玻璃類注射劑用藥包材內(nèi)表面耐受性測試研究

聶 蕾， 范 旭

(1.云南省醫(yī)療器械檢驗(yàn)研究院，云南 昆明 650106； 2.昆明醫(yī)科大學(xué)，云南 昆明 650504)

玻璃作為無機(jī)硅酸鹽類材料，是性能最穩(wěn)定的材料之一，且光潔透明，適宜藥品的包裝貯存和保質(zhì)，同時相對于其他材料，價格較低廉[1].我國常用的藥用玻璃包括鈉鈣、低硼硅和中硼硅玻璃.很多年來，玻璃作為最常用的包裝材料，被廣泛的用于注射劑、粉針劑、生物藥品、血液制品、凍干劑、口服液等領(lǐng)域[2].其中，注射劑作為注入人體內(nèi)的滅菌或無菌藥物制劑，對于人體的安全而言更是重中之重.注射劑內(nèi)如果殘存玻璃碎屑等微粒，會隨著藥品直接注入血管中，易引發(fā)毛細(xì)血管堵塞、肉芽腫、熱源、過敏反應(yīng)等，重者碎屑會嵌入腦部血管，危及生命[3].因此，注射劑一直以來被認(rèn)為是風(fēng)險(xiǎn)程度最高的制劑之一.近年來，注射藥物中存在玻璃碎屑的問題日益增多，引發(fā)了全球范圍內(nèi)諸多產(chǎn)品的召回事件[4].造成脫片問題的癥結(jié)在于玻璃容器的內(nèi)表面缺乏耐受性，在與藥液長時間的接觸過程中，受到各種因素的影響容易發(fā)生脫片.雖然玻璃脫片對患者安全的影響仍存在爭議，但這些微粒的存在是一個不可回避的嚴(yán)重質(zhì)量問題[5].玻璃容器內(nèi)表面被腐蝕的原因，一方面為水中的氫氧根離子和玻璃內(nèi)表面骨架中的某些堿性金屬離子在溶液中濃度逐漸升高的情況下，使得腐蝕現(xiàn)象愈來愈重.另一方面為硅離子的大量遷移會直接導(dǎo)致玻璃骨架趨于不穩(wěn)定，從而引發(fā)玻璃內(nèi)表面脫片[6-9].國內(nèi)外對此也采用不同的檢測方法進(jìn)行過研究[10-14]，但沒有進(jìn)行過全面的方法比較.本文采用目檢、不溶性微粒、掃描電子顯微鏡(SEM)、亞甲基藍(lán)染色試驗(yàn)及離子檢測這5種方法，從不同角度考察玻璃包材的內(nèi)表面耐受性，可以幫助藥品研發(fā)人員在藥品研發(fā)的初期對玻璃類包材材料進(jìn)行篩選.這5種檢測方法中，目檢方法快速判斷玻璃穩(wěn)定性強(qiáng)弱，但局限性大，偏差因素多，準(zhǔn)確度不高.不溶性微粒方法效果與目檢方法大致相同，干擾因素多，如結(jié)合能譜分析其準(zhǔn)確度比較高[15]，但耗時長，需要設(shè)備要求高.SEM方法可以直觀的看出在不同時間下被腐蝕的不同品種玻璃的形貌.亞甲基藍(lán)染色方法可以直觀看出不同時間下被腐蝕的同種玻璃的顏色差異[16].離子檢測方法可以可靠地了解到不同時間下被腐蝕導(dǎo)致的離子濃度的變化[17]，從而反映出玻璃內(nèi)表面耐受性情況，結(jié)果比較準(zhǔn)確.

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

GR60DR高壓滅菌器(美國致微公司)、CX41RF顯微鏡(奧斯巴斯公司)、YB-ⅡA澄明度檢測儀(天津市精拓儀器科技有限公司)、827型pH計(jì)(瑞士萬通中國有限公司)、NexION1000電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜儀(珀金埃爾默儀器有限公司)、ED53電子恒溫干燥箱(德國賓德公司)、MPC301Z化學(xué)隔膜泵(德國伊爾姆真空泵制造有限公司)、DTQ-5型精密切割儀(上海萬衡精密儀器有限公司)、CY-PDW-V180等離子濺射鍍膜儀(鄭州成越科學(xué)儀器有限公司)、SU-1510掃描電子顯微鏡(日立公司).

檸檬酸(AR，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司，批號2020101089)、酒石酸鈉(AR，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑，批號20190505)、甘氨酸(GR，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司，批號20210622)、氯化鉀(KCl，AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，批號20080716)、亞甲基藍(lán)(AR，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司，批號20191201)、氫氧化鈉(NaOH，AR，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司，批號20141201)；Ca單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(編號187006-1)、B單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(編號186002-1)、Si單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(編號187030)、Al單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(編號186006-3)，以上標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)值均為1 000 mg/L，由國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供.

中硼硅玻璃安瓿(生產(chǎn)廠家A，批號191173)、低硼硅玻璃安瓿(生產(chǎn)廠家B，批號807104)、中硼硅玻璃管制注射劑瓶(生產(chǎn)廠家C)、低硼硅玻璃管制注射劑瓶(生產(chǎn)廠家D，批號805331)、鈉鈣輸液瓶(生產(chǎn)廠家E，批號16060501).

1.2 腐蝕試驗(yàn)浸提液制備

按照表1配制所需的腐蝕溶液，并按所列的相應(yīng)溫度(其中121 ℃為高壓蒸汽滅菌)對配制的腐蝕溶液加熱相應(yīng)的時間，取出冷卻至室溫.

1.3 玻璃容器的清洗及灌封

先用自來水沖洗樣品至干凈，再用純化水清洗2次，最后使用超純水清洗1次，晾干待用.使用化學(xué)隔膜泵和0.45 μm微孔濾膜對表1的腐蝕溶液進(jìn)行抽濾，在干凈的工作臺上進(jìn)行灌裝，分別灌至5個玻璃樣品中.灌裝至玻璃容器的標(biāo)示量處，然后在瓶口上覆蓋醫(yī)用滌綸薄膜，加膠塞、用鋁蓋封住瓶口.

表1 腐蝕溶液及條件[18]

1.4 考察玻璃內(nèi)表面耐受性試驗(yàn)方法

1.4.1 目檢

分別將樣品放在澄明度檢測儀(2 000 lx照度)的黑背景和白背景前，輕輕旋動容器，立刻觀察是否有顆粒狀、片狀的玻璃脫屑或者其他纖維狀異物存在于溶液中.

1.4.2 不溶性微粒檢測

化學(xué)隔膜泵將樣品中的腐蝕溶液通過0.22 μm微孔濾膜過濾，放置晾干之后，在顯微鏡下觀察檢驗(yàn)微孔濾膜表面，看其表面是否有玻璃脫屑.

1.4.3 玻璃內(nèi)表面腐蝕檢測

表面亞甲基藍(lán)染色試驗(yàn)：取出0.01、0.001 mol/L NaOH溶液浸提的樣品，倒出腐蝕溶液，灌裝0.5%亞甲基藍(lán)溶液，在靜置20 min之后倒出樣品中的亞甲基藍(lán)溶液，用低流速水沖洗樣品內(nèi)表面5～10次，至樣品內(nèi)表面的藍(lán)色不變?yōu)橹?

表面SEM試驗(yàn)：取出0.01、0.001 mol/L NaOH溶液浸提的樣品，倒出腐蝕溶液，在樣品中部切割，制取邊長約5 mm的矩形樣品，用超純水清洗5 min后，晾干備用，同法制備矩形空白樣品，經(jīng)過真空鍍膜后，進(jìn)行SEM表征.

1.4.4 離子檢測

精密量取Ca、B、Al三種單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，使用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸稀釋成各元素質(zhì)量濃度分別為0.05、0.1、0.15、0.2、0.3 mg/L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，精密量取Si單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，使用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸稀釋成元素質(zhì)量濃度分別為0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 mg/L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液作為空白溶液.采用電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定Ca、B、Al、Si這4種離子的元素遷移含量變化，繪制其變化曲線.

ICP-MS工作參數(shù)：射頻功率1 400 W，蠕動泵轉(zhuǎn)速40 r/min，霧化室溫度2.7 ℃，采樣深度0.8 mm，冷卻氣流速15 L/min，輔助氣流速1.2 L/min，霧化器流速0.881 4 L/min.

2 結(jié)果與討論

2.1 目檢結(jié)果

隨著時間的增加，由NaOH作為腐蝕液的5種玻璃容器從一開始只有少量微粒到逐漸出現(xiàn)脫片現(xiàn)象.NaOH濃度越高，可以觀察到的微粒數(shù)目越多，脫片現(xiàn)象越明顯.相比NaOH溶液，其他4種腐蝕溶液的微粒數(shù)目則不明顯.

2.2 不溶性微粒檢測結(jié)果

顯微鏡下觀察到的濾膜表面的微粒數(shù)量結(jié)果與目測結(jié)果大致相同.

2.3 表面亞甲基藍(lán)染色試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 相同時間、不同種類試劑對5種材質(zhì)玻璃內(nèi)表面耐受性的影響

圖1為低、中硼硅玻璃安瓿，低、中硼硅玻璃管制注射劑瓶及鈉鈣輸液瓶5種形制(3種材質(zhì))玻璃容器.5組容器所灌裝的腐蝕溶液分別為無(空白瓶)、0.9% KCl、0.001 mol/L NaOH、0.01 mol/L NaOH.由圖1可見，同一條件、同種形制和材質(zhì)的玻璃，灌裝NaOH溶液的容器被染成了藍(lán)色，灌裝KCl溶液的容器顏色幾乎與空白瓶一致(其他3種腐蝕溶液現(xiàn)象與KCl大致相同)，故選擇NaOH進(jìn)行下一步研究.

圖1 不同腐蝕溶液在121 ℃，2 h腐蝕條件下，5種材質(zhì)玻璃容器的內(nèi)表面亞甲基藍(lán)染色試驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 不同時間下低、高濃度NaOH溶液對5種材質(zhì)玻璃內(nèi)表面耐受性的影響

圖2、3為低、中硼硅玻璃安瓿，低、中硼硅玻璃管制注射劑瓶及鈉鈣輸液瓶5種形制(3種材質(zhì))玻璃容器在不同時間及低、高濃度NaOH下的內(nèi)表面耐受性測試結(jié)果.圖2為5種容器灌裝0.001 mol/L NaOH腐蝕溶液分別在0.5、1、2、4、6、8、24 h的測試結(jié)果.圖3為5種容器灌裝0.01 mol/L NaOH腐蝕溶液分別在0.5、1、2、4、6、8、24 h的測試結(jié)果.由圖可見，采用低、高兩種濃度的NaOH作為腐蝕溶液對同種材質(zhì)玻璃的染色趨勢大致相同.在0.5 h這個時間段的玻璃容器并沒有明顯的顏色.在1～24 h時間段，硼硅材質(zhì)玻璃容器被染成淡藍(lán)色，而鈉鈣玻璃輸液容器被明顯的染成深藍(lán)色.因此相比于硼硅材質(zhì)，尤其在1～6 h時間段，鈉鈣材質(zhì)染色程度更明顯，且高濃度NaOH染色比低濃度明顯，低硼硅玻璃染色現(xiàn)象要比中硼硅玻璃明顯，可以大致看出注射劑瓶染色比玻璃安瓿明顯.

圖2 不同時間條件下，5種材質(zhì)玻璃容器在121 ℃，0.001 mol/L NaOH溶液腐蝕后的內(nèi)表面亞甲基藍(lán)染色試驗(yàn)結(jié)果

圖3 不同時間條件下，5種材質(zhì)玻璃容器在121 ℃, 0.01 mol/L NaOH溶液腐蝕后的內(nèi)表面亞甲基藍(lán)染色試驗(yàn)結(jié)果

采用高濃度強(qiáng)NaOH溶液作為腐蝕液進(jìn)行亞甲基藍(lán)染色試驗(yàn)現(xiàn)象更為明顯，對于鈉鈣玻璃輸液瓶、低硼硅注射劑瓶可以采用亞甲基藍(lán)染色試驗(yàn)，即使使用低濃度的NaOH腐蝕溶液，2～4 h的染色情況也要比其他時間段深.采用這個時間段的浸提時間即可.

2.4 表面SEM試驗(yàn)結(jié)果

圖4是5種腐蝕前的玻璃樣品內(nèi)表面裁取中部的樣品小片經(jīng)過噴金后的SEM表征結(jié)果.圖5、6分別是經(jīng)0.001、0.01 mol/L NaOH腐蝕的玻璃樣品內(nèi)表面裁取中部的樣品小片經(jīng)過噴金后的SEM表征結(jié)果.圖7是其他溶液腐蝕后樣品內(nèi)表面裁取中部的樣品小片經(jīng)過噴金后的SEM表征結(jié)果.

圖4 腐蝕前樣品SEM結(jié)果

圖5 0.001 mol/L NaOH腐蝕后的玻璃樣品的SEM結(jié)果

圖6 0.01 mol/L NaOH腐蝕的玻璃樣品的SEM結(jié)果

圖7 其他腐蝕溶液的玻璃樣品的SEM結(jié)果

以上結(jié)果表明，NaOH溶液腐蝕玻璃容器得到的“坑洞”更深更多.隨著時間的增加，5種玻璃容器從一開始只有表面腐蝕到逐漸出現(xiàn)大量的脫片現(xiàn)象，并且時間越長脫片越嚴(yán)重.NaOH濃度越高，表面腐蝕和脫片現(xiàn)象越明顯.其他腐蝕溶液的腐蝕現(xiàn)象與NaOH溶液相比程度較輕.同時對于玻璃材質(zhì)而言，鈉鈣玻璃相較硼硅玻璃“坑洞”更明顯.

2.5 離子檢測結(jié)果

在玻璃內(nèi)表面腐蝕檢測試驗(yàn)中，NaOH溶液腐蝕的玻璃容器現(xiàn)象更明顯，故選擇NaOH浸提液進(jìn)行離子檢測試驗(yàn).

2.5.1 不同時間、低濃度NaOH溶液對5種玻璃樣品元素遷移的影響

圖8、9、10分別為5種玻璃樣品經(jīng)0.001 mol/L NaOH溶液在不同時間腐蝕后的浸提液中離子檢測結(jié)果.

圖8 中、低硼硅玻璃安瓿在0.001 mol/L NaOH溶液不同時間浸蝕后的離子檢測結(jié)果

以上結(jié)果表明，硼硅玻璃瓶各元素在約4 h處，濃度變化趨勢開始變緩，鈉鈣瓶Ca、Si元素也在約4 h處，濃度變化趨勢開始變緩.

2.5.2 不同時間、高濃度NaOH溶液對5種玻璃樣品元素遷移的影響

圖11、12、13分別是5種玻璃樣品經(jīng)0.01 mol/L NaOH溶液在不同的時間腐蝕后的浸提液中離子檢測結(jié)果.

以上結(jié)果表明，各元素遷移趨勢隨時間變大，各元素在約4 h處，濃度變化趨勢開始變緩.高濃度NaOH析出4種離子濃度均高于低濃度NaOH，兩種濃度NaOH溶液析出的Si相較于其他3種元素較大.隨著時間的增加，4種元素的析出濃度基本呈現(xiàn)出增加的趨勢.各元素基本在4 h時，濃度變化趨勢開始變緩，4 h時會有一個變化最大值.所以藥品研發(fā)人員可以對玻璃容器耐受性研究進(jìn)行至4 h左右，如此可以節(jié)省研究時間.

2.6 離子檢測方法學(xué)驗(yàn)證

2.6.1 專屬性

經(jīng)過電感耦合等離子體質(zhì)譜法的測定發(fā)現(xiàn)，Al、Si、B、Ca這4種元素在相應(yīng)的檢測波長下均沒有譜線干擾，專屬性很好.

圖9 中、低硼硅玻璃注射劑瓶在0.001 mol/L NaOH溶液不同時間浸蝕后的離子檢測結(jié)果

圖10 鈉鈣玻璃輸液瓶在0.001 mol/L NaOH溶液不同時間浸蝕后的離子檢測結(jié)果

圖11 中、低硼硅玻璃安瓿在0.01 mol/L NaOH溶液不同時間浸蝕后的離子檢測結(jié)果

2.6.2 線性關(guān)系

取系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣分析，以4種元素質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的每秒計(jì)數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(如表2所列).

表2 線性關(guān)系

2.6.3 檢測限和精密度

連續(xù)測定11次空白溶液，以測定結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度值作為4種元素的檢測限.取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度為1 mg/L)適量，連續(xù)測定6次，記錄校準(zhǔn)強(qiáng)度，計(jì)算精密度，結(jié)果如表3所列.

表3 檢測限、精密度測定結(jié)果

2.6.4 回收率

按照1.2節(jié)方法制備，利用0.22 μm微孔濾膜過濾所得的溶液作為供試品溶液進(jìn)行測定，計(jì)算得低、中、高濃度樣品的回收率，結(jié)果如表4所列.

表4 回收率結(jié)果

圖12 中、低硼硅玻璃注射劑瓶在0.01 mol/L NaOH溶液不同時間浸蝕后的離子檢測結(jié)果

圖13 鈉鈣玻璃輸液瓶在0.001 mol/L NaOH溶液不同時間浸蝕后的離子檢測結(jié)果

3 結(jié)論

本文試驗(yàn)結(jié)果表明，鈉鈣及低硼硅材質(zhì)玻璃瓶不適宜包裝堿性藥物.鈉鈣玻璃輸液瓶中Ca、Si等元素在4 h析出變化達(dá)到變化峰值，且與亞甲基藍(lán)染色試驗(yàn)、目檢等結(jié)果基本相一致，推測原因可能為玻璃因局部受熱而引起堿金屬的蒸發(fā)[19].

5種檢測方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，目檢及不溶性微粒、亞甲基藍(lán)染色試驗(yàn)方法適用于快速篩查，如希望得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果應(yīng)采用不溶性微粒結(jié)合能譜分析確定是否為玻璃脫片，同時有條件的情況下進(jìn)行離子檢測，離子遷移量檢測是預(yù)測玻璃脫片趨勢最為準(zhǔn)確的檢測方法.通常采用1～2種直觀快速的方法進(jìn)行包材大范圍的初期篩查，然后再采用更為可靠的離子檢測方法進(jìn)行確認(rèn).

本文初步建立玻璃內(nèi)表面耐受性的測試研究方法供藥品研發(fā)人員在藥品研發(fā)的初期對玻璃類包材材料進(jìn)行篩選時參考.但采用堿性腐蝕溶液和其他腐蝕溶液代替了真正的藥液進(jìn)行試驗(yàn)，如果需要更精準(zhǔn)的玻璃容器耐受性的了解，還需要用真正的藥液來進(jìn)行進(jìn)一步的研究.