確定無菌醫(yī)療器械軟包裝材料最佳熱封參數(shù)的一種試驗方法

吳平 于曉慧 董丹丹 山東省醫(yī)療器械產(chǎn)品質(zhì)量檢驗中心 (濟南 250101）

1.確定熱封參數(shù)的意義

ISO 11607-2：2006《最終滅菌醫(yī)療器械的包裝 第2部分：成形、密封和裝配過程的確認要求》是對醫(yī)療器械包裝生產(chǎn)體系的要求，包裝的成形、密封和裝配過程開發(fā)后，需要進行ISO 11607-2中規(guī)定的無菌屏障系統(tǒng)制造過程的“確認”，包括三個鑒定過程：安裝鑒定（IQ）、運行鑒定（OQ）和性能鑒定（PQ）。其中，運行鑒定是為安裝鑒定后的設(shè)備是否適用于某一具體醫(yī)療器械（無器械在場的情況）無菌屏障系統(tǒng)的成形、密封和裝配過程提供證據(jù)。通過運行鑒定工作，應(yīng)能確定設(shè)置的過程參數(shù)在正常情況甚至極限情況下，是否能滿足醫(yī)療器械的無菌屏障系統(tǒng)的成形、密封和裝配過程。顯然，最佳熱封參數(shù)的確定是醫(yī)療器械包裝過程確認中不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。

2.確定材料熱封參數(shù)的依據(jù)

2.1 影響熱封的過程參數(shù)

包裝的熱封材料選定后，影響熱封強度的熱封過程參數(shù)有熱封溫度、熱封時間和熱封壓力，其中熱封溫度是影響熱封質(zhì)量的最主要因素，對熱封強度等指標的影響最為直接。各種熱封材料的熔融溫度的高低，直接決定包裝材料的起封溫度和熱封溫度的范圍。因此不同的熱封材料有著不同的溫度-熱封強度關(guān)系曲線。達到起封溫度后，熱封強度隨熱封溫度的升高而升高。當(dāng)達到一定溫度后，熱封強度達到最大值。對于塑料復(fù)合包裝來說，其熱封受到熱封壓力、制袋速度以及所用熱封材料等多方面影響。熱封的壓力越小，要求熱封溫度越高；熱封機速度越快，熱封層和復(fù)合膜的厚度越厚，要求的熱封溫度也越高。

要達到理想的熱封強度，還要對熱封材料施加一定的壓力，而且隨著復(fù)合膜厚度的增加所需要的熱封壓力也相應(yīng)提高。如果熱封壓力不足，兩層薄膜之間難以達到真正的熔合，可導(dǎo)致局部脫封、虛封或密封不平整；然而，熱封壓力也并非越大越好，因為熱封溫度較高時，封邊處的熱封材料已處于半熔融狀態(tài)，太大的壓力使得熱封部位變薄，易造成熱封邊發(fā)脆、熱封強度降低甚至斷裂。另外，在調(diào)整壓力前，還應(yīng)注意上下熱封刀是否對齊且平行。

熱封時間也是影響熱封強度和外觀的一個關(guān)鍵因素。相同的熱封溫度和熱封壓力下，熱封時間長，則熱封層熔合更充分，結(jié)合更牢固。但熱封時間過長，容易造成熱封部位起皺變形，影響外觀，也有可能造成封口界面的密封性能劣化。

2.2 測定材料最佳熱封參數(shù)的方法

ASTM F 2029《通過測量密封強度確定軟包裝材料的熱封性能標準規(guī)范》給出的試驗方法，通過測定不同熱封條件下的破壞力和破壞模式，繪制材料的熱封曲線，進一步確定包裝材料的最合適的熱封參數(shù)。該試驗方法可用于測定相同或不同包裝材料之間的熱封強度。本文第3部分用一個無菌醫(yī)療器械的典型包裝形式-組合袋的實例，對ASTM F 2029試驗方法的可行性和有效性進行了驗證。

3.確定醫(yī)療器械包裝材料最佳熱封參數(shù)的實例

3.1 試驗儀器

SL-10熱封性能試驗儀，Zwick/Roell萬能材料試驗機Z2.5，已經(jīng)過生產(chǎn)商校準，符合本試驗的要求。

3.2 試驗樣品

本試驗采用醫(yī)療器械包裝中常見的透氣性材料/塑料膜組合包裝，透氣性材料為涂膠Tyvek，塑料膜為PET/PE雙層復(fù)合膜。

3.3 試驗程序

3.3.1 按GB/T 6672《塑料薄膜和薄片 厚度測定 機械測量法》中規(guī)定的試驗方法，在塑料膜上取10個不同的點測量膜材的厚度，取其平均值，如表1所示。

3.3.2 裁取適宜尺寸的PET/PE膜和涂膠Tyvek試片。

3.3.3 由表1中塑料膜的厚度，根據(jù)ASTM F 2029中的要求，規(guī)定其熱封持續(xù)時間為1s。

3.3.4 根據(jù)經(jīng)驗將熱封壓力設(shè)定為0.2MPa。

3.3.5 設(shè)定熱封初始溫度為70℃，隨后以5℃的間隔遞增，直到135℃密封區(qū)域產(chǎn)生收縮及嚴重的彎曲變形。在這些溫度下分別對PET/PE膜和涂膠Tyvek進行熱封（PE面與涂膠面接合，試片熱封方向一致）。

表 1.塑料膜的厚度單位：μm

表2. Tyvek與PET/PE膜不同溫度條件下的密封強度（熱封壓力0.2MPa、持續(xù)時間 1s）單位：N

3.3.6 將這些試樣沿與膠合方向垂直的方向，分別裁剪成15mm寬的試樣，各裁5條。

3.3.7 在（23±2）℃，相對濕度（50±5）%條件下將試樣調(diào)節(jié)至少24h。

3.3.8 按YY/T 0681.2《無菌醫(yī)療器械包裝試驗方法 第2部分 軟性屏障材料的密封強度》中規(guī)定的試驗方法，設(shè)定夾具初始間距為25mm，移動速度為200mm/min，尾部握持方式為無支持，分別測定各熱封溫度下試樣的最大密封強度。

3.4 試驗結(jié)果

3.4.1 試片在各溫度下熱封后的狀態(tài)如圖1所示。

可以看出，隨著熱封溫度的升高，熱封區(qū)域逐漸產(chǎn)生彎曲變形，當(dāng)溫度達到135℃時，熱封區(qū)域還產(chǎn)生了褶皺，這說明適宜的熱封溫度應(yīng)在135℃以下。

3.4.2 各溫度下試樣的破壞模式皆為界面剝離，測得的密封強度如表2所示。

表2中有些熱封溫度下個別試條與平均值的偏離程度較大，這是由于Tyvek材料厚度或涂膠層不均勻，影響了熱封區(qū)域密封強度的穩(wěn)定性。

3.4.3 根據(jù)表2的數(shù)據(jù)得到的熱封曲線如圖2所示。

可見，熱封溫度在115℃以后基本達到穩(wěn)定，同時，由于115℃之后熱封區(qū)域的變形逐漸嚴重進而影響了包裝的外觀，因此適宜的熱封參數(shù)可以選擇為熱封溫度115℃±5℃，持續(xù)時間1s，熱封壓力0.2MPa。

4.結(jié)束語

ASTM F 2029給出的試驗方法用熱封儀對軟性屏障包裝材料進行熱封，通過測量壓力和持續(xù)時間不變時，熱封溫度變化對材料熱封強度的影響，繪制熱封曲線，進而確定使材料達到最佳熱封效果的熱封參數(shù)。ASTM F 2029可以幫助企業(yè)按ISO 11607-2對包裝過程參數(shù)進行確認。企業(yè)可以自行或委托有資質(zhì)的實驗室對包裝的密封按ASTM F 2029建立規(guī)定條件下的熱封曲線，以此來確定產(chǎn)品包裝適宜的最佳熱封參數(shù)。

然而，對材料熱封質(zhì)量的要求不僅局限于密封牢固性這一點上。試驗表明，最佳熱封強度處呈現(xiàn)出的可能并非是最佳密封外觀。按ISO 11607-2：2006中附錄B的要求，在建立熱封強度對溫度的曲線的同時，保留曲線對應(yīng)于各試驗點的實物樣品是非常必要的。在確定最佳熱封參數(shù)時，建議結(jié)合熱封強度和密封樣品剝離前后的實物外觀（包括熱封剝離前的完好性和剝離后無基材破壞）綜合考慮確定最佳熱封參數(shù)。

[1]ISO 11607-2：2006最終滅菌醫(yī)療器械的包裝 第2部分：成形、密封和裝配過程的確認要求

[2]ASTM F 2029 通過測量密封強度確定軟包裝材料的熱封性能標準規(guī)范

[3]YY/T 0681.2 無菌醫(yī)療器械包裝試驗方法 第2部分 軟性屏障材料的密封強度

[4]GB/T 6672 塑料薄膜和薄片 厚度測定 機械測量法

[5]塑料軟包裝熱封檢測http://www.cpp114.com/news/newsShow_18016.htm