制藥級硅膠軟管的優點

　　制藥級硅膠軟管的優點

制藥加(jia)工用軟(ruan)管，即各種聚合(he)材(cai)料制成(cheng)的(de)軟(ruan)管，尤其是(shi)有(you)機硅聚合(he)物(wu)制成(cheng)的(de)軟(ruan)管。不銹(xiu)鋼和玻璃也被廣泛應(ying)用，但是(shi)由于它(ta)們(men)不在該定義范圍內(nei)，所以不作進一步(bu)考慮，盡管它(ta)們(men)具有(you)優異而獨(du)特的(de)機械性能和惰性。

　　軟管(guan)(guan)近年來(lai)頗(po)受認可(ke)，因為(wei)它的(de)(de)成(cheng)本(ben)低、使(shi)(shi)用(yong)方便，特別適(shi)用(yong)于(yu)一次性(xing)(xing)使(shi)(shi)用(yong)，可(ke)以降(jiang)低與確效、就地清洗（CIP）或就地滅菌(jun)（SIP）和污(wu)水(shui)處(chu)理相關(guan)的(de)(de)成(cheng)本(ben)。選擇合適(shi)的(de)(de)軟管(guan)(guan)并不(bu)是一項簡單(dan)(dan)的(de)(de)任務(wu)：供應商可(ke)能不(bu)會(hui)公開提(ti)供其(qi)軟管(guan)(guan)的(de)(de)成(cheng)分（氟橡膠、聚(ju)氨酯(zhi)、聚(ju)氯(lv)乙烯(xi)(xi)、有機硅(gui)、聚(ju)烯(xi)(xi)烴等），但是會(hui)提(ti)供對其(qi)設計用(yong)途(tu)的(de)(de)觀點(dian)。 事實上(shang)，有機硅(gui)彈性(xing)(xing)體的(de)(de)機械強度有限，只代表了周(zhou)圍所使(shi)(shi)用(yong)的(de)(de)聚(ju)合物的(de)(de)一小(xiao)部分，但其(qi)中一些性(xing)(xing)質使(shi)(shi)顯示了其(qi)在制藥應用(yong)方面的(de)(de)獨特性(xing)(xing)。硅(gui)膠管(guan)(guan)相關(guan)參數(shu)的(de)(de)詳細清單(dan)(dan)，包括達(da)(da)到(dao)或達(da)(da)不(bu)到(dao)的(de)(de)參數(shu)。今天(tian)，硅(gui)膠管(guan)(guan)已被(bei)廣泛應用(yong)于(yu)許(xu)多操作程序以協助制藥生產，包括液(ye)體傳輸、蠕動泵送(song)和灌裝(zhuang)操作。

　　有機硅的性質

　　有機(ji)硅具(ju)有許多(duo)(duo)有意義的性(xing)質，使其適合(he)應用于各(ge)種(zhong)軟管(guan)，其中(zhong)一些性(xing)質列出如下。有機(ji)硅聚(ju)合(he)物。有機(ji)硅是眾(zhong)多(duo)(duo)產(chan)品的商業名稱，但大多(duo)(duo)數(shu)由聚(ju)二甲(jia)基(ji)硅氧烷（PDMS）制成。這些聚(ju)合(he)物的特點(dian)是共價鍵強度高，抗均裂斷鏈（有機(ji)硅具(ju)有紫外線（UV）穩定性(xing)；也具(ju)有熱

　　穩定(ding)性(xing)和化學穩定(ding)性(xing)，所以容易滅菌）。其極(ji)性(xing)主鏈(lian)易發生異(yi)裂斷鏈(lian)，但鏈(lian)上的甲基基團(tuan)可提供保護作(zuo)用。

　　因此，有(you)機硅(gui)具有(you)疏水性，水在聚(ju)二甲基硅(gui)氧烷（PDMS）模(mo)型(xing)表(biao)面(mian)的接觸(chu)角(jiao)較高，為(wei)108°。由于這種疏水性，在缺少表(biao)面(mian)活性劑的情況下，有(you)機硅(gui)與水介質不發(fa)生(sheng)反應，僅(jin)在

　　強(qiang)(qiang)堿或強(qiang)(qiang)酸的環(huan)境中(zhong)才(cai)會發生反(fan)應。由于PDMS鏈之(zhi)間(jian)的甲基-甲基分(fen)子間(jian)相(xiang)互作(zuo)用(yong)較小，PDMS表現出非(fei)常(chang)低(di)(di)的玻(bo)璃化(hua)溫度（Tg為(wei)146K），這(zhe)是有機硅成為(wei)彈(dan)性(xing)(xing)體(ti)的一項(xiang)關鍵性(xing)(xing)質。 PDMS與(yu)烴(jing)類(lei)(lei)“相(xiang)容”（聚合物(wu)(wu)在(zai)(zai)這(zhe)些非(fei)極性(xing)(xing)溶(rong)劑中(zhong)溶(rong)解，而彈(dan)性(xing)(xing)體(ti)在(zai)(zai)這(zhe)些溶(rong)劑中(zhong)吸收并溶(rong)脹）。PDMS對許多低(di)(di)分(fen)子量物(wu)(wu)質/非(fei)極性(xing)(xing)物(wu)(wu)質具有高通透性(xing)(xing)，例如(ru)上述烴(jing)類(lei)(lei)或氣(qi)體(ti)（表

　　1）。這一性質可用(yong)(yong)于(yu)細胞培養的氧(yang)合(he)作用(yong)(yong)，例如用(yong)(yong)于(yu)Corning E-Cube培養系統。

　　有機硅(gui)聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)的(de)合(he)(he)成已經過(guo)多方審查(cha)。對于此處所討論(lun)的(de)應用(yong)，特別是(shi)關于雜(za)(za)質，值得注意的(de)是(shi)有機硅(gui)聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)的(de)合(he)(he)成從蒸餾成分開始，并不涉及溶劑(ji)或(huo)(huo)重金屬。雜(za)(za)質基(ji)本上是(shi)較短的(de)直鏈或(huo)(huo)環狀低聚(ju)(ju)(ju)(ju)物(wu)(wu)(wu)，具有一定的(de)揮發(fa)性。這些物(wu)(wu)(wu)質常(chang)用(yong)作起始低聚(ju)(ju)(ju)(ju)物(wu)(wu)(wu)，或(huo)(huo)在聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)(he)反應過(guo)程中生成。

　　有(you)機(ji)硅彈性體(ti)。采用交(jiao)聯(lian)反(fan)應(ying)(ying)(ying)（固(gu)化）容易將有(you)機(ji)硅聚合(he)物(wu)轉化為(wei)立(li)體(ti)網狀物(wu)或(huo)彈性體(ti)。對于(yu)軟管制造，首選(xuan)兩種(zhong)交(jiao)聯(lian)反(fan)應(ying)(ying)(ying)：一種(zhong)是(shi)以過氧(yang)化物(wu)引(yin)發(fa)，用過氧(yang)化物(wu)產生自由基(ji) R'，引(yin)發(fa)鏈之間(jian)的(de)鍵合(he)；另一種(zhong)是(shi)鉑催化，有(you)機(ji)金屬鉑復合(he)物(wu)在將SiH基(ji)團(tuan)加(jia)入乙烯基(ji)團(tuan)過程中起催化作用。這種(zhong)反(fan)應(ying)(ying)(ying)的(de)優勢(shi)是(shi)無副(fu)產物(wu)（加(jia)成反(fan)應(ying)(ying)(ying)），只使用少量(liang)催化劑(ji)（10ppm鉑），無需進行(xing)二次固(gu)化。

　　軟管(guan)(guan)在擠出成型(xing)后包(bao)裝(zhuang)供應，一般(ban)為50英尺線圈型(xing)，單獨(du)裝(zhuang)在雙層密(mi)封聚乙烯袋(dai)中。值得(de)一提的(de)是(shi)，由于(yu)(yu)(yu)硅氧烷具有熱(re)固性(xing)，它們不(bu)能被再加工如同(tong)熱(re)塑性(xing)塑料(liao)。出于(yu)(yu)(yu)同(tong)樣的(de)原因，它們不(bu)能熱(re)密(mi)封；因此(ci)，連接(jie)(jie)時，硅膠管(guan)(guan)套在軟管(guan)(guan)倒鉤接(jie)(jie)頭上(shang)，并用兩根扎帶(dai)從相反方(fang)向(xiang)系(xi)牢，固定好軟管(guan)(guan)。共模壓成型(xing)是(shi)可(ke)行的(de)，有時用于(yu)(yu)(yu)醫療(liao)器械領(ling)域。

　　軟(ruan)管選擇(ze)需(xu)要考慮幾(ji)個重要因素。接下來的(de)(de)章節中將通過比較各種軟(ruan)管材料的(de)(de)性質以及它們(men)在傳(chuan)輸泵運行中的(de)(de)性能來解決這些問題。

　　軟管性能

　　本(ben)文簡要概述(shu)了制藥生產中目前(qian)用于液體傳輸、蠕動(dong)泵和灌莊操作軟管（尤其是硅膠管）。本(ben)文介紹了這(zhe)種(zhong)硅膠管的優(you)點和局限性，并(bing)討(tao)論了需(xu)要考慮的變量。

　　外觀和機械性能

　　與一些有(you)(you)機(ji)熱塑性(xing)(xing)塑料相比，有(you)(you)機(ji)硅的(de)透明度描述為(wei)“半(ban)透明”。這(zhe)一結果是因(yin)為(wei)制作軟管(guan)的(de)有(you)(you)機(ji)硅彈性(xing)(xing)體由有(you)(you)機(ji)硅聚合物和(he)無定(ding)形二氧化(hua)硅組(zu)成(cheng)。由于(yu)這(zhe)兩種材料具有(you)(you)不同的(de)折射率，并且沒有(you)(you)特定(ding)混合法來(lai)使它們相配，因(yin)此所(suo)有(you)(you)硅膠管(guan)都是半(ban)透明的(de)。

　　固化(hua)后，有(you)機(ji)硅彈性(xing)(xing)體表(biao)現出(chu)有(you)意義的機(ji)械性(xing)(xing)能，這包括中等硬度和高(gao)斷(duan)裂伸長率，但拉伸強度比聚(ju)氨酯（PU）低。與聚(ju)四氟(fu)乙(yi)烯（PTFE）相比，它(ta)們具有(you)發粘(zhan)的表(biao)面(mian)和較高(gao)的摩擦系(xi)數，但剛性(xing)(xing)要小得多。

　　由于(yu)具有疏水性(xing)并且是優(you)良(liang)的電絕緣(yuan)體，所以它們會吸(xi)引灰塵。它們的工(gong)作溫度(du)范(fan)圍(wei)比聚氯(lv)乙烯（PVC）更大(da)。

　　硅(gui)膠管(guan)可能(neng)存在的(de)(de)各種缺陷包括：擠出線或凝膠（可能(neng)是(shi)在擠出機中(zhong)過(guo)早(zao)固化引起）；氣泡（固化過(guo)程中(zhong)濕氣可能(neng)被雙輥磨的(de)(de)冷(leng)卻輥筒(tong)吸收(shou)形成水蒸氣，或 H-Si≡與鉑固化產(chan)物(wu)中(zhong)的(de)(de)羥(qian)基物(wu)質(zhi)發生副反應形成氫氣）；微粒污染(ran)。

　　確定這些缺(que)陷的(de)(de)限(xian)值不是一件容易的(de)(de)事，但它們應(ying)在供(gong)應(ying)商的(de)(de)銷售規范中(zhong)得(de)(de)到詳細說明。與軟(ruan)(ruan)管擠出(chu)用有機硅彈性體相關的(de)(de) ISO標(biao)準甚至也參考(kao)了一些目(mu)視檢查。與機械性能有關的(de)(de)其他問題涉及占地(di)面積和搬(ban)運(yun)。這里的(de)(de)問題是利(li)用小的(de)(de)占地(di)面積來“管理”制(zhi)藥(yao)生產中(zhong)的(de)(de)軟(ruan)(ruan)管，同時避(bi)免扭結等問題。需要考(kao)慮的(de)(de)變量包括彎(wan)曲(qu)半(ban)徑（在彎(wan)曲(qu)部(bu)(bu)分(fen)最內表面測得(de)(de)的(de)(de)軟(ruan)(ruan)管彎(wan)曲(qu)部(bu)(bu)分(fen)的(de)(de)半(ban)徑）和彎(wan)曲(qu)力（彎(wan)曲(qu)至規定半(ban)徑所需的(de)(de)應(ying)力）。

　　硅膠管有(you)時可通過(guo)外部印(yin)刷標記，但由于其表(biao)面能(neng)較(jiao)低，油墨粘(zhan)附性(xing)不(bu)太好(hao)，使用常用溶(rong)劑進行清洗(xi)過(guo)程中即可輕易擦除。有(you)機硅也可混色(se)。硫酸(suan)鋇常用作(zuo)白(bai)色(se)填料進行基底混色(se)，或用于X-射線不(bu)透性(xing)醫療(liao)器(qi)械的(de)共擠出條(tiao)。

　　操作溫度

　　由于(yu)低玻璃化(hua)溫(wen)度和高熱穩(wen)定性(xing)，有機硅的操作(zuo)溫(wen)度范(fan)圍較廣(guang)(guang)。有機硅引用(yong)的操作(zuo)溫(wen)度范(fan)圍是-80~215°C，對(dui)任何商用(yong)彈性(xing)體來說，這(zhe)個操作(zuo)范(fan)圍都是最廣(guang)(guang)的。 耐化(hua)學品性(xing)

　　盡管它(ta)們(men)不太(tai)可能存(cun)在于發酵或灌注操作等(deng)制(zhi)藥加工過程中，但(dan)有兩個(ge)因(yin)素(su)限制(zhi)了有機硅(gui)的耐(nai)化學(xue)品性：某些(xie)有機溶劑(ji)引起溶脹(zhang)，以及強堿或強酸引起化學(xue)降解(jie)。

　　有(you)機(ji)(ji)硅的(de)溶(rong)脹(zhang)出現在(zai)甲苯等烴類非(fei)極性(xing)有(you)機(ji)(ji)溶(rong)劑中(zhong)。在(zai)溶(rong)脹(zhang)時，重量(liang)(liang)比（w/w）會增加 200%，導致彈性(xing)體的(de)機(ji)(ji)械性(xing)能減弱，但鍵(jian)實(shi)際上(shang)并未斷裂，而是彈性(xing)體被“稀(xi)釋”。溶(rong)脹(zhang)取(qu)決于時間和(he)分(fen)子量(liang)(liang)，因為它受擴散的(de)控制(zhi)。低(di)分(fen)子量(liang)(liang)有(you)機(ji)(ji)硅的(de)硅膠(jiao)管溶(rong)脹(zhang)很快，而高分(fen)子量(liang)(liang)有(you)機(ji)(ji)硅則較慢（表(biao)2）。

　　另一方面，有(you)(you)機硅在含(han)有(you)(you)強堿(jian)(jian)或(huo)強酸的(de)情(qing)況下會發生降(jiang)解(jie)，導(dao)致硅氧(yang)烷(wan)鍵的(de)水(shui)解(jie)并引起的(de)硅氧(yang)烷(wan)主鏈的(de)解(jie)聚。這形成了各種(zhong)“衡量”表（表2），由于測試(shi)條件和評定并不總是(shi)具有(you)(you)可(ke)比性，其中有(you)(you)時(shi)會包含(han)相互矛盾的(de)信息。此外，組合(he)成分(fen)(fen)可(ke)能(neng)顯示(shi)出比單一成分(fen)(fen)更(geng)強效(xiao)。例如(ru)，水(shui)、酒精(jing)和強堿(jian)(jian)混合(he)物可(ke)以從實驗室玻璃器皿(min)上(shang)“洗去”有(you)(you)機硅，而單獨成分(fen)(fen)則無(wu)效(xiao)果。因此，毫無(wu)疑問(wen)，逐個評價相容(rong)性。

　　純度和溶出物

　　藥品檢驗人員目前將軟管和容(rong)器中物質遷移的問題分(fen)為(wei)“析出物”和“溶(rong)出物”。前者是(shi)指在(zai)正常使用(yong)條件下遷移的物質，而后者則需要過高的溫度或強(qiang)效(xiao)溶(rong)劑(ji)（“最(zui)壞情(qing)況”）。溶(rong)出物應該包括(kuo)析出物，而這一術語將在(zai)這里作(zuo)進一步(bu)討(tao)論。

　　在這(zhe)兩種情(qing)況(kuang)下，用增(zeng)塑劑(ji)制成的軟管(guan)預計(ji)可能會比(bi)無添加劑(ji)的軟管(guan)產生更多的溶(rong)出物。有(you)機硅本(ben)身不需要增(zeng)塑劑(ji)、穩定(ding)劑(ji)、紫外線(xian)吸收(shou)劑(ji)或(huo)抗氧化劑(ji)。因(yin)其生產方式的影響，有(you)機硅的重(zhong)金屬含量(liang)很少(shao)，通常少(shao)于10ppm。鉑復合(he)物用作交聯反(fan)應的催化劑(ji)，但量(liang)很少(shao)