在制药企业和生物制品企业中，经常需要使用活性炭粉对产品进行脱色、提高澄清度和降低热源。然而传统的活性炭粉的投加方法，可能会遇到生产环境污染、设备清洗验证困难以及有效成分损失等问题。一种全新的固定化活性炭技术可以有效地解决这些问题，从而为生产企业带来更好的经济和社会效益。

活性炭是一种多孔性的含炭物质, 它具有高度发达的孔隙构造。活性炭的多孔结构为其提供了极大的表面积，从而赋予了活性炭特有的吸附性能，当活性炭与杂质之间的距离足够小时，活性炭就可以通过吸附作用去除杂质。

活性炭的孔径分为3种：微孔（孔径小于2nm）、介孔（孔径为2~50nm）和大孔（孔径大于50nm）。实际上在一种活性炭中，不会只有一种类型的孔径，而是存在不同比例的微孔、介孔和大孔。通常活性炭用碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率来表征活性炭的吸附性能。

由于杂质的来源不同，因此需要针对不同的杂质，选择不同孔径的活性炭粉，用户通常会进行炭粉型号的筛选试验，确定最佳的炭粉型号和操作参数。

传统投加方法之弊端

在药物生产过程中，通常都有投加活性炭粉的步骤，主要起到脱色、除杂质和降低内毒素的作用。传统的炭粉投加方法是将称量好的炭粉从反应器的开孔中投加，并保持一定时间的保温和搅拌，然后通过脱炭过滤器将炭粉脱除。

通常这种方式的生产环境较差，操作人员不可避免地需要接触活性炭粉和药液，且设备清洗和验证过程繁琐，存在批次污染的风险。

在活性炭的脱色过程中，炭粉对药液中杂质起作用的范围是在两者的接触面上，只有当活性炭粉和药液中杂质之间的距离足够小时，活性炭的吸附作用才能发挥；当两者之间的距离过大，活性炭是不能有效吸附杂质的。药物生产企业在使用活性炭粉时，可以通过搅拌来增强炭粉与料液间的接触，减小二者之间的距离，提高脱色效果。实际上这种接触仍然不充分，活性炭粉与药液之间发生同向运动，两者之间的相对运动速度较小，接触面上药液杂质被活性炭粉吸附后，颜色较浅，但是接触面外的杂质不能有效扩散进入接触面，导致脱色效果不佳。于是药物生产企业只能通过增加活性炭粉投加量，进一步增加炭粉与药液的接触面，以此来保证达到预期的脱色效果。但与此同时，药物有效成分被过多的活性炭粉大量吸附，降低了最终收率。

全新的使用概念

3M公司提出了一种全新的活性炭使用概念，即固定化活性炭技术。将活性炭固化在深层过滤器中，并在过滤介质上加载正电荷，进一步增强脱色效果，这种全新的炭粉运用产品被称为ZetaCarbonTM滤芯，可将脱色和过滤两个操作单元一步完成。

这种技术能够将活性炭固定在ZetaCarbonTM滤芯的过滤介质表面，待脱色的药液通过离心泵或压力进入过滤器时，与含有固定化活性炭的过滤介质强制接触，从而提高两者之间的相对速度；同时ZetaCarbonTM滤芯的过滤介质也具有一定的孔径精度，药液只能在狭窄的孔道中通过，进一步降低了药液与固定化活性炭的接触距离，充分发挥活性炭的吸附能力。

此外，杂质中通常带有负电荷，ZetaCarbonTM滤芯的过滤介质表面加载正电荷，如图2所示，通过静电吸附作用，杂质与过滤介质之间的距离被进一步减小，有利于杂质从药液主体中脱除，提高活性炭的利用率。

活性炭滤芯的选型

为满足不同生产企业的不同需求，3M公司通过对制药企业的大量实验研究，开发选择了50多种可以作为ZetaCarbonTM滤芯的活性炭，并从中选出了具有广泛适用性的5种炭作为ZetaCarbonTM系列的5种标准型号，在此基础上进而开发了3种孔径精度和3种热源等级。同时3M公司还提供不同过滤面积的ZetaCarbonTM系列滤芯，可根据不同批次量来选择最佳的过滤面积。此外，3M公司还可以根据客户需求来定制ZetaCarbonTM活性炭滤芯，最大程度地满足客户的需求。

在ZetaCarbonTM系列滤芯的选型过程中，首先通过炭粉筛选试验确定最佳的炭粉型号；然后通过47mm的滤芯样品膜片进行脱色/降低热源过滤试验，确定最佳的孔径；最后进行完整滤芯的在线生产试验进行确认。通过这样一系列标准化试验，逐级放大，从而确保最佳的脱色/降低热源效果。

小结

ZetaCarbonTM滤芯在欧洲及中国各大药企已被大量采用，性能表现优异，处理同等炭量可达到几倍乃至数十倍的脱色效果。随着人们对药品生产安全和综合生产成本的进一步重视，固定化活性炭技术将发挥越来越重要的作用，从而为制药企业带来更多的经济效益。