塑料安瓿瓶的应用瓶颈浅析

　　安瓿瓶，作为盛放注射药剂的小型容器，已经在医药领域流行了数百年。其材质以玻璃为主，在漫长的使用中，玻璃的易碎特性导致的玻屑污染和医护人员损伤屡屡发生，逐渐暴露了玻璃安瓿瓶的应用缺陷，同时催生了新型安瓿瓶的探索与研究。近年来，塑料安瓿瓶发展迅速，引起了医药企业和相关科研机构的重视。

塑料安瓿瓶的发展背景

　　随着玻璃安瓿瓶暴露的问题日益增多，人们把目光投向了另一种更为广泛的包装材料——塑料。常用聚乙烯、聚丙烯等塑料材料具有非常好的柔韧性、抗碎性，以及质量轻盈的优势，便于安瓿的成型与携带，为塑料安瓿瓶的诞生奠定了成熟的材料基础。塑料安瓿瓶的真正兴起与BFS技术的发展密不可分。BFS，即为吹制-灌装-密封三合一技术，是一种用于制药的无菌或最终灭菌的液体灌装工序：真空条件下加热塑料粒料，高温状态下将粒料基础形成管状瓶胚，充气成型，灌装药液封口完成^[1]。BFS技术应用于塑料安瓿瓶的制备，实现了更高级别的无菌保障。上述种种优势决定了塑料安瓿瓶具有广阔的应用前景。

　　但是在我国，由于缺乏塑料安瓿相关的生产法规、质量标准，塑料安瓿本身的物理性能、化学稳定性和生物安全性的研究尚未成熟，以及人们对玻璃安瓿的传统认知与使用习惯等因素，对塑料安瓿大规模应用产生了阻碍作用，因而我国塑料安瓿仍处于新兴阶段，应用比例远低于玻璃安瓿，且种类较少，主要以包装非治疗性药物为主。

透氧性——塑料安瓿的应用瓶颈之一

　　药剂暴露在空气中，会与氧气发生氧化反应（多为与氧化合或脱氢），而使药物结构改变，生产过氧化物。潮湿的空气和光线更易加速这一进程。药剂氧化后会发生不同程度的变质，以致疗效降低、颜色变化、析出沉淀，甚至产生毒性物质。从这一方面来说，安瓿瓶的阻氧性至关重要。玻璃的透氧性极低，基本上可忽略不计，因此玻璃安瓿的整体的阻氧性极佳。相比之下，塑料的透氧性则高出许多，成为其应用于安瓿制造的瓶颈之一。塑料的透氧性取决于两方面因素：1、聚合物的凝聚力，即聚合物链间的作用力，若凝聚力强，氧气挤入聚合物链间的可能性小，氧气透过率就小；2、聚合物链间的间隙，间隙越大意味着氧气渗透的空间越大，更利于氧气的渗透。以塑料安瓿较为常用的HDPE材料为例，它属于非极性材料，分子之间的相互引力较弱，凝聚力不强。同时HDPE是一种半结晶聚合物，根据结晶度越高，分子链排列越紧密，氧气越难以渗透的原理，氧气易在非结晶区渗入并且扩散透过。通过测试，在23℃、50%RH的条件下，25μm厚的HDPE片材的透氧率在200~500cm³/(m²·d)之间，随着HDPE片材的厚度增加，氧气渗透的路径变长，透氧率逐渐变小，当厚度达到250μm的时候，透氧率约为10~30cm³/(m²·d)。

　　对于塑料安瓿来说，仅用塑料片材的透氧率来衡量仍是不准确的。笔者取了752μm厚的HDPE片材和由此片材制得的10mL塑料安瓿，在23℃、50%RH的条件下，利用兰光包装安全检测中心的OX2/230氧气透过率测试系统进行了透氧率的测试。结果如表1。

表1 HDPE片材及安瓿透氧率测试结果

　　测试数据显示，同材质同厚度的片材和塑料安瓿的透氧率差别很大，且数值单位不同，二者不具有可比性。此外，因为塑料片材的材质多为均匀且厚度一致的，而塑料安瓿因成型工艺的要求，开启断裂处的厚度设计的比其他部位薄，造成安瓿各部位材质的实际透氧率存在差异，故塑料安瓿原材料的透氧性并不适用于评判安瓿瓶的透氧性，建议对安瓿瓶整体进行氧气透过率测试，以获得更具有实际意义的数据参考。

　　环境温度也会对塑料安瓿的透氧性造成影响。当温度升高，对于塑料本身，由于热运动其分子链构象变化越快，内聚力下降，同时聚合物链间的间隙增大，提高了氧气等渗透质分子的扩散速率；对于氧气分子，温度越高，其热运动越剧烈，能量越大，更易达到在聚合物分子链间的扩散所需能量值，造成塑料阻氧性的降低。二者共同作用将会加速塑料安瓿的氧气透过速率。

　　因此，在控制塑料安瓿的透氧性方面可以围绕以下思路采取措施：1、选定合适的塑料厚度。厚度提升可以从整体上降低塑料材料的透氧率，前提是在合理的成本预算前提下。2、重点加强对成型塑料安瓿的透氧性检测，以此为依据调整安瓿成型工艺以及断裂处厚度控制，从而降低氧气的透过量。3、严格按照安瓿药剂的低温保存要求进行储藏，严格控制塑料安瓿暴露在高温环境的时间。

撕裂开启性——塑料安瓿的应用瓶颈之二

　　易开启，是安瓿应用中的重要前提条件。传统玻璃安瓿，在使用时需用砂轮在瓶颈减弱标记处划出凹痕，掰其凹痕处瓶颈折断，开启取药。这一开启形式既复杂，又会产生大量的不溶碎屑落入药剂中，对于受药方的生命安全存在潜在的风险。塑料因其材料原因，其开启后碎屑数量很少，通过减弱开启部位厚度，靠外力撕裂减薄槽的方式实现开启。因此，开启部位材料的撕裂开启性是塑料安瓿易开启的关键因素。

　　塑料是由长链分子构成，分子运动具有明显的松弛性，故塑料具有所有已知材料中可变范围最宽的力学性能，包括耐撕裂性。对于塑料安瓿来说，良好撕裂性取决于多方面因素，如厚度、开口部位的形状等，其中后者对于塑料安瓿的开启意义重大。在常规塑料安瓿设计中，开口部位的形状多为三角形缺口，利于应力集中，引导其沿着三角顶角的位置撕裂瓶颈。但是，不同三角缺口顶角的角度会形成不同的撕裂形态，进而影响撕裂的难易程度。

　　为了进一步验证，笔者取了由752μm厚的塑料制得的三角顶角为20°、40°、60°、80°、90°的如图1的试样进行了裤型撕裂测试（如图2），测试仪器为XLW（PC）智能电子拉力试验机，获得“撕裂强度-位移”曲线，如图3。

图1、试样

图2、裤型撕裂

图3、撕裂强度-位移曲线

　　根据图3的撕裂强度-位移曲线，20°、40°、60°、80°四类试样在撕裂前撕裂强度一般会有一个较大的提升，达到峰值即最大强度，开启部位的三角缺口顶角处发生撕裂，之后撕裂强度呈下降趋势并逐渐保持平稳状态。四者相比可以看出，随着三角缺口顶角的角度增大，撕裂强度的峰值增幅也有所升高，说明三角缺口顶角角度的增大致使试样撕裂逐渐由易变难。相比之下，90°的试样的曲线形态大有不同，撕裂强度的峰值出现的较晚且峰值已达120N/mm左右，说明该试样在撕裂过程中发生了整体的屈服，最终出现非正常撕裂的情况，如未沿预期路径撕裂、在试样的薄弱部位开裂等。因此，本着“易开启”的原则，开启部位的三角缺口顶角设定在30°~40°更加利于塑料安瓿的撕裂开启。

总结

　　安瓿瓶，是当前注射药剂的重要包装容器，在药品包装市场中占有较大份额。但由于玻璃材料易碎并易产生碎屑的特性，影响用药安全，故塑料安瓿瓶开始兴起。在其应用中，塑料材质的透氧性和撕裂性往往是制约其发展的瓶颈因素，本文通过相关试验进行了简单的分析与论证，为克服上述瓶颈问题提出了相应建议，希望对塑料安瓿未来的应用推广有所助益。