制藥級硅膠軟管的優(yōu)點(diǎn)

制藥加工用軟管，即各種聚合材料制成的軟管，尤其是有機(jī)硅聚合物制成的軟管。不銹鋼和玻璃也被廣泛應(yīng)用，但是由于它們不在該定義范圍內(nèi)，所以不作進(jìn)一步考慮，盡管它們具有優(yōu)異而獨(dú)特的機(jī)械性能和惰性。

　　軟管近年來頗受認(rèn)可，因?yàn)樗某杀镜?、使用方便，特別適用于一次性使用，可以降低與確效、就地清洗（CIP）或就地滅菌（SIP）和污水處理相關(guān)的成本。選擇合適的軟管并不是一項(xiàng)簡單的任務(wù)：供應(yīng)商可能不會公開提供其軟管的成分（氟橡膠、聚氨酯、聚氯乙烯、有機(jī)硅、聚烯烴等），但是會提供對其設(shè)計(jì)用途的觀點(diǎn)。 事實(shí)上，有機(jī)硅彈性體的機(jī)械強(qiáng)度有限，只代表了周圍所使用的聚合物的一小部分，但其中一些性質(zhì)使顯示了其在制藥應(yīng)用方面的獨(dú)特性。硅膠管相關(guān)參數(shù)的詳細(xì)清單，包括達(dá)到或達(dá)不到的參數(shù)。今天，硅膠管已被廣泛應(yīng)用于許多操作程序以協(xié)助制藥生產(chǎn)，包括液體傳輸、蠕動泵送和灌裝操作。

　　有機(jī)硅的性質(zhì)

　　有機(jī)硅具有許多有意義的性質(zhì)，使其適合應(yīng)用于各種軟管，其中一些性質(zhì)列出如下。有機(jī)硅聚合物。有機(jī)硅是眾多產(chǎn)品的商業(yè)名稱，但大多數(shù)由聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成。這些聚合物的特點(diǎn)是共價(jià)鍵強(qiáng)度高，抗均裂斷鏈（有機(jī)硅具有紫外線（UV）穩(wěn)定性；也具有熱

　　穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，所以容易滅菌）。其極性主鏈易發(fā)生異裂斷鏈，但鏈上的甲基基團(tuán)可提供保護(hù)作用。

　　因此，有機(jī)硅具有疏水性，水在聚二甲基硅氧烷（PDMS）模型表面的接觸角較高，為108°。由于這種疏水性，在缺少表面活性劑的情況下，有機(jī)硅與水介質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)，僅在

　　強(qiáng)堿或強(qiáng)酸的環(huán)境中才會發(fā)生反應(yīng)。由于PDMS鏈之間的甲基-甲基分子間相互作用較小，PDMS表現(xiàn)出非常低的玻璃化溫度（Tg為146K），這是有機(jī)硅成為彈性體的一項(xiàng)關(guān)鍵性質(zhì)。 PDMS與烴類“相容”（聚合物在這些非極性溶劑中溶解，而彈性體在這些溶劑中吸收并溶脹）。PDMS對許多低分子量物質(zhì)/非極性物質(zhì)具有高通透性，例如上述烴類或氣體（表

　　1）。這一性質(zhì)可用于細(xì)胞培養(yǎng)的氧合作用，例如用于Corning E-Cube培養(yǎng)系統(tǒng)。

　　有機(jī)硅聚合物的合成已經(jīng)過多方審查。對于此處所討論的應(yīng)用，特別是關(guān)于雜質(zhì)，值得注意的是有機(jī)硅聚合物的合成從蒸餾成分開始，并不涉及溶劑或重金屬。雜質(zhì)基本上是較短的直鏈或環(huán)狀低聚物，具有一定的揮發(fā)性。這些物質(zhì)常用作起始低聚物，或在聚合反應(yīng)過程中生成。

　　有機(jī)硅彈性體。采用交聯(lián)反應(yīng)（固化）容易將有機(jī)硅聚合物轉(zhuǎn)化為立體網(wǎng)狀物或彈性體。對于軟管制造，首選兩種交聯(lián)反應(yīng)：一種是以過氧化物引發(fā)，用過氧化物產(chǎn)生自由基 R'，引發(fā)鏈之間的鍵合；另一種是鉑催化，有機(jī)金屬鉑復(fù)合物在將SiH基團(tuán)加入乙烯基團(tuán)過程中起催化作用。這種反應(yīng)的優(yōu)勢是無副產(chǎn)物（加成反應(yīng)），只使用少量催化劑（10ppm鉑），無需進(jìn)行二次固化。

　　軟管在擠出成型后包裝供應(yīng)，一般為50英尺線圈型，單獨(dú)裝在雙層密封聚乙烯袋中。值得一提的是，由于硅氧烷具有熱固性，它們不能被再加工如同熱塑性塑料。出于同樣的原因，它們不能熱密封；因此，連接時(shí)，硅膠管套在軟管倒鉤接頭上，并用兩根扎帶從相反方向系牢，固定好軟管。共模壓成型是可行的，有時(shí)用于醫(yī)療器械領(lǐng)域。

　　軟管選擇需要考慮幾個重要因素。接下來的章節(jié)中將通過比較各種軟管材料的性質(zhì)以及它們在傳輸泵運(yùn)行中的性能來解決這些問題。

　　軟管性能

　　本文簡要概述了制藥生產(chǎn)中目前用于液體傳輸、蠕動泵和灌莊操作軟管（尤其是硅膠管）。本文介紹了這種硅膠管的優(yōu)點(diǎn)和局限性，并討論了需要考慮的變量。

　　外觀和機(jī)械性能

　　與一些有機(jī)熱塑性塑料相比，有機(jī)硅的透明度最好描述為“半透明”。這一結(jié)果是因?yàn)橹谱鬈浌艿挠袡C(jī)硅彈性體由有機(jī)硅聚合物和無定形二氧化硅組成。由于這兩種材料具有不同的折射率，并且沒有特定混合法來使它們相配，因此所有硅膠管都是半透明的。

　　固化后，有機(jī)硅彈性體表現(xiàn)出有意義的機(jī)械性能，這包括中等硬度和高斷裂伸長率，但拉伸強(qiáng)度比聚氨酯（PU）低。與聚四氟乙烯（PTFE）相比，它們具有發(fā)粘的表面和較高的摩擦系數(shù)，但剛性要小得多。

　　由于具有疏水性并且是優(yōu)良的電絕緣體，所以它們會吸引灰塵。它們的工作溫度范圍比聚氯乙烯（PVC）更大。

　　硅膠管可能存在的各種缺陷包括：擠出線或凝膠（可能是在擠出機(jī)中過早固化引起）；氣泡（固化過程中濕氣可能被雙輥磨的冷卻輥筒吸收形成水蒸氣，或 H-Si≡與鉑固化產(chǎn)物中的羥基物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)形成氫氣）；微粒污染。

　　確定這些缺陷的限值不是一件容易的事，但它們應(yīng)在供應(yīng)商的銷售規(guī)范中得到詳細(xì)說明。與軟管擠出用有機(jī)硅彈性體相關(guān)的 ISO標(biāo)準(zhǔn)甚至也參考了一些目視檢查。與機(jī)械性能有關(guān)的其他問題涉及占地面積和搬運(yùn)。這里的問題是利用最小的占地面積來“管理”制藥生產(chǎn)中的軟管，同時(shí)避免扭結(jié)等問題。需要考慮的變量包括彎曲半徑（在彎曲部分最內(nèi)表面測得的軟管彎曲部分的半徑）和彎曲力（彎曲至規(guī)定半徑所需的應(yīng)力）。

　　硅膠管有時(shí)可通過外部印刷標(biāo)記，但由于其表面能較低，油墨粘附性不太好，使用常用溶劑進(jìn)行清洗過程中即可輕易擦除。有機(jī)硅也可混色。硫酸鋇常用作白色填料進(jìn)行基底混色，或用于X-射線不透性醫(yī)療器械的共擠出條。

　　操作溫度

　　由于低玻璃化溫度和高熱穩(wěn)定性，有機(jī)硅的操作溫度范圍較廣。有機(jī)硅引用的操作溫度范圍是-80~215°C，對任何商用彈性體來說，這個操作范圍都是最廣的。 耐化學(xué)品性

　　盡管它們不太可能存在于發(fā)酵或灌注操作等制藥加工過程中，但有兩個因素限制了有機(jī)硅的耐化學(xué)品性：某些有機(jī)溶劑引起溶脹，以及強(qiáng)堿或強(qiáng)酸引起化學(xué)降解。

　　有機(jī)硅的溶脹出現(xiàn)在甲苯等烴類非極性有機(jī)溶劑中。在溶脹時(shí)，重量比（w/w）會增加 200%，導(dǎo)致彈性體的機(jī)械性能減弱，但鍵實(shí)際上并未斷裂，而是彈性體被“稀釋”。溶脹取決于時(shí)間和分子量，因?yàn)樗軘U(kuò)散的控制。低分子量有機(jī)硅的硅膠管溶脹很快，而高分子量有機(jī)硅則較慢（表2）。

　　另一方面，有機(jī)硅在含有強(qiáng)堿或強(qiáng)酸的情況下會發(fā)生降解，導(dǎo)致硅氧烷鍵的水解并引起的硅氧烷主鏈的解聚。這形成了各種“衡量”表（表2），由于測試條件和評定并不總是具有可比性，其中有時(shí)會包含相互矛盾的信息。此外，組合成分可能顯示出比單一成分更強(qiáng)效。例如，水、酒精和強(qiáng)堿混合物可以從實(shí)驗(yàn)室玻璃器皿上“洗去”有機(jī)硅，而單獨(dú)成分則無效果。因此，毫無疑問，必須逐個評價(jià)相容性。

　　純度和溶出物

　　藥品檢驗(yàn)人員目前將軟管和容器中物質(zhì)遷移的問題分為“析出物”和“溶出物”。前者是指在正常使用條件下遷移的物質(zhì)，而后者則需要過高的溫度或強(qiáng)效溶劑（“最壞情況”）。溶出物應(yīng)該包括析出物，而這一術(shù)語將在這里作進(jìn)一步討論。

　　在這兩種情況下，用增塑劑制成的軟管預(yù)計(jì)可能會比無添加劑的軟管產(chǎn)生更多的溶出物。有機(jī)硅本身不需要增塑劑、穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑或抗氧化劑。因其生產(chǎn)方式的影響，有機(jī)硅的重金屬含量很少，通常少于10ppm。鉑復(fù)合物用作交聯(lián)反應(yīng)的催化劑，但量很少