法驗證
為了證實氧氣頂空方法，我們驗證了儀器正確測量所需容器中頂空氧氣的能力，以及該方法區分有缺陷的陽性對照和無缺陷的陰性對照的能力（即區分泄漏和非泄漏包裝）。
為了驗證儀器的功能，應首先建立精密度、準確度、線性度和中間精度的驗收標準。作為驗證的一部分，分析師分別測量氧標準品和測試樣品 10 次，然后將其用于計算以確定驗證參數。為了確定精度，可以使用測試樣品和氧標準品的n = 10測量值的標準偏差。對于線性和精度，可以將氧標準品的測量值與已知的氧濃度進行比較，以計算線性和精度。對于中間精度，由第二位分析師重復上述操作，以建立中間精度，并在計算 n=20 個測量值的標準偏差（每個分析人員 10 個）時具有額外的接受標準。
為了確定該方法檢測所需缺陷范圍的能力，驗證的結構包括具有陽性和陰性對照的三次CCI運行。陽性對照包括方法開發中確定的缺陷范圍兩端的缺陷。陰性對照可以包括樣品瓶和用與陽性對照相同的方法制備的對照（如果與樣品瓶不同）。為了確定方法特異性和穩健性，分析人員執行兩次運行，在最小和最大挑戰時間各一次。最小挑戰時間運行還包括對陽性對照的額外測量，以驗證挑戰后測試窗口。為了確定方法的中間精度，第二位分析師在與前一位分析師不同的日期（和儀器，如果有的話）以最短的挑戰時間執行單次運行。
結論
本文介紹的方法開發和驗證可用于為具有可測量頂空和初始空氣氧濃度的任何容器生成CCIT方法。然后，經過驗證的測試方法可用于在整個產品生命周期中建立容器封閉完整性。在以后的穩定時間點代替無菌，可以在很寬的缺陷范圍內快速無損地測試樣品的缺陷，從而允許樣品重復使用以進行進一步測試。
