我们都很关注如何优化一个灌装的“无菌”过程和其灌装的精准程度，但却缺乏对于灌装针设计的关注。灌装针可能看起来是一根很普通或简单的“直管”，而实际上它们是灌装机器性能的关键要素，其用来控制流体从灌装设备到容器内的流动方向。如同跳水运动员，看似简单的最终“入水”，决定是否完美的结束…

在最终灌装过程中，生产的目标是准确、快速地填充；同时，还应确保将产品损失降至最低；对于无菌产品，还应保证最终产品的无菌性和可行性。

为了实现这些目标，在灌装过程中就要避免产品在西林瓶中“滴落Dripping”或“起泡Foaming”。产品的密度、粘度和表面张力等特性都极大地影响了产品的填充性。

我们最常见的针几何结构是钝的、平的针尖，而且钝针 (Blunt) 是大多数设备厂商提供的“标准”针型。

钝针将液体直接注入容器底部, 通常需要自下而上填充，针的长度由其运动行程和容器高度决定，灌装体积及灌装速度，与针直径成正比。

我们都知道灌装针不能太粗，因为要留出与瓶口足够的间隙，保证灌装时空气能从容器中排出；而且，灌装针直径太大会导致滴漏，这是因为灌装针直径与产品的表面张力不匹配，尤其是对于疏水性和低表面张力的产品。

然而另一方面，对于定量灌装，灌装针直径越大，产品流速反而越低，这减少了由高流量引起的起泡、飞溅和搅动。同时灌装针直径也会受到产品粘度和稠度的影响。更粘性的产品需要更大的直径，以达到令人满意的流速，并避免泵送压力过大，增加剪切力。

市场上也有一些对针尖几何结构的“特殊”设计，尝试来解决特定灌装问题，例如“篮”针尖类型(Basket-tip)。篮形针尖通过其较大的组合表面积，用于排出流体，降低流。其针尖有两个特定角度的出口，将水流分为两股，迫使流体轻轻地从容器的侧面倾泻而下。对于起泡或飞溅有问题的液体，此设计将液体导向容器的侧面，使泡沫产品像瀑布一样从容器的侧面倾泻而下，避免产生泡沫或飞溅。

当然除了滴落和起泡问题，还有一些其他产品面对可能与钢不兼容的问题，那么除了选择正确的针径和针尖几何结构样式外，还需要考虑材质。因此认为好的灌装针应有如下关键要求和属性[1]：

    * 准确和可重复的灌装剂量体积

    * 灌装期间无滴落、气蚀或气泡形成

    * 针对不同的表面张力、密度和粘度能进行精确的灌装

    * 对剪切敏感配方具有适用性

    * 无颗粒物 

    * 能精确自下而上，高速填充 

    * 针对灌装剂量大小能有可选择的针径范围

    * 与现有灌装机的兼容性

    * 蒸汽高压灭菌的耐受性≤130°C，γ辐照的耐受性≤50 kgy

    * 坚固的结构 

    * 符合GMP的规定和药典试验

事实上对于流体属性较为特殊的产品，还是建议发送样品给灌装设备厂商进行测试，评估是否需要优化填充针设计本身，以找到最适合特定产品的类型和尺寸的灌针。

[1]. Development of a Single-Use Filling Needle by Jean-Pascal Zambaux and James Barry May 1, 2014 Bioprocess

作者：Shengyi 

来源：拾西 公众号

日期：2020年7月20日