湿气处理

在新型免疫诊断产品的开发阶段，为保持蛋白质试剂在干燥和溶解状态下稳定而进行的实验至关重要。

对于IVD厂家来说，保持产品的质量和可信度是至关重要的。为确保他们生产出高质量的产品，公司实行严格的质量保证体系， 关键步骤符合国际质量体系标准，如原材料采购、生产、软件验证。

另一个同样重要的任务是确保在产品生产出来后一段长时间内，最终用户都能享受到高质量产品。公司为保证产品质量，在运输、仓储和产品使用过程中选择了合适的包装材料和方法。

干燥管和干燥塞给体外诊断试纸提供了理想的湿度环境和产品保护。在早期研发过程中，IVD产品生产商应当考虑试用不同干燥剂型来保证产品的完整性和稳定产品质量。

包装为IVD制造商提供四个方面作用:保护(例如湿度、光、机械稳定性)、分装、安全性(幼儿防护、明显损害)和信息标识。 虽然这篇文章主要描述干燥剂作为包装防护系统的组成部分，但也提到了不同包装方法的其他功能比较。

潮湿的危害

水分对IVD产品损害是多方面的，主要是减少保质期和质量。 例如，实验表明水分对金标快速测试的可靠性有负面影响。除了破坏标记和通过液化抗体使捕获抗体失活外，储存期间过量水分可能导致糖结晶的产生，同时造成差的标记物释放。

潮湿可能也影响使用在侧向层析诊断技术上的粘合剂的老化、迁移。事实已经证明，这种粘合剂老化对保质期有重大影响寿命。

潮湿导致的老化可能影响膜的组分、影响膜固定效果、且水影响了通过氢键连接的蛋白和膜结合结构。

最后，缺乏防潮控制，无菌的IVD系统会由于微生物的活动而被破坏。

干燥剂种类

目前，有三种干燥剂常用于IVD产品的防潮：硅胶，分子筛和干燥土。每种干燥剂都在不同的温度和湿度中显示不同的特性（见表1）。

•硅胶

图1 用于反应干燥剂吸收能力的相对湿度函数（温度=25°C；恒定湿度环境；最大气流）

在这些干燥剂中，硅胶是最普遍被使用在IVD产品中的。它是一种氧化硅（SiO2）的人工无定性态产品，它是由众多能够有效结合水分子的中空孔组成。温度恒定测试时，在低湿度下硅胶的吸水能力相对较低，但随湿度增加而提高（见表1）。

由于硅胶在低湿度时反应慢，高湿度反应快，因此，它能在一个封闭环境内（如瓶子、袋子、管子）缓慢降低湿度，但它暴露在高度的潮湿环境中会快速的丧失干燥能力（例如，分装过程中）。

•分子筛 在同等当量下，分 子筛比等量硅胶贵25－50％，它是通过公式Myx/y[AlxSi1–xO2]合成的晶沸石。在公式中4A-沸石的金属离子是钠离子，它是IVD产品最常用的分子筛。

这些4A分子筛包含一个相互连接的微孔组成的网络，其孔径大小均为4 Å（0.4 nm），即使在相当低的湿度他们也能高效吸收水分。事实上，分子筛的吸收能力不受恒定温度下的相对湿度的影响。分子筛在高低湿度下都反应快速，因此他们能快速的把环境湿度降低到相当低的水平，但他们在缺少控制的生产中难以处理。

•干燥土 相对来说，干燥土较为较便宜的选择，在相同量下它比硅胶便宜5－15％。这种干燥剂来自天然的斑脱土，它的主要成分是层状的矿石钙高岭土，即Ca0.16 [Al1.68Mg0.32(OH)2(Si4O10)]。

水分子主要与细黏土晶体的阳离子夹层结合，随着湿度升高它的吸水性能提高，而且在相对湿度30％以下时它的吸水性能比硅胶好。和在高湿度下一样，在低湿度下黏土反应也相对较慢，它只能缓慢降低封闭空间内的湿度，但它比较容易处理。另外，干燥土的密度比硅胶或分子筛粒高30％，因此他们会占用更小的空间。

图2 密闭容器中加入干燥剂的湿度变化（每200mL体积中加入1g干燥剂，起始环境为25°C， 20%相对湿度）。

干燥剂产品

为适应不同行业的要求，使用特殊材料将干燥剂制作成各种形状和大小。 厂商应注意据其性能、加入过程、包装特性和成本考虑等因素选择适当的干燥剂形状和产品种类。 在IVD工业中，干燥剂产品有干燥剂袋、干燥剂罐、干燥剂片、干燥剂帽、干燥剂塞和多聚干燥剂等(见图3)。 下面是每种干燥剂产品的说明。

图3 体外诊断用的干燥剂产品

（顺时针方向：干燥管、干燥塞、干燥罐、干燥包和干燥片剂）

•干燥剂罐 干燥剂罐被认为是在制药工业用的干燥剂的金标准。 在美国，最受欢迎的是尺寸13.9X17.8mm，13.9X25.7mm和19.4X15.8mm. 厚度最薄3.6mm，直径最大为62.8mm的干燥剂罐也同样受欢迎。除了可以容纳重量在0.25g和27g之间的干燥剂外，干燥剂罐是为了高速加入产品、降低污染几率和防止机械堵塞而特殊设计的。

•干燥剂包 干燥剂包可

形成单包或分切后进入包装带内长条。而这些包能容纳0.25g到10g重的干燥剂，多种表面材料用来生产实际的干燥剂包，Gdtii(聚酯、聚烯烃无纺布)、Tyvek(spunbondedpolyolefin)是美国最常用的材料。

每种表面材料不同程度的影响到干燥剂包的外观、封口力、吸收率、粉尘特性。 IVD厂商应特别考虑粉尘特性，有报道干燥剂粉尘污染会影响测试条的可靠性。

•干燥剂片 干燥剂可制成药丸几乎任何大小和形状，以适应IVD装置包装需求。 添加这些干燥剂相对容易，可以满足自动化高速生产的要求。 一些IVD厂商发现用干燥剂片替代干燥剂袋能让他们自己包装过程大大加快。

•干燥剂帽 干燥剂帽通常在有旋帽的刚性容器中使用。在旋帽中直接填充干燥剂，这样干燥剂不会占用容器多余的空间，并且不必在包装过程中添加多余的设备来添加干燥剂。通常为一个特殊包装设计一个干燥剂帽使它能够精密的和容器匹配，因此，不能认为它是不用定制的项目。

•干燥剂管和干燥塞系统 干燥剂管和干燥剂塞系统是最先进的IVD测试条防潮包装解决方案。它与干燥剂帽相似，干燥剂被填充到帽内，不占用任何额外的容器的空间，而且它不需要多余的干燥剂添加系统。干燥剂和保护功能塞也带有儿童保护和tamper evidence的功能。

•干燥剂填充的多聚体 另一个防潮措施是将干燥剂整合到多聚材料中，而这些多聚材料就是测试试剂盒中的保存管所使用的管材。这些保存管和设备外围是一层防水层，内层是干燥剂填充的多聚材料。

可以通过选择不同的塑材、干燥剂种类、干燥剂数量和活性来调整防潮能力和速率。特别要注意预先选择一个安全的防潮系统使它的干燥剂成分不会与测试条反应。在保存期内，如果添加物有可能产生水汽，测试条和保存管的直接接触和管内的空气的存在会出现污染。另一个可能的边际效果是粘合剂与膜的产生的反应和蛋白质的附着。

品质参数

干燥剂厂家通常对他们产品的吸收量和残留水分量加以详细说明。

干燥剂暴露在特定和静止条件下通过测量干燥剂重量的增加量，将其换算为干燥剂原来重量的百分数就是干燥剂的吸收量。残留水分量是加热干燥剂使其达到复性温度并测量重量的减少量，将其换算为干燥剂原来重量的百分数就是干燥剂的残留水分量。

表I 不同干燥剂在高湿度和低湿度下的反应速率

（本表显示了在恒定温度和湿度条件下干燥剂吸收5%的水分量所需的时间）

在多数情况下，这两个参数是多余的。厂家对干燥剂的同一个品质参数进行测量，因为吸收量的减少等于残留水分量的增加。

当干燥剂使用者要建立潜在的厂家或比较不同厂家的品质参数时，他们不应仅参考厂家提供的数据。他们还应该确认厂家的生产工序。例如，残留水分量，特别时分子筛产品的残留水分量，对测试温度和工序的改变特别敏感。

选择正确的解决方案

对干燥剂的选择最终要基于对IVD产品保护的特性。干燥剂的关键参数包括吸收量、吸收率、和相对湿度，它代表包装保存产品的能力。另一些需要考虑的重要因素是包装对重量、尺寸、形状的要求；粉尘限制；工序限制；造价。

吸收量 吸收量(Mtotal)是包装初始湿度（Minitial）与在反应架保存期期间流经包装的水量(Minflow)的和。包装初始湿度（Minitial）是包装上方空间的空气湿度(Mheadspace)与在产品中的有效残留水分量(Mrm)的和：Mtotal = Minitial + Minflow = (Mheadspace + Mrm) + Minflow

Mheadspace是在包装作业环境中经过包装上层空间绝对量和空气湿度。这对于总湿度通常是微不足道，因为在包装上层空间在设计包装或进行包装的低湿度条件下做到最小化。

Mrm是在保存期间可以从干燥剂释放出的水分。这取决于产品生产出来后的总湿度、从产品释放的能量，和释放动力学。产品的残留水量通常在110℃测定并测定其上限。

Minflow 是在保存期条件下的期望保存天数内包装的水流入量（mg/day）。这个因素非常依赖于包装的种类（如软包装、硬包装）和所使用的包装材料。例如，多种软包装材料表现出不同的水气迁移率（WVTRs；参考Table II）。

从这些数据，只能大概估计进入软包装的水分量。原因是包装部分最多是以点状的形式侵入水分，这些不包括纯材料的数据。另一个水分来源是目前还不确定的因素，WVTRs被报道它的条件与保存期间的条件不相似因此必须重新计算特殊的需要。

另一方面，硬包装，如保存管和塞系统，对水分侵入有优势，这种水分侵入不像WVTR，它需要提供商特别提供并且不需要多余测试

相对湿度 为了计算用于吸收全部水分(Mtotal)的干燥剂的最小用量，必须知道在保存期内包装中允许的最大相对湿度。所需干燥剂的用量是Mtotal和干燥剂在允许最大相对湿度下的吸收量的商。

例如，如果Mtotal是0.1g并且在允许的最大相对湿度20％时干燥土的吸收量是13％，那么最少的干燥土用量是0.78g（0.1/0.13）。在同等情况下需要0.87g的硅胶或者0.55g的分子筛。必须记住，这些计算只有在使用单一干燥剂的时候是有效的。

我们也要考虑到干燥剂提供商常常强调的残留水分的影响。在多数情况下，足够找到最接近标准的干燥剂产品尺寸。在以上的例子中，1g干燥土，1g硅胶，或者0.75g分子筛能够满足需要。

另外，稳定的测试常建立在保质期内不可能超过的最大湿度情况下。检测是否在保存期间存在最低湿度是同样有用的，这样可以避免产品丧失水分造成的问题（例如改变膜和粘合剂寿命）。例如，在封闭空间内分子筛能将湿度降低到0，而硅胶和干燥土会在空气和产品中保留小量的残留水分。因此，了解最小和最大湿度的保持能进一步改善对于干燥剂的正确选择。

吸收率 另一个相关参数是吸收率。在封闭空间内分子筛能在5分装内将相对湿度从20降低到0％；干燥土能在20分钟内吸收水分；硅胶需要60分钟（见图2）。然而，在多数情况下，这些时间的不同是不相关的，因为产品包装不对湿度如此敏感以致他们在15分钟内受到分子筛和干燥土的不同吸水能力。

在真实的保存条件下，包装的产品含有一些水分，或残留水分，干燥剂吸收这些水分增加了反应时间。在多数情况下，从产品中释放水分的动力比干燥剂吸收水分的动力慢，因此，释放反应是全部除湿的速率限制过程。这个因素消除了不同干燥剂反应速度，并导致反应时间从几天几小时变为几分钟。

处理限制 如同以上的讨论，在湿度提升期，不同干燥剂表现不同的反应速度，另一个影响湿度的因素是干燥剂产品在包装线上的暴露。在这个阶段水分会降低干燥剂的吸收量。因此这些吸收量的损失必须被考虑到计算干燥剂用量时，或者干燥剂在能控制湿度的条件下分装。例如，分子筛小包很难处理并且需要在湿度控制的条件下分装。

另外，选择干燥剂产品决定了在暴露时吸收量的损失。一般来说，干燥剂罐、干燥剂帽和干燥剂塞的反应比干燥剂片和干燥剂包慢。

湿度指示器 作为附加特征，包装的IVD测试条能加入湿度指示器。这个指示器允许消费者读取包装中的湿度并且能够指示测试条是否可以被使用或应该丢弃。定制的指示器能被设计为在产品或包装组合的特定湿度中改变颜色。指示器同时也包含附加的消费信息和指示，并因此增加了包装的信息价值。

总结

对水分敏感的IVD产品的有许多防潮措施。在这个包装过程中，干燥剂是其重要的组成部分。干燥剂的选择应在包装研发的早期加以考虑。这样，早期的计划可以使IVD厂家和干燥剂提供商根据性能、样式、市场需求和全部费用找到一种最适合的包装解决方法。完全的费用比较包括包装材料费用和与包装速度，潜在停工期和全效率相关的研发加工费用。

参考文献

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作者简介：Stefan Dick博士， 产品经理；Jean Thomas Woynicki主办会计主管，均供职于 Süd-Chemie Performance Packaging (Albuquerque， NM)。联系方式分别为：sdick@sud-chemieinc.com 和jwoynicki@sud-chemieinc.com.

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