浅谈制药设备的材质管理

设备常见材质大致可分为金属，无机非金属（如玻璃、陶瓷）和聚合物三大类。一般来说，设备主体常采用金属材质，密封件常采用聚合物，特殊部位则会用到玻璃。具体部位应综合考虑材质的安全性、耐腐蚀性和机械性能来选材。

上表可知，容器、管道等部件机械运动少，主要考虑材质的抗腐蚀性，因此主要选材为304、316L、或者耐腐蚀性更强的317L。对于压力容器、搅拌器、模具、刀具等部件，高强度的压力和机械运动会给金属带来屈服破坏、断裂破坏或疲劳破坏，还会造成严重的应力腐蚀，强制指定304、316L材质是不科学的。比如压力容器必须选择压力容器专用钢；搅拌器宜采用321不锈钢（含钛奥氏体，抗腐蚀性近似316，机械性能更强）；模具、刀具等宜采用专业模具钢、工具钢，这些可以降低金属老化带来的运行风险。另外，考虑生产工艺的差异，原料药设备需要进行化学反应，常有较高的温度压力，或者强酸碱、强氧化还原类物料，应更多考虑材质的抗腐蚀性能。制剂设备几乎不涉及化学反应，物料化学性质也比较温和，但是机械动作相对复杂，应更多考虑材质的机械性能。

对于非直接接触药品的金属部件，须考虑环境污染风险，洁净区设备的外壳建议选用304或更好耐洗消材质，一般生产区的设备外壳建议304或采用其他安全可靠的涂层或隔离保护材料。金属材质还应考虑进行钝化处理，以降低物料、环境等因素造成的腐蚀。若有可能，应对供应商提出明确的整机内外表面钝化要求。

玻璃材质应考虑安全要求进行钢化，当工艺温度较高时，应选用更耐高温的钢化硼硅玻璃。聚合物材质则以含氟聚合物为代表，具有多种可选机械性能，以及优异的化学惰性（耐腐蚀性）、密封性和表面清洁性，适合大多数密封件、滤芯、软连接和软管。

某些时候，耐腐蚀性更强的金属材质不可得或成本过高，则可考虑采用其他金属+耐腐蚀衬里的方式。比如常见的搪玻璃、衬HARLAR（聚三氯氟乙烯，F-30）、衬氟（PTFE）、衬F-40（乙烯四氟乙烯共聚物，ETFE）、衬F-46（聚全氟乙丙烯，FEP）等，后几种也常称为特氟龙。这类材质可作为强腐蚀物料的容器、管道和阀门的衬里。

新药研发或商业化前选型时，高风险设备应由设计院专业人员计算工艺条件下材质的机械性能数据和耐腐蚀性数据，以决定材质是否符合要求。

通过前面的筛选可以大致确定材质范围，具体材质是否适用必须进一步评估其与实际物料的化学相容性（化学兼容性）。可通过一些网络渠道查询作为参考，如查询https://www.coleparmer.com/的化学兼容性数据库或通过专业软件CRW（化学反应性工作表）生成化学品相容性矩阵。

下表是一些常见材质和物料的化学相容性矩阵：

上表可知，硅橡胶与常见物料的化学相容性差强人意，属于不推荐材质。

新药研发或商业化前选型时，应详细考核各种接触材质的化学相容性，必要时须根据产品要求进行全面的生物相容性、化学相容性和物理相容性（萃取/析出物）试验。

材质的安全性能（耐腐蚀性、耐高温性、耐压性等）应采用HAZOP等安全专业的程序进行评估。OEB4或OEB5物料需要用到高密闭化的设备，此类设备材质可能还需进行额外的密封性能评估。这些均属于安全体系的MRA要求。

对于质量体系，应在IQ阶段执行MRA，主要评估材质对物料的化学相容性和材质对环境的GMP卫生符合性。评估之前需要得到设备P&ID图，划出直接接触部件的范围，并按照P&ID图的编号逐个评估部件材质。每个部件需要将所有接触部位全部识别，避免遗漏，如管道应包括管子、管件和密封件；阀门应包括阀体、阀座/阀瓣、密封材料；泵应包括叶轮和腔体。

评估方式可参考下面的决策树进行：

评估首先要保证材质是明确的，不得使用不明材质。供应商必须提供合规的材质证明，如原材料质量报告、成品质量报告、现场检测结果或第三方检测结果。不接触物料的材质应判断其是否符合GMP的卫生要求；接触冷热媒等公用介质的材质符合安全评估即可，质量体系不需提出更高要求；接触物料/产品的材质必须至少符合实际物料的化学相容性要求。当材料为聚合物时，由于其成分的复杂性，不同供应商的实际成分可能差异较大，制药行业的通行做法是供应商必须提供符合21CFR Part 177的食品级材质证明（FDA注册证或第三方检测报告）方可使用。

值得注意的是，食品行业对材质证明的要求更为严格：不锈钢、玻璃、聚合物等各类材质均必须提供食品级材质检测报告，符合GB4806或21CFR Part 175~178要求的方可使用。考虑金属、玻璃等不同批次的材质可能有微量成分差异，比如同为符合022Cr17Ni12Mo2要求的316L不锈钢，不同厂家/批次的某些微量成分可能造成食品污染而不符合食品级要求。因此药品新生产线建设时，不应只查询材料的化学相容性，建议对所有接触材质进行相容性检测，至少应确保所有材质符合食品级要求。

MRA是设备材质管理的核心：质量部门应将MRA作为IQ附件，并进行周期性验证状态审核。当实际使用、法规更新以及行业知识进步发现已有材质的缺陷时，或者引入新产品时需完成材质的再评估与处置。EHS部门也应将MRA作为安全评估文件的附件并进行类似的管理。设备部门与MRA的关系更为密切，材质是制定预防性维护计划和确定备件型号、数量的重要因素，也是设备维修时必须遵守的关键因素。当备件或维修需要引入新的材质或新的聚合物供应商时，必须再次执行MRA，确保新的材质符合安全体系和质量体系的要求。