Lựa chọn thép không gỉ cho thiết bị dược phẩm

Mặc dù ngành dược đã thực hiện GMP trong nhiều năm và ứng dụng của nó cũng khá hoàn chỉnh, nhưng một số cán bộ quản lý và mua sắm thiết bị của các doanh nghiệp dược vẫn còn lúng túng trong việc lựa chọn nguyên liệu cho thiết bị dược phẩm, đặc biệt là lựa chọn vật liệu kim loại.
Nhìn chung, họ đồng ý rằng việc lựa chọn vật liệu thép không gỉ 316L là phù hợp với yêu cầu của GMP, ví dụ, khi chúng tôi nhận được URS (Yêu cầu người sử dụng) của máy ép vỉ từ khách hàng, cần nhấn mạnh rằng các bộ phận tiếp xúc với thuốc phải là 316L, bất kể môi trường cụ thể mà nó được sử dụng. Trong thực tế, đây là một cách hiểu sai về GMP.

1. Yêu cầu GMP đối với vật liệu thiết bị dược phẩm

Theo quy định GMP của Việt Nam: “bề mặt của thiết bị tiếp xúc trực tiếp với thuốc phải mịn, dễ vệ sinh hoặc khử trùng, chống ăn mòn, không phản ứng hóa học với thuốc và không hấp thụ thuốc;”

Theo quy định của cGMP ở Mỹ: “bề mặt của thiết bị không nên phản ứng với vật liệu trung gian hoặc thuốc, không hấp phụ, không làm thay đổi sự an toàn của thuốc, thay đổi đặc tính, hàm lượng, chất lượng hoặc độ tinh khiết, vượt quá các yêu cầu theo luật định hoặc các yêu cầu khác.”

Nghĩa là, chúng ta không thấy các điều khoản bắt buộc của việc lựa chọn thiết bị dược phẩm trong tất cả các tài liệu liên quan đến GMP, GMP chỉ đưa ra các quy tắc định hướng của việc lựa chọn thiết bị dược phẩm mà không có quy định cụ thể.

2. Yêu cầu về công nghệ dược phẩm đối với thiết bị dược phẩm:

Khi nhắc đến việc vật liệu thiết bị dược phẩm phải “dễ làm sạch hoặc khử trùng, chống ăn mòn, và không có thay đổi hóa học với thuốc hoặc hấp thụ thuốc”, đừng quên nguyên tắc lựa chọn khác, đó là việc kiểm soát hiệu quả các hạt không hòa tan cùng một lúc. Các loại hạt trong thuốc bao gồm các hạt bụi, kim loại hoặc các hạt khác; sự tồn tại của các hạt sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của thuốc, gây nguy hiểm cho tính mạng và an toàn của con người một cách trực tiếp.
Một số lượng lớn dữ liệu lâm sàng cho thấy rằng nếu thuốc bị ô nhiễm bởi các hạt bụi 7-2μm, đặc biệt là thuốc tiêm tĩnh mạch, nó có thể dẫn đến phản ứng sinh nhiệt, viêm động mạch phổi, xơ gan,…thậm chí gây tử vong. Do đó, Dược điển Việt Nam đã giải thích rõ ràng giới hạn về việc truyền các hạt không hòa tan vào năm 1985 lần đầu tiên: các hạt có kích thước lớn hơn hoặc bằng 10μm không được vượt quá 50 hạt/ml, các hạt lớn hơn hoặc bằng 25μm không được vượt quá 5 hạt/ml.

Trong khi đó, các tài liệu cũng nêu rõ: các hạt vô trùng và hạt không hòa tan ô nhiễm là hai khác biệt chính giữa thuốc vô trùng và nguyên liệu không tiệt trùng; chúng cũng là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong quá trình sản xuất và kiểm soát. Kiểm soát sự ô nhiễm của các hạt không hòa tan là một trong những điều khó khăn nhất trong sản xuất nguyên liệu vô trùng. Các hạt không hòa tan của mỗi sản phẩm vô trùng phải được kiểm soát trong một phạm vi nhất định, tức là các hạt không hòa tan trên 10μm và nhỏ hơn 25μm phải được kiểm soát trong khoảng 300 hạt/ g hoặc ít hơn, và các hạt không hòa tan lớn hơn 25μm phải được kiểm soát trong khoảng 30/g hoặc nhỏ hơn 4.

Nguồn gốc của các hạt không hòa tan ô nhiễm từ 4 yếu tố trong quá trình sản xuất, cụ thể là hệ thống tiện ích, hệ thống vận hành, hệ thống vật liệu quá trình và hệ thống thiết bị. Thiết bị hoặc hệ thống thiết bị điều khiển hạt không hòa tan và hệ thống lựa chọn vật liệu có liên quan chặt chẽ, khi một phần của vật liệu và bề mặt của máy tiếp xúc với nhau với tốc độ cao, một lượng kim loại nhất định sẽ được tạo ra do độ cứng bề mặt thấp, Ví dụ, độ cứng bề mặt của thép không gỉ 316 L là tương đối mềm, tiếp xúc giữa chuyển động tốc độ cao của vật liệu và bề mặt mềm của các bộ phận sẽ sản xuất các hạt kim loại. Để đảm bảo lượng tạp chất hạt không hòa tan, các quy trình liên quan khác nhau phải được kiểm soát nghiêm ngặt, đặc biệt đối với việc lựa chọn vật liệu.

3. Thảo luận về việc lựa chọn thép không gỉ được sử dụng trong thiết bị dược phẩm
Trong vật liệu kim loại, thép không gỉ austenit là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất cho các sản phẩm thiết bị dược phẩm. Các loại phổ biến là 316L (00Cr17Ni14Mo2), 316 (0Cr17Ni12Mo2), 304L (00Cr19Ni11), 304 (0Cr19Ni9) và 1Cr18Ni9Ti. Đặc điểm chung của chúng là khả năng chống ăn mòn và khả năng chịu nhiệt tốt. “khả năng chống ăn mòn” của các loại thép này là tương đối, trong đó đề cập đến đặc tính ổn định hóa học cao trong một số điều kiện bên ngoài nhất định và môi trường ăn mòn nhất định. Tuy nhiên, thép không gỉ austenit trong một số trường hợp nhất định, sẽ tạo ra sự ăn mòn giữa các hạt, các loại ăn mòn khác, đặc biệt là Cl, nó rất dễ tạo ra sự ăn mòn, phương pháp carbon siêu thấp hoặc carbon thấp thường được sử dụng để giải quyết vấn đề này(tức là chọn 316L hoặc 304L). Tuy nhiên, carbon cực thấp không phải là cách cơ bản để giải quyết sự ăn mòn như vậy, mà còn liên quan đến nhiều yếu tố khác.
Cần lưu ý rằng thép không gỉ austenit cacbon cực thấp trong các sản phẩm thiết bị dược phẩm sẽ có ba vấn đề sau:
(1) khi hàm lượng Cl trong môi trường vượt quá một giá trị nhất định, ngay cả khi thép không gỉ austenit cacbon cực thấp cũng sẽ bị ăn mòn;
(2) khi hàm lượng Cl trong môi trường là một lượng nhỏ, thép không gỉ austenit cacbon cực thấp sẽ bị ăn mòn do quá trình sản xuất không đúng;
(3) do giảm lượng C, các chỉ số cơ học toàn diện của thép không gỉ austenit cacbon cực thấp tương đối thấp, đặc biệt khi độ cứng bề mặt thấp, rất dễ dàng để tạo ra các hạt không hòa tan với tốc độ cao hoạt động vật chất. Do đó, cần lưu ý rằng 316L không phải là thép không gỉ không ăn mòn, cũng không phải vật liệu không có các hạt kim loại, cho nên sự lựa chọn thép316L chưa chắc phù hợp với GMP.

3.1. Sự ăn mòn thép không gỉ austenit và phương pháp bảo vệ chống ăn mòn
Sự ăn mòn phổ biến thép không gỉ Austenit là sự ăn mòn giữa các hạt và hình thành các lỗ. Cơ chế ăn mòn như sau. Đầu tiên là ăn mòn giữa các hạt. Khi thép không gỉ austenit đang trong quá trình sản xuất và hàn, nhiệt độ gia nhiệt và tốc độ gia nhiệt nằm trong vùng nhiệt độ nhạy cảm, cacbon siêu bão hòa trong vật liệu sẽ được tách ra và được kết hợp với crom để tạo thành crôm cacbua. Sau đó, khu vực thiếu crôm được hình thành, điều này sẽ dẫn đến việc giảm điện thế. Khi nó tiếp xúc với Cl- và các vật liệu ăn mòn khác, việc ăn mòn pin vi mô sẽ xảy ra. Mặc dù sự ăn mòn chỉ ở bề mặt hạt, nó sẽ nhanh chóng đi vào phần bên trong để tạo thành sự ăn mòn giữa các hạt. Thứ hai là việc các lỗ được hình thành. Khi tiếp xúc vật liệu với môi trường ăn mòn như Cl-, Cl- sẽ kết hợp với các ion kim loại sau khi xâm nhập vào các vùng bị lỗi của vật liệu, chẳng hạn như tạp chất, khu vực thiếu crôm, ranh giới hạt, vùng nhiệt bị ảnh hưởng bởi hàn, v.v. và cuối cùng dẫn đến việc hình thành lỗ.
Phương pháp ngăn ngừa ăn mòn thép không gỉ austenit:
(1) Giảm hàm lượng carbon của thép không gỉ. Thép không gỉ cacbon thấp hoặc thép không gỉ carbon siêu thấp luôn có sẵn để có thể được giảm bớt đi hoặc tránh ăn mòn giữa các hạt.
(2) Giải pháp điều trị. Hãy để cacbon hóa được hòa tan trong austenite dưới nhiệt độ cao để loại bỏ xu hướng ăn mòn giữa các hạt. Khi mua thép không gỉ austenit, các sản phẩm đã qua xử lí có thể được lựa chọn.
(3) loại thép không gỉ 316 chứa Mo có thể tạo thành một màng bảo vệ để ngăn chặn hiệu quả việc hình thành lỗ.
(4) Việc hàn hồ quang argon tự động được ưu tiên và có thể lựa chọn hàn hồ quang argon bằng tay nếu nó không hoạt động khi hàn. Làm mát nhanh, cũng như làm mát bằng nước có thể được sử dụng để giảm diện tích nhiệt bị ảnh hưởng. Do đó có thể giảm hoặc tránh ăn mòn giữa các hạt. (5) Tẩy thụ động. Vật liệu sau khi hàn cần phải được đánh bóng và xử lý tẩy thụ động ở mặt trong, do đó, bề mặt bên trong của vật liệu sẽ có một lớp phim thụ động dày đặc có thể trì hoãn hoặc tránh Cl- thâm nhập vào bộ phim thụ động để tránh tạo lỗ.
Về việc đánh bóng, cách tốt nhất là đánh bóng bằng tay, cộng với đánh bóng điện phân.Ưu điểm của phương pháp này là:
1) Bề mặt bột và kim loại được sản xuất bằng cách đánh bóng cơ học có thể được loại bỏ bằng cách đánh bóng điện phân;
2) Nó có thể làm nhẵn bề mặt và hiệu quả làm sạch tốt hơn;
3) Bất kỳ hố hoặc khuyết tật hàn đều có thể được sửa chữa sau khi đánh bóng điện phân;
4) Một bộ phim thụ động rất tốt có thể được hình thành trong bề mặt thép không gỉ sau khi đánh bóng điện phân để cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn;
5) loại bỏ các áp lực bên trong bằng cách đánh bóng cơ khí;
6) Cải thiện thiết kế kết cấu để giảm mối hàn.
Đối với các vật liệu được sử dụng ở nhiệt độ cao, chúng ta nên cố gắng giảm cấu trúc giãn nở nhiệt, tác động nhiệt để giảm xu hướng của hai loại ăn mòn này.

3.2. Các hạt không tan của thép không gỉ austenit
Trong sản xuất thiết bị dược phẩm, mọi người đều muốn ngăn chặn sự ăn mòn, nhưng một vấn đề quan trọng khác thường bị bỏ qua, đó là, kiểm soát các hạt không hòa tan. Một số bộ phận của thiết bị dược phẩm sẽ tiếp xúc trực tiếp với thuốc khi vận hành ở tốc độ cao, dẫn đến mài mòn. Một lượng nhỏ các hạt kim loại được tạo ra bởi sự mài mòn sẽ lẫn vào thuốc.Ví dụ, trong quá trình nghiền của máy nghiền đa năng, các vật liệu có thể tiếp xúc trực tiếp với các bộ phận cơ khí. Sự mài mòn của các bộ phận cơ khí sau khi va chạm, đùn, và cắt là các tạp chất nghiêm trọng và không hòa tan và các hạt kim loại ô nhiễm được thực hiện trong quá trình nghiền.

4. Ứng dụng, lựa chọn và chế biến thép không gỉ Austenitic:
4.1. Các nguyên tắc cơ bảnCác nguyên tắc cơ bản của việc lựa chọn thép không gỉ austenit là:
(1) Khi các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng, đặc biệt là đường ống để bơm nước, loại 316L thép carbon siêu thấp austenit nên được lựa chọn;
(2) Khi các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với vật liệu rắn, thép không gỉ austenit chung nên được chọn;
(3) Khi có xung đột trong việc kiểm soát các hạt chống ăn mòn và không hòa tan, nên sử dụng thép không gỉ austenit theo đối tượng điều khiển chính. Sau đó cố gắng xử lý đúng các khía cạnh khác. Khi thép không gỉ không đáp ứng các yêu cầu trên, nó có thể được ưa thích trong các vật liệu khác;
(4) Thép không gỉ austenit không phải lúc nào cũng phù hợp với GMP. Việc xử lý thụ động cũng như các phương pháp khác nên được áp dụng để nâng cao hơn nữa chất lượng của thép.

4.2. Lựa chọn vật liệu thép không gỉ austenit
Các vật liệu thép không gỉ austenit được sử dụng trong các sản phẩm thiết bị dược phẩm thường dùng để làm ván, ống, thanh cũng như đúc và rèn. Các phương pháp chế biến là hàn lạnh, gia công và vân vân. Trong quá trình thiết kế thiết bị dược phẩm, các sản phẩm khác nhau có yêu cầu thiết kế khác nhau, chẳng hạn như chống ăn mòn, sức mạnh, độ cứng,… Đối với thép không gỉ austenit, khả năng chống ăn mòn, độ bền, độ cứng và khả năng gia công của nó có đặc tính vốn có, vì vậy nó không thích hợp ở những bộ phận có nhu cầu cao về độ cứng và khả năng chống mòn, chẳng hạn như cú đấm & chết của máy ép viên, tiếp xúc trực tiếp với thuốc khi làm việc. Tuy nhiên, 316L loại thép không gỉ austenitic thường không được sử dụng cho việc này. Độ cứng bề mặt của thiết kế punch & die của Tablet Press Machine nên đạt HRC ≥ 45 và lựa chọn vật liệu hiện tại của chúng là Cr12MoV, Cr12, 9Cr18Mo, W18Cr4VCo5, ​​5CrW2Si và CW6Mo5Cr4V3, vv, vì cú đấm & chết của Tablet Press Máy thường được kết nối trực tiếp với vật liệu bột, nghĩa là không có Cl- và các vật liệu ăn mòn khác. Nếu vật liệu của cú đấm được chọn với 316L mà không có đủ độ cứng, nó sẽ dẫn đến độ lệch vượt ra ngoài tiêu chuẩn và rỉ sét của các cạnh và góc của cú đấm sau khi sử dụng ngắn. Lấy feeder của Blister Machine làm ví dụ, thường chỉ vật liệu phễu được sử dụng với 316L, trong khi vật liệu của các bộ phận khác thường là nhôm, plexiglass, silicone, v.v. có nghĩa là các vật liệu tiếp xúc trực tiếp với thuốc đôi khi không nhất thiết phải được lựa chọn bằng thép không gỉ austenit. Trong việc xem xét việc bảo vệ chống ăn mòn và độ cứng, chúng ta nên cân nhắc ưu và khuyết điểm để lựa chọn vật liệu theo các yếu tố toàn diện như quy trình và ứng dụng.

5. Lựa chọn vật liệu phi kim loại cho thiết bị dược phẩm
Ngoài các vật liệu kim loại, có một số lượng lớn các vật liệu phi kim loại cho các thiết bị dược phẩm như nhựa, cao su, gốm sứ và các vật liệu khác. Ví dụ, vật liệu của máy cấp liệu của Máy Vỉ thường sử dụng silica gel, plexiglass, vv .. Có một lớp Teflon trên bề mặt của tấm Vỉa hình thành tấm gia nhiệt để tránh dính các vật liệu khác. Trong việc lựa chọn, nó thường cần phải đáp ứng tiêu chí này, không độc hại và chống ăn mòn, không rụng khi sử dụng, không có phản ứng khi tiếp xúc với thuốc, không hấp thụ, và không có sự thay đổi của an ninh thuốc.