硅胶管的性能分析

目前在制药生产中，硅胶软管比较常用于液体传输、蠕动泵和灌庄操作等。本文将通过比较各种软管材料的性质来讨论硅胶软管的优点和局限性以及需要考虑的变量。

有机硅是众多产品的商业名称，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，所以容易灭菌）。其极性主链易发生异裂断链，但链上的甲基基团可提供保护作用。

因此，有机硅具有疏水性，水在聚二甲基硅氧烷（PDMS）模型表面的接触角较高，为 108°。由于这种疏水性，在缺少表面活性剂的情况下，有机硅与水介质不发生反应，仅在强碱或强酸的环境中才会发生反应。

软管在挤出成型后包装供应，一般为 50 英尺线圈型，单独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，它们不能被再加工如同热塑性塑料。出于同样的原因，它们不能热密封；因此，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，有时用于医疗器械领域。

外观和机械性能

与一些有机热塑性塑料相比，有机硅的透明度最好描述为“半透明”。这一结果是因为制作软管的有机硅弹性体由有机硅聚合物和无定形二氧化硅组成。由于这两种材料具有不同的折射率，并且没有特定混合法来使它们相配，因此所有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性能，这包括中等硬度和高断裂伸长率，但拉伸强度比聚氨酯（PU）低。与聚四氟乙烯（PTFE）相比，它们具有发粘的表面和较高的摩擦系数，但刚性要小得多。由于具有疏水性并且是优良的电绝缘体，所以它们会吸引灰尘。它们的工作温度范围比聚氯乙烯（PVC）更大。

软管材料的典型机械性能拉伸强度

硅胶管可能存在的各种缺陷包括：挤出线或凝胶（可能是在挤出机中过早固化引起）；气泡（固化过程中湿气可能被双辊磨的冷却辊筒吸收形成水蒸气，或 H-Si≡与铂固化产物中的羟基物质发生副反应形成氢气）；微粒污染。

确定这些缺陷的限值不是一件容易的事，但它们应在供应商的销售规范中得到详细说明。与软管挤出用有机硅弹性体相关的 ISO标准甚至也参考了一些目视检查。与机械性能有关的其他问题涉及占地面积和搬运。这里的问题是利用最小的占地面积来“管理”制药生产中的软管，同时避免扭结等问题。需要考虑的变量包括弯曲半径（在弯曲部分最内表面测得的软管弯曲部分的半径）和弯曲力（弯曲至规定半径所需的应力）。

硅胶管有时可通过外部印刷标记，但由于其表面能较低，油墨粘附性不太好，使用常用溶剂进行清洗过程中即可轻易擦除。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。

耐化学品性

尽管它们不太可能存在于发酵或灌注操作等制药加工过程中，但有两个因素限制了有机硅的耐化学品性：某些有机溶剂引起溶胀，以及强碱或强酸引起化学降解。

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，重量比（w/w）会增加 200%，导致弹性体的机械性能减弱，但键实际上并未断裂，而是弹性体被“稀释”。溶胀取决于时间和分子量，因为它受扩散的控制。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。

纯度和溶出物

药品检验人员目前将软管和容器中物质迁移的问题分为“析出物”和“溶出物”。前者是指在正常使用条件下迁移的物质，而后者则需要过高的温度或强效溶剂（“最坏情况”）。溶出物应该包括析出物，而这一术语将在这里作进一步讨论。

在这两种情况下，用增塑剂制成的软管预计可能会比无添加剂的软管产生更多的溶出物。有机硅本身不需要增塑剂、稳定剂、紫外线吸收剂或抗氧化剂。因其生产方式的影响，有机硅的重金属含量很少，通常少于 10 ppm。铂复合物用作交联反应的催化剂，但量很少（10 ppm 铂）；一旦固化，即使使用了强效溶剂，溶出物中也检测不出可量化水平的铂。对于有机硅，溶出物大部分由短链低聚物 6-(SiMe2O)n-组成，因此其可接受残留量可通过风险评估确定。

推荐的条件可使溶出物从产品中分离，并尽可能减少溶胀，由于溶剂回收率较小，且溶出物陷入溶胀的弹性体网状物中，这可能会影响数据的解释。

在使用的溶剂中，丙酮获得了最高浓度的溶出物（重量比约 2%），而乙醇、水或其它水介质获得了较低浓度的萃取物。根据这项研究的目的，丙酮可能是“过度”研究的理想溶剂。硅胶管样本结构至关重要，因为硅胶管样本厚度越厚，溶出率越低。正如预料的那样，储存时或灭菌后，溶出物减少。

清洁与灭菌

软管以“挤出成型”方式包装。一篇对与浮游生物孵化有关的有机硅与其他软管的比较的文章提到了使用前清洗的重要性：有机硅未施加显著影响，而其他软管则降低了浮游植物的生长速度，说明在某些情况下清洗后影响被消除。一些人在使用前用注射用水（WFI）清洗，随后在空调房内用压缩空气干燥，但提供的细节很少。因其稳定性，有机硅容易灭菌。

一般灭菌程序包括：

●使用高压灭菌器（蒸汽）达一个标准重力蒸汽灭菌周期（30 min，15 psi，121℃）或高速蒸汽灭菌周期（15 min，30 psi，132℃）。注意，有机硅材料比热塑性塑料等材料更难加热，因为它们具有绝热性质，因此可能需要更多的时间加热。

●伽玛辐射，高达 2.5 Mrad（25  kGy）的剂量不会对机械性能产生负面影响（更高的剂量可能会导致一些变化）。

●环氧乙烷（ETO），给予足够时间完全清除残留环氧己烷气体。已研究了不同软管灭菌后环氧乙烷的残留水平，与聚氯乙烯或聚酯-聚氨酯软管相比，有机硅吸收较少环氧乙烷且能更快释放。

泵操作中的软管性能

蠕动泵送的优点很明显（封闭体系，无来自泵的空气或润滑剂造成外界污染的风险）。这项技术不仅用于制药加工，而且还用于心肺转流术或血液透析中体外血液循环血液泵。这些都是要求最高的软管应用。它们不仅要求耐“化学品”，而且要求在使用过程中抗变形（如在软管变平时降低流速），以及抗灾难性故障/泄漏（上泵的使用寿命）。上泵的使用寿命取决于诸多因素，例如泵的设置、泵送产品，以及软管材料本身。总体而言，只考虑上泵的使用寿命时，虽然有许多矛盾数据，但某些有机热塑性塑料的性能似乎比有机硅更好。

弹性体的复原能力或回弹性非常重要，可以通过试验进行测量，例如压缩形变（经过永久性压缩后，还有多少“记忆”保留在弹性体中）或迟滞（“低应力-松弛”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故障或泄漏前于管壁产生的降解并释放的颗粒量。剥裂取决于管道组分：已有对氟橡胶的低剥裂性报道，这个问题已在血液泵送应用中进行多次研究。此外，已证明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降低。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）再次表现出比标准等级铂管更好的性能。