制药级硅胶软管的优点和局限性

　　制药级硅胶软管的长处和局限性
　　软管这些年颇受认可，由于它的本钱低、运用方便，格外适用于一次性运用，能够下降与确效、就地清洁（CIP）或就地灭菌（SIP）和污水处理有关的本钱。挑选适宜的软管并不是一项简略的任务：供货商也许不会公开供给其软管的成分（氟橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯、有机硅、聚烯烃等），可是会供给对其规划用处的观念。
　　事实上，有机硅弹性体的机械强度有限，只代表了周围所运用的聚合物的一小有些，但其间一些性质使显现了其在制药运用方面的独特性。硅胶管有关参数的具体清单，包含到达或达不到的参数。今日，硅胶管已被广泛运用于很多操作程序以协助制药出产，包含液体传输、蠕动泵送和灌装操作。
　　有机硅的性质
　　有机硅具有很多有意义的性质，使其合适运用于各种软管，其间一些性质列出如下。有机硅聚合物。有机硅是很多商品的商业称号，但大多数由聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成。这些聚合物的特点是共价键强度高，抗均裂断链（有机硅具有紫外线（UV）稳定性；也具有热稳定性和化学稳定性，所以简单灭菌）。其极性主链易发作异裂断链，但链上的甲基基团可供给维护作用。
　　因而，有机硅具有疏水性，水在聚二甲基硅氧烷（PDMS）模型外表的接触角较高，为108°。由于这种疏水性，在缺少外表活性剂的情况下，有机硅与水介质不发作反响，仅在强碱或强酸的环境中才会发作反响。由于PDMS链之间的甲基-甲基分子间彼此作用较小，PDMS表现出十分低的玻璃化温度（Tg为146K），这是有机硅变成弹性体的一项要害性质。 PDMS与烃类“相容”（聚合物在这些非极性溶剂中溶解，而弹性体在这些溶剂中吸收并溶胀）。 PDMS对很多低分子量物质/非极性物质具有高通透性，例如上述烃类或气体。这一性质可用于细胞培育的氧合作用，例如用于Corning E-Cube培育系统。
　　有机硅聚合物的构成现已过多方查看。关于此处所评论的运用，格外是关于杂质，值得注意的是有机硅聚合物的构成从蒸馏成分开端，并不触及溶剂或重金属。杂质基本上是较短的直链或环状低聚物，具有必定的挥发性。这些物质常用作开始低聚物，或在聚合反响过程中生成。
　　有机硅弹性体。选用交联反响（固化）简单将有机硅聚合物转化为立体网状物或弹性体。关于软管制造，首选两种交联反响：一种是以过氧化物致使，用过氧化物发作自由基 R'，致使链之间的键合；另一种是铂催化，有机金属铂复合物在将SiH基团参加乙烯基团过程中起催化作用。这种反响的优势是无副商品（加成反响），只运用少数催化剂（10ppm铂），无需进行二次固化。

软管在挤出成型后包装供给，通常为50英尺线圈型，独自装在双层密封聚乙烯袋中。值得一提的是，由于硅氧烷具有热固性，它们不能被再加工好像热塑性塑料。出于相同的要素，它们不能热密封；因而，连接时，硅胶管套在软管倒钩接头上，并用两根扎带从相反方向系牢，固定好软管。共模压成型是可行的，有时用于医疗器械范畴。
　　软管挑选需求思考几个重要要素。接下来的章节中将通过对比各种软管资料的性质以及它们在传输泵运转中的功能来解决这些疑问。
　　软管功能
　　这篇文章扼要概述了制药出产中现在用于液体传输、蠕动泵和灌庄操作软管（尤其是硅胶管）。这篇文章介绍了这种硅胶管的长处和局限性，并评论了需求思考的变量。
　　外观和机械功能
　　与一些有机热塑性塑料对比，有机硅的透明度最佳描绘为“半透明”。这一成果是由于制造软管的有机硅弹性体由有机硅聚合物和无定形二氧化硅构成。由于这两种资料具有不一样的折射率，并且没有特定混合法来使它们般配，因而一切硅胶管都是半透明的。
　　固化后，有机硅弹性体表现出有意义的机械功能，这包含中等硬度和高开裂伸长率，但拉伸强度比聚氨酯（PU）低。与聚四氟乙烯（PTFE）对比，它们具有发粘的外表和较高的摩擦系数，但刚性要小得多。
　　由于具有疏水性并且是优秀的电绝缘体，所以它们会招引灰尘。它们的工作温度规模比聚氯乙烯（PVC）更大。
　　硅胶管也许存在的各种缺点包含：挤出线或凝胶（也许是在挤出机中过早固化致使）；气泡（固化过程中湿气也许被双辊磨的冷却辊筒吸收构成水蒸气，或 H-Si≡与铂固化商品中的羟基物质发作副反响构成氢气）；微粒污染。
　　断定这些缺点的限值不是一件简单的事，但它们应在供货商的出售规范中得到具体阐明。与软管挤出用有机硅弹性体有关的 ISO规范乃至也参阅了一些目视查看。与机械功能有关的别的疑问触及占地面积和转移。这儿的疑问是运用最小的占地面积来“办理”制药出产中的软管，一起防止扭结等疑问。需求思考的变量包含曲折半径（在曲折有些最内外表测得的软管曲折有些的半径）和曲折力（曲折至规则半径所需的应力）。
　　硅胶管有时可通过外部印刷符号，但由于其外表能较低，油墨粘附性不太好，运用常用溶剂进行清洁过程中即可简单擦除。有机硅也可混色。硫酸钡常用作白色填料进行基底混色，或用于X-射线不透性医疗器械的共挤出条。
　　操作温度
　　由于低玻璃化温度和高热稳定性，有机硅的操作温度规模较广。有机硅引证的操作温度规模是-80~215°C，对任何商用弹性体来说，这个操作规模都是最广的。
　　耐化学性格
　　虽然它们不太也许存在于发酵或灌注操作等制药加工过程中，但有两个要素约束了有机硅的耐化学性格：某些有机溶剂致使溶胀，以及强碱或强酸致使化学降解。
　　有机硅的溶胀出现在甲苯等烃类非极性有机溶剂中。在溶胀时，分量比（w/w）会添加 200%，致使弹性体的机械功能减弱，但键实际上并未开裂，而是弹性体被“稀释”。溶胀取决于时刻和分子量，由于它受分散的操控。低分子量有机硅的硅胶管溶胀很快，而高分子量有机硅则较慢（表2）。
　　另一方面，有机硅在富含强碱或强酸的情况下会发作降解，致使硅氧烷键的水解并致使的硅氧烷主链的解聚。这构成了各种“衡量”表（表2），由于测验条件和评定并不老是具有可比性，其间有时会包含彼此对立的信息。此外，组构成分也许显现出比单一成分更強效。例如，水、酒精和强碱混合物能够从实验室玻璃器皿上“洗去”有机硅，而独自成分则无作用。因而，毫无疑问，有必要逐一评价相容性。
　　纯度和溶出物
　　药品检验人员现在将软管和容器中物质搬迁的疑问分为“分出物”和“溶出物”。前者是指在正常运用条件下搬迁的物质，而后者则需求过高的温度或强效溶剂（“最坏情况”）。溶出物应当包含分出物，而这一术语将在这儿作进一步评论。
　　在这两种情况下，用增塑剂制成的软管估计也许会比无添加剂的软管发作更多的溶出物。有机硅自身不需求增塑剂、稳定剂、紫外线吸收剂或抗氧化剂。因其出产方法的影响，有机硅的重金属含量很少，通常少于10ppm。铂复合物用作交联反响的催化剂，但量很少（10ppm铂）；一旦固化，即便运用了强效溶剂，溶出物中也检测不出可量化水平的铂。关于有机硅，溶出物大有些由短链低聚物6-(SiMe2O)n-构成，因而其可接受残留量可通过危险评价断定。
　　引荐的条件可使溶出物从商品中别离，并尽也许削减溶胀，由于溶剂回收率较小，且溶出物堕入溶胀的弹性体网状物中，这也许会影响数据的解说。
　　在运用的溶剂中，丙酮取得了最高浓度的溶出物（分量比约2%），而乙醇、水或其它水介质取得了较低浓度的萃取物。依据这项研讨的目的，丙酮也许是“过度”研讨的抱负溶剂。硅胶管样本结构至关重要，由于硅胶管样本厚度越厚，溶出率越低。正如意料的那样，储存时或灭菌后，溶出物削减。
　　清洁与灭菌
　　软管以“挤出成型”方法包装。一篇对与浮游生物孵化有关的有机硅与别的软管的对比的文章提到了运用前清洁的重要性：有机硅未施加显著影响，而别的软管则下降了浮游植物的成长速度，阐明在某些情况下清洁后影响被消除。一些人在运用前用打针用水（WFI）清洁，随后在空调房内用紧缩空气干燥，但供给的细节很少。因其稳定性，有机硅简单灭菌。通常灭菌程序包含：
　　运用高压灭菌器（蒸汽）达一个规范重力蒸汽灭菌周期（30min，15psi，121℃）或高速蒸汽灭菌周期（15min，30psi，132℃）。注意，有机硅资料比热塑性塑料等资料更难加热，由于它们具有绝热性质，因而也许需求更多的时刻加热。
　　伽玛辐射，高达2.5Mrad（25kGy）的剂量不会对机械功能发作负面影响（更高的剂量也许会致使一些改变）。
　　环氧乙烷（ETO），给予足够时刻彻底铲除残留环氧己烷气体。已研讨了不一样软管灭菌后环氧乙烷的残留水平，与聚氯乙烯或聚酯-聚氨酯软管对比，有机硅吸收较少环氧乙烷且能更快开释。
　　泵操作中的软管功能
　　蠕动泵送的长处很明显（关闭系统，无来自泵的空气或润滑剂造成外界污染的危险）。这项技能不只用于制药加工，并且还用于心肺转流术或血液透析中体外血液循环血液泵。这些都是请求最高的软管运用。它们不只请求耐“化学品”，并且请求在运用过程中抗变形（如在软管变平常下降流速），以及抗灾难性毛病/走漏（上泵的运用寿命）。上泵的运用寿命取决于很多要素，例如泵的设置、泵送商品，以及软管资料自身。整体而言，只思考上泵的运用寿命时，虽然有很多对立数据，但某些有机热塑性塑料的功能好像比有机硅十分好。
　　弹性体的恢复才能或回弹性十分重要，能够通过实验进行测量，例如紧缩形变（通过永久性紧缩后，还有多少“回忆”保留在弹性体中）或迟滞（“低应力-松懈”周期之间有多少能量被消散）。
　　剥裂是指蠕动泵送过程中但在灾难性毛病或走漏前于管壁发作的降解并开释的颗粒量。剥裂取决于管道组分：已有对氟橡胶的低剥裂性报道，这个疑问已在血液泵送运用中进行屡次研讨。此外，已证实泵的设置是至关重要的。闭合力减小时，硅胶管的剥裂也大大下降。有意义的是，具有较低迟滞的铂固化有机硅弹性体（如上所述）再次表现出比规范等级铂管十分好的功能（表3）。
　　小结
　　现在生物技能有了重大的开展，而不锈钢反响釜的才能也许会有所缺乏。此外，还有一个更简略/更迅速的解决方案开展趋势，即从带有管件的软管，到带有软管、过滤器、适配器并连接稳当的装备齐全的即用型“组配设备”。这完成了质料和气体供给、过滤、取样或液体运送。配有软管“组配设备”的一次性塑料现在正在替代一些反响釜。
　　跟着对资料理化性质的正确理解，软管挑选也请求把握：本钱，不只仅是取得本钱，也包含运用本钱；危险办理；例如对所选供货商请求的质量或操控水平，比方 GMP 或别的规范的规则，对终端用户（病人）的运用安全性，了解纯度和溶出物特征，以及这些与毒理学研讨之间的联络；总归，有机硅看起来十分合适上述请求。