フィルター完全性試験とPUPSITとは？バブルポイント・拡散流の違い

Proglenth 編集部公開 2026-07-22更新 2026-10-18約8分で読めます

フィルター完全性試験（filter integrity test）は、除菌フィルターが細菌を捕捉できる状態にあるかを、膜を壊さずに確かめる試験です。EU GMP の Annex 1 は、使用後の試験に加えて、滅菌後・使用前の試験（PUPSIT）も原則として求めています。

ただし、完全性試験の合格は、その膜が自社の製品液の中でも菌を止めることまでは示しません。基準値は湿潤液・温度・試験圧を決めた条件での値で、条件が変わると、健全な膜が不合格に見えたり、欠陥のある膜が合格に見えたりすることがあります。

この記事では、完全性試験が保証するものと保証しないもの、4つの方式の違い、判定基準の決まり方、使用前・使用後の試験と PUPSIT の要求、誤判定の要因を順に説明します。最後に、完全性試験の手順を組む順番を挙げます。

1. 完全性試験が保証するもの

完全性試験は、液で濡らした膜に気体の圧力をかけ、気体が抜け始める圧力（バブルポイント）や、決めた圧力で膜を通る気体の流量（拡散流）を測ります。その値を、メーカーが菌の捕捉試験と対応づけた基準値と比べて判定します。

完全性試験で測るのは圧力と気体の流量で、菌の捕捉を直接測る試験ではありません。それでも無菌ろ過の根拠になるのは、測定値と菌の捕捉性能との対応を、事前の試験で取ってあるからです。

その試験には、ブレバンディモナス・ディミヌタ（Brevundimonas diminuta）という小型の細菌を使います。フィルターメーカーは、膜の有効ろ過面積1 cm²あたり10⁷個の菌を負荷し、ろ液に菌が出ないことを確かめます。

そのときの完全性試験の値をもとに、製品の基準値を決めます。製造現場のフィルターがこの基準値を満たすことが、菌を止めた膜と同等の状態にあると判断する根拠です。

一方で、完全性試験が保証しないものも2つあります。

自社の製品液の中でも菌が止まるかどうか⁠：製品の成分は、膜にも菌の大きさや性質にも影響しうるので、ユーザーが製品か代替液を使い、工程に固有の菌捕捉試験で確かめます。
ろ過する前の液に菌がどれだけいたか⁠：負荷量の管理は、ろ過前のバイオバーデン試験が受け持ちます。

完全性試験の結果は、この2つの検証と組み合わせて評価します。

2. バブルポイント・拡散流・圧力保持・水侵入の違い

バブルポイント・拡散流・圧力保持の3つは、液で濡らした膜に気体の圧力をかける点で共通で、違うのは、どの量を読むかです。水侵入試験だけは、乾いた疎水性の膜に水の圧力をかけます。

方式	読む量	かける圧力	得意なこと	弱いところ
バブルポイント	気体が膜を連続して抜け始める圧力	段階的に上げて抜ける点を探す	孔径グレードの確認、小面積の膜	大面積では拡散流に紛れて読みにくく、小さな欠陥に鈍い
拡散流（フォワードフロー）	規定圧で膜の液に溶けて抜ける気体の流量	バブルポイントより低い規定圧	欠陥の検出、大面積のカートリッジ	健全な膜でも流れがあり、正常値に幅がある
圧力保持（プレッシャーホールド）	規定圧で閉じた上流側の圧力降下	拡散流と同じ規定圧	流量計なしで上流の圧力だけで判定できる	上流容積と温度変化に弱い
水侵入（WIT）	疎水性膜の上流側で水が減る速さ（水の流量）	健全な膜の孔に水が入り込まない範囲の圧力	ベントフィルターをハウジングに付けたまま試験できる	疎水性膜専用

原理は毛細管現象で、親水性の膜を液で濡らすと、細孔は表面張力によって液で塞がれます。気体の圧力がその保持力を超えると液が押し出されて気体が抜け、細い孔ほど高い圧力が要ります。

表示の孔径から計算した値は、実際の規格と大きく食い違います。孔を真っすぐな円筒とみなし、水が膜を完全に濡らすと仮定すると、20℃の水で濡れた0.2 µmの孔から気体が抜ける圧力は約14.6 barです。

ところが、メーカーのデータシートにある値は、その4分の1ほどです。Sartorius の Sartopore 2（0.2 µm、10インチ・0.6 m²）は、バブルポイントの最小値を3.2 barとしています。Merck の Durapore 0.22 µm カートリッジは、23℃の水で3,450 mbar以上です。

この Durapore の値を同じ前提で逆算すると、約0.84 µmの円筒に相当しますが、実際の孔は曲がりくねった網目で、円筒ではありません。「0.2 µm」という表示は、孔の直径を測った値ではなく、菌を止める性能で決めた呼び名です。

拡散流は、バブルポイントより低い圧力で、膜の液に溶けて反対側へ抜ける気体の量を測ります。Sartopore 2 の0.2 µmは、2.5 barで10インチ（0.6 m²）1本あたり最大18 mL/minです。

ここで読み違えやすいのが、メーカーをまたいだ比較です。湿潤液、温度、試験圧が違えば同じ膜でも数字が変わるため、バブルポイントの数字が大きい製品ほど基準が厳しい、とは言えません。比べられるのは、同じ条件で測った値どうしだけです。

方式によって、見つけやすい欠陥の大きさも違い、これには実測のデータがあります。Merck（EMD Millipore）の研究者らは2023年に、10インチの除菌グレードのカートリッジにレーザーで穴を開け、3機種の自動試験機で測った結果を報告しています。

試験機が報告するバブルポイントの値は、穴を大きくしてもほとんど変わりませんでした。不合格が出たのは、穴が30〜60 µmに達し、試験機が大きな漏れ（gross leak）と判定するか、結果を返せなくなってからです。

この大きさの欠陥に対応する菌の対数減少値（LRV、ろ過前後の菌数の比を常用対数で表した値）は4.0〜4.5で、菌が通り抜ける欠陥でした。

同じ論文は、拡散流なら10インチで5〜20 µm程度の欠陥を見つけられるという先行研究の見積もりも引いています。著者らは、バブルポイントは孔径グレードの確認に向き、欠陥の検出には拡散流を組み合わせるよう勧めています。

3. 判定基準の決まり方 ― メーカーの検証値と ASTM F838

基準値は、メーカーの菌捕捉試験から決まります。その試験法の土台が ASTM F838 で、現行版は F838-20 です。

ASTM F838 は、B. diminuta を有効ろ過面積1 cm²あたり10⁷個負荷します。F838-20 は、この負荷量で、大きすぎる孔を検出できる感度を試験に持たせ、膜が多数の菌を定量的に捕捉することを示すとしています。一方で、B. diminuta より膜を通り抜けやすい菌種については、完全な捕捉を保証しないとしています。

メーカーは、完全性試験の値が低めの膜も含めて試験にかけ、菌を全量止めた膜の値と対応づけて、出荷時の基準値を置きます。FDA の無菌操作ガイダンス（2004年）も、製造で使うフィルターの完全性試験の規格は、菌捕捉のバリデーションで得たデータと整合させるべきだとしています。

ただし、ASTM F838 の試験は、製品と工程に固有のバリデーションの代わりにはなりません。規格自身も、製品の無菌性を保証するには、工程に固有の追加の試験が要るとしています。

工程に固有の菌捕捉は、ユーザーが、実際の製品液か代替液を使い、実際のろ過条件（流量、圧力、時間、温度）で確かめます。

製品で濡れた膜を試験する場合は、製品と水では表面張力が違ってバブルポイントも変わるため、もう一段の作業が要ります。PDA の技術報告 TR26 の2008年版は、これを「バブルポイント比」で扱う方法を示しています。TR26 は2025年に改訂されており、ここで紹介するのは2008年版の方法です。

考え方は、水での規格値に、製品と水で測った値の比を掛けるものです。説明用の例として、水での規格値が3.2 barの膜で、製品で測った値が水の0.80倍なら、製品で濡らしたときの最小値は2.56 barです。比は製品ごと、膜のロットごとにばらつくので、実際には複数のロットで測って決めます。

基準値は膜の物性値ではなく、菌捕捉試験との対応で決めた値なので、条件が変われば決め直しが要ります。

4. 使用前・使用後とPUPSIT ― Annex 1 8.87項の要求と例外

使用後の試験は EU の Annex 1 が求めており、8.87項は、液を除菌ろ過したフィルターについて、ハウジングから外す前に非破壊の完全性試験を行うよう求めています。試験の手順はバリデートし、結果はバリデーションで確かめた菌の捕捉性能と相関している必要があります。

8.87項は、方式の例として、バブルポイント、拡散流、水侵入、圧力保持を挙げています。FDA の2004年のガイダンスも、ろ過中に生じた漏れや穴を見つけるため、使用後の試験を日常的に行うべきだとしています。

違いが出るのは、使用前の試験です。

Annex 1 は同じ8.87項で、滅菌したフィルターのアセンブリを使う前にも、完全性を確かめるよう求めています。これが PUPSIT（pre-use post-sterilisation integrity test）です。

目的は、滅菌や組み立ての段階で生じた損傷を、製品を流す前に見つけることです。もう1つの理由がマスキングで、滅菌で生じた欠陥がろ過中の目詰まりで塞がれると、使用後の試験では見えなくなるおそれがあります。

使用前の確認そのものは2022年に始まった要求ではなく、2008年版の Annex 1 も、113項で滅菌したフィルターの使用前の確認を求めていました。

2022年版は、目的を書き込み、例外の条件を加えました。ごく少量の液をろ過する場合など、工程の制約で PUPSIT が難しいときは、徹底したリスク評価と管理策を条件に、別の方法をとれます。

評価の観点には、次の3つが挙がっています。

フィルターの滅菌工程⁠：滅菌工程の理解と管理を評価します。
サプライチェーン⁠：受託滅菌施設・輸送・包装を含むサプライチェーンの管理を評価します。
工程の知識⁠：製品の粒子負荷が完全性試験の値を動かし、使用後の試験で不良を見逃させるおそれがあるかどうかを見ます。最終の除菌フィルターより前に、粒子を除く前ろ過や前処理があるかどうかも見ます。

米国の扱いは違い、FDA の2004年のガイダンスは、使用前の試験を「行うことができる」と書くにとどめています。

PIC/S は、ほぼ同じ内容の Annex 1 を、EU と同じ2023年8月25日に発効させました。FDA も2011年から PIC/S の加盟当局ですが、加盟していることと、その国で PIC/S 版の Annex 1 が法的な要求になることは別です。

米国なら21 CFR Part 211と2004年のガイダンス、日本向けなら GMP 省令と無菌操作法指針（2011年）で、PUPSIT の扱いを確かめます。

マスキングがどれほど起きるかには、業界のデータがあります。PDA と BioPhorum の共同研究（2020年）は、完全性試験の値がわずかに規格を外れて出荷されなかったカートリッジ24本を使いました。これに、膜を詰まらせる成分（foulant）を24 g/L含む液を、流量が9割以上下がるまで流しています。

使用前に不合格、使用後に合格となり、欠陥が塞がったように見えたのは2本で、19本は逆にバブルポイントが下がりました。著者らは、通常の製造条件ではマスキングは起きにくく、foulant の濃度が高い液を閉塞に近くまでろ過する工程では考慮が要るとしています。

別の論文は、過去の菌捕捉試験の前後でバブルポイントを比べました。518種の液（フィルター2,086本）のうち、試験後のバブルポイントが試験前の1.33倍以上に上がったのは8種（1.5%）でした。1.33倍は、0.45 µmの膜が0.2 µmの膜の最小バブルポイントを満たして見えうる比で、著者らはこれをマスキングの懸念の基準にしています。

それでも、査察では指摘として現れており、英国 MHRA は2023年6月19〜23日にインドの Cipla Unit V を査察し、ろ過滅菌の管理を重大な不備（major deficiency）としました。

指摘の1つ目は、滅菌したフィルターの完全性を使用前に確かめていないことでした。理由として、その原液がフィルターを詰まらせやすく、ろ過の初めからあった欠陥を使用後の試験で見落とすおそれを挙げています。

これは2022年版の適用日前の査察で（根拠は2008年版の113項）、液の性質が PUPSIT を省けない理由として挙げられた例です。

PUPSITには別のリスクもあり、滅菌後に膜を濡らして加圧するので、下流側を無菌に保ったまま湿潤液を排出する経路が要ります。無菌コネクターやベント、排液バッグが増え、それ自体が汚染の入口になりえます。

英国の受託製造企業 Upperton は、PUPSITを最初から備えた新しい無菌施設で、MHRAから製造許可の変更を認められています。既存のアセンブリに後から加える場合は、流路の変更として、無菌性への影響を評価し直します。

ガスを通すフィルターは、別の項で扱われます。製品の無菌性に直結する重要なガス・ベントフィルターは、使用後にアセンブリやハウジングに付けたまま試験するよう求められています（8.88）。重要でないベントフィルターも、適切な間隔で完全性を確かめて記録します（8.89）。

ベントフィルターは疎水性の膜なので、ハウジングに付けたまま測れる水侵入試験がよく使われ、アルコールと水の混合液で濡らして測る方法もあります。

POINT

PUPSITを省く根拠は「少量だから」だけでは足りません。フィルターの滅菌条件、届くまでの輸送と包装、製品液の粒子負荷が使用後の試験値を動かすおそれと前ろ過の有無を、リスク評価で1つずつ確かめます。MHRA が Cipla で問題にしたのは、最後の点にあたる原液の詰まりやすさでした。

5. 誤判定の要因と再試験

不合格が出たとき、膜の欠陥より先に確かめるのが、測定の条件です。

最初に確かめるのは湿潤で、濡れていない部分は気体をそのまま通すため、拡散流は大きく、バブルポイントは低く出ます。この数字は、膜の欠陥と見分けがつきません。メーカーが指定する流量・圧力・時間で濡らし直し、もう一度測ります。

使用後の試験では、製品の残りも影響します。界面活性剤を含む製品は表面張力を下げるので、そのまま測るとバブルポイントが低く出ます。

主な対応は次の2つで、どちらにするかはバリデーションの時点で決めておきます。

水に置き換えて測る⁠：検証した条件で水に置き換えてから測ります。
製品の基準値で判定する⁠：判定基準の節で説明した、製品で濡らしたときの基準値で判定します。

次に確かめるのは温度です。説明用の計算例として、圧力保持の試験で、ゲージ圧2.5 bar・20℃で加圧した上流側の温度が1℃変わると、圧力は約12 mbar変わります。

この12 mbarが判定にどれほど影響するかは、上流側の容積で決まります。Sartopore 2 の0.2 µm 10インチを10分保持する場合を、拡散流の上限から計算します。

許容の圧力降下は、上流容積2 Lなら約91 mbarですが、10 Lでは約18 mbarです。大きなハウジングでは、1.5℃の温度変化で許容の幅をほぼ使い切ります。

どれも、条件をそろえた計算上の目安です。実際の試験機は上流容積を測り、温度が落ち着くまで待ってから判定します。それでも、加圧直後の断熱変化や、蒸気滅菌直後のハウジングの余熱は、測定値をずらします。

合格が出るまで測り直せる手順では試験で欠陥を見つけることができなくなるため、再試験の回数にも上限を決めておきます。濡らし直しても外れたら、ロットを保留し、逸脱として調べます。

2段の直列で、2段目も除菌フィルターとして検証してあれば、その試験結果が判断材料に加わります。直列にするかどうかの考え方は、無菌ろ過フィルターの選び方で扱っています。

湿潤・製品の残り・温度を切り分ける順番は、手順書で先に決めておきます。

6. 完全性試験を組む順番

完全性試験の手順は、次の順に組みます。

方式⁠：膜面積が大きいカートリッジは拡散流を主にし、孔径グレードの確認にバブルポイントを添えます。疎水性のベントフィルターは、水侵入試験で確かめます。
基準値と測定条件⁠：品番ごとの基準値と測定条件（湿潤液、温度、試験圧、どの菌捕捉試験と対応づけた値か）を、メーカーから取り寄せます。製品で濡れた状態で測るなら、バブルポイント比の検証もここで計画します。
試験機の設定⁠：試験機に品番ごとのプログラムを登録し、記録は、21 CFR Part 11 や EU GMP Annex 11 に沿って監査証跡が残る設定にします。
PUPSIT⁠：EU・英国や、PIC/S GMP ガイドを国内の基準として使う国・地域に出す製品なら原則として実施し、下流側を無菌に保つ排液の経路をアセンブリの設計に入れます。米国や日本向けの製品はそれぞれの国の文書で扱いを確かめてから決め、省くなら、8.87項の観点に沿ったリスク評価を先に書きます。
不合格のときの手順⁠：濡らし直しの条件、再試験の上限回数、ロットを保留する判断者を、最初のロットを流す前に決めておきます。