В индустрии медицинского оборудования выбор подходящего пластика имеет решающее значение для успеха на рынке. Производители проводят исследования ускоренного искусственного старения пластмасс для определения параметров физического старения. Это играет большую роль для документального закрепления сроков годности сложных медицинских изделий.

Производители медицинских устройств тратят немало времени и средств для того, чтобы обеспечить соответствие их продукции требованиям к эксплуатационным характеристикам, и требованиям, содержащимся в руководствах FDA. Выбор подходящей пластмассы имеет решающее значение для успешного представления на рынок сложного продукта, такого, например, как ингалятор для лекарственных препаратов. Чтобы уменьшить срок, который необходим для проведения испытаний до внедрения в промышленное производство, производители проводят исследования ускоренного искусственного старения для определения параметров физического старения. Это очень важное испытание, которой играет большую роль для документального закрепления сроков годности сложных медицинских продуктов.

Необходимость проведения испытания по ускоренному старению
Рассмотрение основных переменных в момент начала спецификации продукта существенно для обеспечения целостности медицинского устройства. Информация о старении материала, включая данные об изменении со временем физических, тепловых и оптических эксплуатационных характеристик, необходима для обеспечения способности продукта соответствовать строгим требованиям приемки FDA, включая данные о стерильности и готовности к использованию на протяжении всего срока годности продукта.

Целостность упаковки имеет особенно существенное значение для хрупких или дорогостоящих устройств и имплантатов. Лист из Eastar™ Copolyester 6763 является стандартом отрасли для производства жесткой медицинской упаковки, обеспечивающим минимальный риск при максимальных рабочих параметрах.

В качестве примера можно привести случай, когда продукту необходим пятилетний срок годности, чтобы обеспечить время для его реализации, хранения и прочих переменных. Здесь необходим контроль качество сочетания устройства и упаковки. Эффективные наблюдения за воздействием времени на сочетание продукта и упаковки с использованием исследований ускоренного старения могут сократить срок, необходимый для того, чтобы представить продукт на рынок. Научные данные подтверждают, что воздействие на материал повышенной температуры в течение короткого периода времени старит это сочетание точно так же, как и хранение при комнатной температуре в течение более длительного периода времени (температурно-временная суперпозиция).
Американское общество специалистов по испытаниям и материалам (ASTM) разработало руководство для обеспечения надежности материалов, улучшения общественного здоровья и повышения качества жизни. Испытания по ускоренному старению проводятся на основе руководства по стандартам ASTM F 1980-02[u1], в уравнение для испытания включаются такие факторы, как: время при температуре окружающей среды (комнатной температуре), температура ускоренного старения и температура окружающей среды. Относительная влажность также признается важным фактором, но не включается в уравнение. Хотя лабораторные испытания обычно проводятся при 23°C и 50% относительной влажности, руководство предлагает включить в протоколы испытаний среды с низкой и высокой влажностью. В настоящее время руководство ASTM перерабатывается так, чтобы большее внимание уделялось влажности. Неотъемлемой частью этого испытания пластмасс является физическое старение. Когда пластмасса хранится при температуре, которая ниже ее температуры перехода в стеклообразное состояние (Tg), ее физические свойства могут со временем улучшиться или ухудшиться. Важно, чтобы испытания ускоренного старения проводились правильно, поскольку для каждого пластмассового материала старение происходит по-разному. Неудача при проведении испытаний ускоренного старения или же их ненадлежащее проведение с сочетанием лекарственный препарат/устройство могут привести к получению неверных данных или проблемам с качеством, которые могут повлиять на здоровье и безопасность конечного потребителя. Кроме рассмотрения упаковки следует также обратить внимание на уникальные параметры лекарственного препарата и биологических свойств.

Технология ускоренного физического старения
Физическое старение представляет собой процесс молекулярной релаксации, который имеет место в аморфных полимерах, когда они хранятся при температуре, которая ниже их температуры перехода в стеклообразное состояние. Старение наблюдается в поливинилхлориде (ПВХ), полистироле, стиролакрилонитриле, и поликарбонате, а также в сополиэфирных полимерах. Когда полимер быстро охлаждают до температуры, которая ниже его Tg, что имеет место при использовании всех промышленных технологий с фазой расплава, он замерзает, образуя неравновесную структуру с излишним свободным объемом. При попытке достичь равновесия, молекулярные цепи реорганизуются в более плотные структуры, уменьшая, тем самым, свободный объем системы. Хотя такое уплотнение трудно заметить, оно непосредственно влияет на термодинамические и механические свойства, измерить которые уже проще, что может использоваться для отслеживания масштабов старения со временем.

Устойчивость к воздействию химических веществ Eastar™ Copolyester 6763 делает его идеальным материалом для первичной упаковки комбинированных продуктов, таких как одноразовые шприцы

Воздействие физического старения на тепловые и механические свойства можно часто моделировать как линейный график по отношению к времени старения. Процесс старения протекает быстрее при более высоких температурах, которые ближе к Tg полимера. Эти тенденции соответствуют и другим аналогичным процессам вязко-упругой молекулярной релаксации, таким как реологическое поведение. Так же, как и при других процессах релаксации, время и температура могут соотноситься в соответствии с принципом наложения времени и температуры. Молекулярное движение, которое имеет место на протяжении данного периода времени при одной температуре, эквивалентно движению, которое имеет место на протяжении более длительно периода времени при более низких температурах. Проще говоря, повышенная температура действует как катализатор для скорости движения.

Ускоренное старение и сополиэфиры
Сополиэфирные пластмассы обладают превосходными качествами для нанесения поверхностного покрытия, такими как долговременная прозрачность и жесткость. Использование испытаний ускоренного старения для сополиэфиров, применяемых при изготовлении комбинированных медицинских продуктов, позволяет производителям использовать эти преимущества. Руководство ASTM предлагает индекс ускоренного старения (Q10) 2.0 в качестве консервативной цифры для старения устройства. В руководстве также указывается, что такие материалы, как поликарбонат, ПВХ, и сополиэфир, имеют уникальный индекс Q10. Прочие индексы Q10 могут и должны использоваться, если они получены на основе надлежащих исследований и экспериментов.
Чтобы помочь производителям препаратов и медицинских устройств определить подходящий индекс Q10, Eastman Chemical Company провела серию испытаний для того, чтобы вызвать ускоренное старение Eastar™ 6763. Проведение испытаний этого сополиэфира, который может использоваться для самых различных применений при изготовлении медицинских устройств и жестких медицинских упаковок, показало, как хорошо сохраняются на протяжении цикла старения физические параметры материала. Благодаря данной технологии, было продемонстрировано, что использование неверно подобранного индекса Q10 может роковым образом изменить результаты и надежность испытания ускоренного старения.
Так, например, если производитель медицинского устройства желает осуществить старение упаковки, изготовленной из листа Eastar Copolyester 6763, на пять лет (43,800 часов) при 60°C до проведения проверки пригодности к транспортировке при Q10, определенном как 2.0, он несомненно сможет хорошо состарить материал в пределах отведенных временных рамок. Использование уравнения ASTM (t23=tT* Q10^((T-T23)/10) позволяет производителю установить, что продолжительность срока ускоренного старения составит 3,370 часов (140 дней). Проведение эксперимента показало, что такая технология старит сополиэфир почти на 2000 лет. На основе такой ошибки продукт не пройдет дополнительных испытаний.
Тем не менее, за счет использования правильного значения Q10 для сополиэфира и принимая во внимание относительную влажность и температуру старения, можно точно завершить испытание ускоренного старения через 92 часа при 50°C с получением надежных результатов. За счет проведения многочисленных испытаний компания Eastman определила, что индексом Q10 для Eastar Copolyester 6763 является 9.8.
Благодаря температурно-временной суперпозиции можно генерировать данные в виде функции времени при различных температурах, а затем сводить их вместе на одной обобщающей кривой. Eastman провела множество испытаний для того, что определить механические и тепловые свойства сополиэфиров как функции от времени старения и температуры.
Температурно-временные суперпозиции были проведены на основе данных, полученных в результате этих экспериментов для создания обобщающей кривой по каждому материалу. Эти данные о времени и температуре (см. Таблицу) могут быть использованы для проведения испытаний ускоренного старения. Старение продукта осуществляется при повышенной температуре на протяжении небольшого периода времени для моделирования старения при более низкой температуре на протяжении более длительного периода времени.

Результаты испытаний показали, что Eastar™ Copolyester обеспечивает наличие необходимых свойств, гарантирующих целостность продукта на протяжении, по крайней мере, пяти лет, если выполняются требования хорошей производственной практики в ходе экструзии, проектирования упаковки, формования и стерилизации, и если упакованное устройство хранится при комнатной температуре и нормальном уровне влажности.
Например, при использовании индекса Q10, равным 9.8 для сополиэфира, 1 час при 60°C эквивалентен 96 часам при 40°C или 4,700 часам при 23°C. Точно так же, один час при 40°C равен 48 часам при 23°C. Поэтому, если производители хотели смоделировать эксплуатационные характеристики упаковки через десять лет хранения (87600 часов) при 23°C, ее надо старить либо при 50°C для 180 часов, либо при 60°C для 19 часов. Протокол с данными старения показывает весь срок годности типичного сополиэфирного применения.

Моменты испытаний, на которые следует обратить внимание
В целом, не рекомендуется осуществлять старение сополиэфира при более высоких температурах и в течение более длительных периодов. Так, например, старение на протяжении 250 часов (десяти дней) при 60°C эквивалентно старению на протяжении 1200000 часов (133 лет) при комнатной температуре 23°C. Старение на протяжении такого или более длительного периода времени при 60°C может слишком состарить материал и создать нереальные ожидания для его свойств и старения в условиях стандартной комнатной температуры.
Рекомендованными условиями для сополиэфира являются условия старения, при которых температура составляет 50°C, а относительная влажность 50%. При таких условиях 18 часов эквивалентны одному году реального старения при комнатной температуре 23°C. Поэтому 92 часа старения при ускоренных условиях эквивалентны пяти годам действительного старения при комнатной температуре 23°C.

Пластмасса, используемая в сочетании с продуктом, должна сохранять свою целостность на протяжении длительного периода времени. С этой целью проводится испытание ускоренного старения, предназначенное для определения срока годности продукта. Проведение соответствующих испытаний имеет большое значение для максимального использования тех преимуществ, которые дает сополиэфирный материал, применяемый для создания продукта и его упаковки. И то и другое соответствует требованиям руководств надзорных органов, и может успешно применяться при лечении людей.

Гленн Петр,
http://www.omnexus.com