医用成型的开始:首先考虑“4个E”

作者:Nypro公司 Stephen Costa 文章来源:PT塑料网 发布时间:2018-06-13
对于想进入医疗领域的注塑加工商而言,全球医用成型商Nypro公司所提供的“4个E”(环境、设备、工程材料、员工)将会成为其第一手指导。

医疗器械制造商的竞争和监管要求需要他们与注塑成型商合作,以此可以为他们的设计和制造带来合适的环境、设备、工程材料和员工。“4个E”涵盖了重要的评估标准,医疗器械制造商通过这些标准在注塑成型商和其他塑料加工商当中确定并衡量他们的合作伙伴。每个E的标准定义如下:

1.环境(Environment):包括洁净室和非洁净室,以及质量和法规要求,如cGMP、ISO 13485、ISO 9001和批次的可追溯性。

2.设备(Equipment):涵盖注塑机械、模具、机械手和装配自动化。

3.工程材料(Engineering Materials):包含具有挑战工艺要求的非通用塑料,包括供应批次控制、USP VI级、BSE/TSE和10993合规性。

4.员工(Employees):包括高技能人员,他们使用技术先进的模具、设备和工艺来支持复杂的模具和装配验证。

“4个E”代表的不仅仅是医用成型商的评估标准。在许多方面,它们定义了更高的性能标准,使这些注塑成型商脱颖而出,并使其符合医用器械制造的严格要求。

环境

与他们所服务的行业一样,医用成型商在高度规范、高质量的环境中运作,这往往涉及在需要特殊空气过滤系统的洁净室中生产产品。是否使用洁净室取决于制造过程中所需要的空气清洁度——随空气中颗粒物大小和数量的变化而变。

为确保空气清洁,洁净室依靠安装在天花板上的HEPA过滤器,空气通过天花板进入房间,并向下扫到墙壁底部,从靠近地板的管道排出。气流是层流,从上到下,使颗粒物一直漂浮在空气中,造成污染。

医用成型洁净室
有时候,医用零部件的组装必须在洁净室中进行。这是一个典型的Nypro ISO 8组装洁净室

有各种不同的洁净室分类,每个分类都指明一立方体积的空气中可允许的颗粒物大小和数量。洁净室的分类还决定了空气完全更换的频率。在典型的25000ft2(约2325m2)的ISO 8洁净室中,整个房间的空气量更换超过20次/h。当然,HEPA过滤器需要更换,洁净室需要定期清洁。医用成型商根据描述这些和其他要求的严格文件化程序进行操作。

例如,员工必须遵循具体的穿衣程序。穿着从上到下完成,首先是头发/胡须网,然后是外衣、裤子和鞋套。长凳分隔“干净”和“脏”的两侧,以便员工的鞋不会污染地板。珠宝首饰必须完全被覆盖或移除。听力保护、安全眼镜和手套也是必须要戴的。

大多数的成型洁净室均通过ISO 8标准认证。Nypro公司的成型洁净室全部通过ISO 8认证,而用于装配的洁净室则采用ISO 8或ISO 7标准,后者是一种更严格的标准。如果一个项目需要洁净室制造,则客户的质量规格将显示ISO等级。在医用成型中,遵循书面文件和程序尤为重要。

当医用器械设计人员不确定成型产品是否需要洁净室生产时,美国食品药物管理局(FDA)的器械分类可能会有所帮助。

ISO 8成型洁净室
Nypro的一个典型的ISO 8成型洁净室

例如,I类医用器械可能不需要洁净室成型,因为它们具有最低的风险水平,并且遵循最低的监管控制。这些简单器械的例子包括弹性绷带、牙线、牙线盒和牙刷。II类医用器械具有中等复杂性,但风险较高。因此,它们要进行更严格的监管控制,以确保它们安全有效。

大多数(但不是全部)的II类医用器械都是在ISO 8级洁净室中成型或组装的。在洁净室中成型的医用部件包括哮喘吸入器和自动注射器笔。不需要洁净室生产的II类装置包括避孕套和妊娠检测试剂盒。

III类医用器械最复杂且风险最高,因此需要实施最严格的监管控制。例子包括植入式起搏器、连续葡萄糖监测仪和其他植入物,它们通常都是在洁净室中成型和组装,以最大限度地减少空气中颗粒物污染的可能性。

总之,维持这些高度管制和质量密集的环境所需要的成本和步骤会成为进入医用成型的主要障碍,并且这使其操作与常规的工业成型商绝然不同。建立质量管理体系(QMS)以满足FDA对21 CFR 820合规性、cGMPs和ISO 13485认证的要求是非常昂贵的。它可能还需要雇用另外的质量人员。

维持认证和合规性也可能具有挑战性。ISO注册服务机构定期进行审核,客户进行持续审核,并由FDA定期进行审核。质量文件开始于进货检验,同时获得材料的分析证明(COA)作为设备历史文件(DHF)的一部分。批次记录必须保存好几年,并且必须提供完整的可追溯性。

医用成型商还需要统计过程控制(SPC)图以及关键和过程敏感尺寸的验证检查。所有的模具和装配自动化必须经过验证并通过严格的安装鉴定、操作鉴定和性能鉴定(IQ / OQ / PQ)过程。完整记录的报告包括首件检查(FAI)和过程能力结果,这些需要客户的批准以用于生产准备就绪。

设备

毫不奇怪,医用成型设备必须经过严格的安装认证程序。确认正确的设置对于合规性、质量、安全和成本控制至关重要。大多数的注塑机全部安装在ISO 8洁净室内。医用成型商还必须识别和记录他们的设备以支持日常的过程审核。

Nypro公司的大部分注塑机都配备了机械手,它们可以自动脱模成品部件以确保部件保持清洁且完好无损。这些机器安装的机械手还通过确认部件脱模和防止模具在部件未脱模时关闭来提供模具保护。

注塑机可以是电动也可以是液压的。由于电动机型所需的电力仅是液压设备的40%~50%,因而可帮助医用成型商降低制造成本。然而,液压设备仍然更适用于一些较大吨位、薄壁产品的应用。

在医用成型领域,不管是电动还是液压注塑机,都必须是闭环系统,而且需具有精确的注射和合模移动。今天,许多医用器械都包含带有复杂、多功能几何形状的小部件。这需要具有复杂动作或模具移动的注塑模具。

用于医用成型的模具可以有多达128个型腔。它们包括热流道或冷流道、单注射或双注射的模具设计。由于模具验证耗时且昂贵,因此模具必须按照高质量标准进行制造,以达到数百万次的周期循环。为了获得最佳的效果,它们用高质量钢材制成,如420不锈钢、H13或S7。

一些医疗应用禁止使用镀镍部件,另一些应用则不允许使用直接与塑料部件接触的铍铜部件。用于血液诊断的微量滴定板就是一个很好的例子,因为铍铜可能会干扰塑料孔内抗原的结合并影响诊断结果。另一个例子是接触血流或药物的成型表面,该成型表面由可传递铍铜小颗粒的模具组件形成。

材料处理也是医用成型商非常重要的考虑因素。使用错误材料造成的污染代价高昂。如果成型商没有发现错误,那将是一个更大的问题。医用成型商需要控制措施来避免作业之间的交叉污染,即采用严格的生产线清理程序和频繁的过程审核。

通常,材料处理是在洁净室外进行。如果需要,材料应从盖洛德容器真空转移到干燥器中,然后再真空转移到注塑机料斗中。

正确的材料处理也有助于防止黑斑污染。通常情况下,塑料零件质量计划和客户的质量规范规定了黑斑容许极限。大多数但不是全部的医用产品都要求采用100%的纯料。当存在污染风险或力学性能损失时,不允许使用回用料。避免使用回用料也可以减少黑斑的存在。

工程材料

许多医疗成型应用使用高性能工程材料来提高医用器械的性能。这些材料可能含有特殊添加剂,如用于低摩擦系数和低滑行力性能的PTFE(含氟聚合物)或硅树脂。

与通用材料相比,工程材料难以加工,加工窗口更窄。因此,验证要求记录材料的熔体流动指数(MFI)并确保该值在规定的范围内。

Nypro公司要求每批材料都要有材料分析证书(COA)或合格证书(COC),以获知材料的熔体流动指数和填料含量。该公司会在进货检验和使用前检查每批材料的证书。这些材料的批号成为DHF的一部分,并为成型部件中所使用的材料提供可追溯性。对于箱子级别可提供可追溯性解析。

在工程材料中,添加剂如油和填料是按百分比控制的。为了确保稳定一致的加工和成型部件的性能,医用成型商必须规定和记录非替代协议。工程材料还必须符合诸如USP Class VI(美国药典生物兼容性)、ISO 10993生物相容性和BSE / TSE(bovine-free compliance,无牛合规性)的限制或规定。

当使用大量的着色材料时,Nypro会购买预着色的或混有颜色的材料。少量的着色材料在Nypro通过颜色浓缩物被混合。带填料的材料通常在材料供应商处预混合。

员工

最后同样重要的是,高技能员工是医用成型商为了成功必须具备的“4个E”之一。经理、工程师、技术人员、检查员和操作员必须知晓和理解当前针对医用成型和组装的良好操作规范(cGMP),并谨慎小心地工作以确保高质量和合规性。

Nypro公司员工

高技能工人是成功的医用成型企业的一个重要组成部分。图中一名Nypro公司员工操作着一台复杂的装配机器

医用模具的复杂性和广泛的验证需要高技能水平。一般来说,医用成型员工的薪资要高于常规/工业成型商的员工。

期望从事医用器械制造的成型商必须认识到该行业所面临的内在挑战和成本。如果不投资于适当的环境、设备、工程材料加工知识和技术高超的员工,那么成型商一定无法满足医用器械制造商的严格要求。医用成型的这些关键基本要素可以在医用器械制造的成功与失败之间产生差别,并带来新的机会。

关于作者

Stephen Costa是位于美国马萨诸塞州克林顿的捷普集团旗下Nypro公司的塑料工程和技术高级总监,他负责公司医疗保健业务的生产,包括塑料部件成型和组装、模具和装配自动化的监控。他还为Nypro网站提供技术支持,并为与塑料加工和设备相关的新技术开发和应用作出贡献。此前,Costa在Nypro公司担任过多个职位,包括全球医疗保健项目总监、工程总监、高级项目经理和高级模具工程师。Costa的专业知识包括单注射和双注射模具、注塑、自动化以及程序和工程管理。

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