医用垫片热合强度、穿刺力和蒸发残渣的性能检测 l
摘要
随着医用包装和医疗器械的创新发展，垫片越来越多的应用到医用行业。根据国家药品包装容器（材料）标准的规定，理想的医用垫片应该在外观、热合强度、穿刺力、穿刺落屑、高温分离性能、溶出物等方面达到一定标准，其中垫片的热合强度关系到药品容器封口的密封性、穿刺力是垫片耐注射针刺穿的性能表征、而蒸发残渣则反映了垫片材料向药品迁移的情况。本文详细介绍了这三种项目的实验室测试方法。
关键词
医用垫片、热合强度、穿刺力、蒸发残渣
垫片是用橡胶、纸或塑料制成，放在两平面之间以加强密封，为防止流体泄漏设置在静密封面之间的密封材料。当其应用到医药行业中，成为直接接触药品的材料，其性能将被严格要求，接下来，笔者将介绍医药行业常用几款垫片，并根据国家药品包装容器（材料）标准的要求，详细说明热合强度、穿刺力和蒸发残渣项目的检测方法。
一、常见医用垫片
目前，根据材质的不同，应用于医药行业用的垫片主要有三种，铝塑垫片、合成聚异戊二烯垫片和硅橡胶垫片。
所谓铝塑垫片，是指将铝塑复合膜与纸板通过胶黏剂粘结而成的垫片（如图1），这里的铝塑复合膜多采用聚酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、铝箔（AL）等材料，依照不同的结构形式复合而成，比如PET/AL/PP、PET/AL/PET、PET/AL/PE等，多用于药品包装容器的瓶口密封。PET是聚对苯二甲酸类塑料，属于中等阻隔性材料，非常挺括，耐药品性极好，具有极佳的力学性能和印刷适应性，是医药材料或包装中应用最广泛的外层薄膜。AL是一种阻隔性非常好的材料，不透光、不透湿、不透气，但机械强度不高，易撕碎、折断，不能单独作为包装材料来使用。由于药品对氧和水蒸气的接触有着极其严格的限制，而PET塑料在水氧阻隔性方面并不出色，通常将AL与PET复合在一起使用，充分发挥其耐高低温性和高阻隔性等优点。作为封口垫片，最终需热合在药品包装容器的封口上达到密封的目的，而铝箔材料不具有热合性，因而复合膜的内层应为可热合的材料，一般PE材质药瓶封口垫片中的铝塑复合膜材质为PET/AL/PE，PP瓶的铝塑复合膜材质为PET/AL/PP，PET瓶的铝塑复合膜材质为PET/AL/PET。
除了铝塑垫片，橡胶垫片是另一类常见的垫片类型，用于输液容器、注射器、口服制剂容器中。其所用橡胶多为合成橡胶，如有“天然合成橡胶”之称的合成聚异戊二烯橡胶、丁基橡胶和硅橡胶等。合成聚异戊二烯橡胶具有与天然橡胶相似的化学组成、立体结构和力学性能，其回弹性、基本粘性等性能与天然橡胶不相上下，是合成橡胶中最优的橡胶之一。除此之外，硅橡胶也是其中的佼佼者。这种材料无毒无味、耐高低温、回弹性佳，化学稳定性好，这些优异的特性使得硅橡胶在现代医学中发挥了重要的作用。
二、重点性能及测试方法
(一) 热合强度
对于药用塑料包装容器，在生产过程中通常采用热合的方式将铝塑垫片密封到容器口，热合就是利用外界的各种条件（如电加热、高频电压及超声波等）使垫片的铝塑复合膜受热变为粘流状态，借助一定的压力，使垫片铝塑膜与塑料容器口合为一体，冷却后二者保持了一定的强度。为了保证药品包装容器在运输、贮存和销售过程中承受一定的外力，降低破裂泄漏的发生，减少氧气和水蒸气的大量渗透，要求铝塑垫片封口后具有足够的强度，通常采用热合强度这一指标进行检测和衡量，国家药品包装容器标准中《YBB00212004药品包装用铝塑封口垫片通则》做了详细规定，测试过程如下：
取PET/AL/PP材质的垫片材料6片，在其中部各裁切出15mm宽的试样，分别热封在与之配套使用的PP材质药品容器口上。冷却后，将热合后的垫片预剥开一部分，并夹持在XLW（PC）智能电子拉力机的上夹具上，同时将容器固定在下夹具上。设置仪器参数，以200mm/min的速度进行剥离。分别测定6次，最终结果取6次数据的算数平均值，要求不得低于7N/15mm。
(二) 穿刺力
应用于输液容器组合盖或注射器中的医用垫片，多为橡胶材质，如合成聚异戊二烯橡胶、硅橡胶等，应当具有一定穿刺性，防止因阻力太大注射针不易穿刺或导致针头断裂，发生意外伤害。穿刺力是垫片穿刺性的力值表征，是指在穿刺试验中，穿刺器刺透被测材料的最大力值，是评估被测材料抗硬物刺穿的能力。目前，我国国家药品包装容器（材料）标准中对穿刺力的测试方法和要求已有相关规定，如《YBB00232004药用合成聚异戊二烯垫片》、《YBB00322004注射剂用胶囊、垫片穿刺力测定法》等。具体如下：
首先对垫片进行预处理。取10个被测垫片，放入高压蒸汽消毒器中，在121℃±2℃下保持30min，取出，冷却至室温。将处理过的垫片置入垫片支撑装置中。该装置是带有垫片夹持器的钢瓶，能固定垫片被刺穿时不被刺入瓶内。将金属穿刺器置于MED-01医药包装性能测试仪上，以200mm/min的速度对垫片标记处进行垂直穿刺，，记录刺穿垫片的最大力值。剩余9个被测垫片均重复此项操作，取平均值作为测试结果。《YBB00232004药用合成聚异戊二烯垫片》规定，平均值不得超过75N，最大值不得超过80N为合格。
(三) 蒸发残渣
医药包装分为外包装系统与内包装系统，内包装系统即直接与药品接触的包装，如医用垫片、注射剂瓶、输液袋、铝塑泡罩等，将伴随药品的生产、流通、贮存和销售全过程。这些包装材料多为塑料、玻璃、橡胶、金属等，在与药品长期接触中其组分可能会被药品浸出，或与药品成分发生作用，例如材料中的溶剂、添加剂、有害金属会慢慢析出释放、细微材料颗粒沉淀、材料对药液的吸附等，从而影响药品的质量，对人体形成潜在的隐患。因此，这类与药品直接接触的包装材料需要重视溶出物的检测，测试项目包括蒸发残渣、易氧化物和重金属。下面，着重介绍医用垫片的蒸发残渣项目的测试方法。
根据国家药品包装容器（材料）标准中《YBB00212004药品包装用铝塑封口垫片通则》（下文简称标准1）、《YBB00232004药用合成聚异戊二烯垫片》（下文简称标准2）、《YBB00222004口服制剂用硅橡胶胶塞、垫片》（下文简称标准3）的规定，铝塑封口垫片和用于输液容器、注射容器等的橡胶垫片都需要检测蒸发残渣（即不挥发物）项目，但具体测试方式存在一定的差异：
1、制备供试液。
通用方法是取适量样品，将其分割为等面积的小块，置入锥形瓶中，加入试验用溶剂后浸泡一定时间，制成供试液，同时制备空白液备用。三种标准采用了同样的制备思路，但在待浸泡样品状态、试验溶剂和制备过程方面略有不同。
1) 待浸泡样品状态。标准1的应用对象为铝塑封口垫片，因该类垫片直接接触药品的部位为铝塑复合膜，因此浸泡样品的取样对象为垫片所用的铝塑复合膜，应分别取表面积600cm2（分割为长3cm、宽0.3cm的小片）三份置入锥形瓶中。标准2和标准3的应用对象皆为橡胶垫片，但标准2规定了待浸泡样品的尺寸为表面积200 cm2，而标准3仅要求样品分割为长、宽、高均小于1cm的小块，重25克。
2) 试验溶剂。标准1采用了水（70℃±2℃）、65%乙醇（70℃±2℃）、正己烷（58℃±2℃）各200ml，目的用于模拟被测材料在使用过程中接触水、酒精类、油脂类等药品时可能析出的化学物质量的指标。而标准2和标准3仅采用水为试验溶剂。
3) 制备过程。标准1要求将装有待浸泡样品的锥形瓶加入三种试验溶剂各200ml浸泡2小时后取出，冷却至室温，并用同批试验用溶剂补充至原体积作为供试液。标准2的制备过程更为复杂：先将待浸泡样品置入烧杯中，加入400ml水浸没，煮沸5min，放冷，用水冲洗，每次用400ml，共冲洗5次。后移入锥形瓶中，加水400ml，置于高压灭菌器中，升温至121℃±2℃，保持30min，后冷却至室温移出即为供试液。标准3的制备过程最为简单：将待浸泡样品加500ml水，加热回流5小时，冷却至室温后，倾出浸出液即为供试液。
2、蒸发残渣测试。
这一环节，三种标准的测试方法几近相似：取供试液与空白液各100ml置于已恒重的蒸发皿中，水浴蒸干，在105℃干燥至恒重，水中不挥发物残渣与其空白液中残渣之差不得超过一定数值。需要注意的是，三种标准对于差值的规定有所不同，标准1为30mg，而标准2和标准3则为4mg。
实际测试中，“水浴蒸干后干燥至恒重”的环节看似简单，实为耗时耗力的工作。若采用手动测试方法，需要将在水浴上蒸干的供试液移至恒温烘箱干燥2小时，取出干燥0.5小时候再称量。而后再次放入恒温烘箱干燥1小时，冷却0.5小时后称量，如此重复烘干称量，直至恒重。这般手动测试过程，除了长时间占用试验者的时间外，供试液在蒸发、冷却和称重时的环境条件、恒重判定条件等随机误差的影响，都会使测试结果的重复性较差，难以获得非常准确的数据。因此，建议采用自动化仪器替代手动测试，减少烘干、干燥、称重等试验过程中的人为误差，精确测试结果，例如Labthink兰光的ERT-01蒸发残渣恒重仪，既具有出色的测试精度（可达0.3mg），同时可一次性测试1-8件试样，测试效率大大提高，并使得空白试验与测试样品在同一条件下检测，增加了检测结果的准确性。
三、结语
随着医用包装和医疗器械的创新发展，垫片越来越多的应用到医用行业。根据国家药品包装容器（材料）标准的规定，理想的医用垫片应该在外观、热合强度、穿刺力、穿刺落屑、高温分离性能、溶出物等方面达到一定标准，其中垫片的热合强度关系到药品容器封口的密封性、穿刺力是垫片耐注射针刺穿的性能表征、而蒸发残渣则反映了垫片材料向药品迁移的情况，相关上下游企业应多加重视，加强对这些项目的日常检测。
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