當今許多生物制劑大都是具有一定程度氧敏感性的大分子，在暴露于非惰性氣體（如氧氣和/或水）時會降低損失活性。這就要求主包裝材料須具有保護這些產品不受活性氣體影響的能力，這對于獲得良好的產品保質期和藥效保持至關重要，但沒有絕對“密閉”的包材，因此，我們需要關注包材的“滲透性 permeation”。

通常我們可以通過檢查密封容器內的頂部空間氣體組成變化來判度“密閉”情況，比如是否有氧含量的增加。基于激光的密封容器頂部空間檢測方法能夠監測單個容器中的頂空氧氣隨時間的變化。由于其測量具有非破壞性，使這種分析技術成為研究包裝完整性和滲透性的理想方法。 

如何減少頂部空間氧含量？

水劑產品（凍干產品可以通過預放氣進行處理），在灌裝期間進行防氧化措施，即在加壓膠塞前用惰性氣體（氮氣、氬氣）吹掃西林瓶的頂部空間。氮氣吹掃過程通常可使西林瓶的頂部空間達到2-5%atm的氧氣殘留水平。      

下圖可以看出惰性氣體吹掃流量對殘氧量的影響：

較大的吹掃流量(>1.0SLPM)會比較低流量(>0.25SLPM)帶來相對低的氧氣殘留濃度，但對于吹掃形式，預灌裝注射器會比西林瓶封裝具有更多挑戰，因為要有效地排清一個”小“的頂空氣體比清除一個”大“的頂空要困難得多…，下圖可以看出20mm頂部空間比3mm頂部空間，在同樣吹掃條件下，更容易達到低氧殘留量。

怎么評價“密閉”？

對于無菌制劑，USP提出3種情況：

最大允許泄漏量（MALL）必須保持產品無菌；包裝必須阻塞所有液體通道。 

包裝必須保持產品的無菌性，并保持頂部空間的氣體含量或真空度；

或             

包裝必須防止微生物進入，但仍允許液體或氣體通過。

可見保證無菌性的密閉是最基礎的要求，置于究竟如何評價“密閉”程度接受標準，很大程度取決于產品。

對西林瓶封裝產品的氧滲透情況進行實驗，如下圖，4年內平均每年~1.3%的氧含量增加。而預充注射器卻達到約3.5%的年均氧滲透量。

顯然，西林瓶比預充注射器的密封性好，但預充注射器究竟哪里最影響其“密封”呢？這里進行一個實驗：

樣品1：熔封法蘭和針聯結端頭；

樣品2：熔封法蘭，不處理針聯結端頭；

樣品3：不處理法蘭，熔封針聯結端頭；

樣品4：不處理法蘭和針聯結端頭；

大約2個月后，對比四種樣品中的氧氣滲透情況，樣品2和樣品4的氧滲透明顯高于樣品1和樣品3：

通過下面增加每種樣品的數量（每種樣品增至10只），從統計角度，排除樣品存有其他“異常”快速滲透途徑的可變因素。

那么仍可得出結論：頂部（針聯結端頭）的密封不如柱塞膠塞的密封“可靠”。

如果擴大測試范圍，涵蓋下面市面常見預充注射器形式：

A-  Luer cone

B-  Staked-in needle 1

C-  Staked-in needle 2

D-  Luer lock

會發現結論沒有變化！

但這種滲透permeation帶來“密封”性的影響，比起包材物理孔徑所引起的”泄露ingress“要小很多。

當然，不同材質的預充注射器，其滲透性也不一樣，玻璃的要好于塑料，但同樣，這種差異遠小于“孔洞”的泄露所帶來的氧含量增加。

如果延伸到整個貨架期看”密封性“的影響

以”某種“產品為例：

在氮氣吹掃下封裝在PFS中的易氧化配方，保質期為1.5年。            

穩定性研究表明，2年后該藥物的療效仍然良好。但是，在1.5年后發現產品變色問題。   

滲透研究量化了氧氣擴散到注射器中的速度。1.5年后氧含量升高表明配方幾乎完全氧化，無法消耗滲入注射器的氧氣。

如果要解決/改善上述情況，則需要考慮：

確定最大的滲透源，并改進PFS包裝           

向配方緩沖液中添加額外的氧氣清除劑。

綜上所述，通過滲透研究表明，PFS預灌裝注射器形式略比西林瓶密封差，當包裝具有一定水平的氧敏感性配方時，這是保質期的一個重要考慮因素。

另外，不同的PFS配置，氧滲透速率可能有很大的變化。     

基于激光的頂空分析是一種分析工具，它可以直接、有效地進行包裝滲透研究以及配方氧化研究。