染料渗透法检测包装密封泄漏的标准解读及实践应用

通标标准技术服务（上海）有限公司 （上海 200233）

内容提要：通过对ASTM F1929的标准进行解读，旨在帮助读者深入理解该标准，为更好地开展医疗器械包装的染料渗透测试提供帮助。

无菌屏障系统作为无菌医疗器械的一个重要组成部分，可以保证产品在使用前处于无菌环境和状态，同时在使用时也可以做到洁净开启，对产品的安全有效性具有重要的保护作用和特殊意义。无菌屏障系统保护功能，基于的前提是其完整性良好，所以密封完整性就成为无菌屏障系统性能指标的一项重要要求。

目前，包装密封完整性的考察方法和标准较多，例如“ASTM F1886/F1886M目力检测医用包装密封完整性”（YY/T 0681.11）、“ASTM F2096内压法检测粗大泄漏”（YY/T 0681.5）、“ASTM F2228用CO2示踪气体法对包含多孔阻隔材料的包装漏洞作无损检测的试验方法”“ASTM F2227用CO2示踪气体法对未密封和空的包装浅盘漏洞作无损检测的试验方法”“ASTM F2391使用氦气作为示踪气体测量包装和密封完整性的标准试验方法”“ASTM F2338用真空衰减法无损检测包装泄漏的标准试验方法”“ASTM F1929用染色液渗透法检测多孔医用包装密封泄漏的标准试验方法”（YY/T 0681.4染色液穿透法测定透气包装的密封泄漏）等。其中染色液渗透法无复杂的设备要求，操作简便，检测结果直观等优点，在包装质量控制中普遍使用。本文对标准ASTM F1929进行解读，并将实际操作过程中的经验和体会与大家分享。

1.ASTM组织简介及ASTM F1929标准沿革

美国材料与实验协会（American Society of Testing and Materials，以下简称ASTM）是美国最老（1898年成立）、最大的非盈利性的标准学术团体之一。ASTM由约2000名成员组成，广泛代表了生产商、使用者、最终消费者，以及政府和学术界，为材料、产品、系统和服务的自愿共识标准的制定和发布提供了一个平台[1]。ASTM制定的标准通常分为标准试验方法、标准规范、标准惯例、标准术语、标准指南、标准分类六种类型。负责ASTM标准制定工作的是148个技术委员会以及下设的2000多个分技术委员会，目前共有约35000名技术成员。负责初级屏障包装的是1957年成立的F02技术委员会，F02.40分技术委员会负责包装完整性标准的制定。

1998年，F02.40分技术委员会批准并发布“ASTM F1929-98用染色液渗透法检测多孔医用包装密封泄漏的标准试验方法”（ASTM F1929-98 Standard Test Method for Detecting Seal Leaks in Porous Medical Packaging by Dye Penetration）。该标准能对大于50μm的可目测通道进行检测，由于操作简单方便直观，立刻被相关方所接受。我国后期修改采用了这个标准，列入《YY/T 0681无菌医疗器械包装材料试验方法》系列标准的第四部分，并于2010年发布《YY/T 0681.4-2010染色液穿透法测定透气包装的密封泄漏》。2004年6月，委员会重新批准发行ASTM F1929-98（2004）版本，但内容没有变动。

随着技术的发展和使用过程中问题的不断发现，F02.40分技术委员会在听取各方意见的基础上，于2012年11月批准了ASTM F1929-12版本，并于2013年1月出版。新版标准在很多方面进行修订，其中主要有以下几个方面：①观察时间由20s缩短到5s（[1.3]章节）；②增加了2种测试方法([1.2]章节）（蘸边法[11.2]章节、滴管法[11.3]章节）；③增加了测试样品数量和取样的要求（[9.Sampling]章节）；④增加了蘸边法（表2～4）、滴管法（表5～7）测试相关的统计表格（[13.2]章节）；⑤增加了附录——假阳性因素指南（APPENDIX）。

2015年10月，委员会重新批准发行ASTM F1929-15，并于2015年12出版，但具体内容没有任何变动。

2.ASTM F1929-15版本解读

ASTM F1929-15和ASTM F1929-98（2004）相比，主要内容发生了重大修订[2]。笔者力图对重要内容进行解读，以期为读者提供参考信息，以便正确理解和使用该标准。

2.1 关于标准的应用范围

标准1.1章节明确指出，本测试方法用于透明膜材和多孔片材形成的封边上≥50μm的通道，即该法检测较常见的纸塑包装或者特卫强包装的封边完整性。这种限定的原因在于，透明膜材便于观察是否有封边泄漏情况的存在，多孔材料则对染色液具有一定的吸附保留作用，利于观察染色液在泄漏中的渗透情况。由于纸袋或者塑料袋包装不符合这些条件，所以并不适用于该标准，提请读者特别注意；

标准1.3章节同时指出，该法仅限用于对染色液有吸附保留作用，并且至少5s内不会因为毛细现象将封边区域全部染色的多孔材料。该规定即是测试方法中每条封边观察时间最长为5s的理论依据，这与1998年版的最长20s有巨大差别。观察时间缩短的原由是，很多纸张的毛细作用较强，20s的时间容易造成封边浸染，导致结果的假阳性。尤其是未涂层的纸张，即使是5s的观察时间，也可能造成封边浸染，出现疑似渗漏情况，所以使用该方法前需要仔细衡量。如果实践操作中出现封边泄漏情况，结果调查时也需要考虑是否多孔材料为未涂层纸张的原因。

该法仅用来测试包装封边的泄漏情况，如果其他地方的包材本身泄漏，例如针孔等，该方法并不适用，通常会用其他方法来检测，例如蠕变实验和鼓泡实验等。

2.2 关于染料渗透液

染料渗透液是由染料和表面活性剂组成的水基溶液，用于在毛细现象出现之前穿透并定位泄漏通道的位置。所以，染料渗透液质量的好坏是影响该实验的关键因素之一。

染料品种：本标准使用的染料为甲苯胺蓝，因为这种染料的颜色在被测材料上具有较大的反差，容易目测识别。其他颜色或荧光染料也可使用，但是要通过精度和偏差试验确定是否适用，所以建议直接购买使用甲苯胺蓝最经济实用。

染液配比：染料渗透液由0.05%的甲苯胺蓝、0.5%的表面活性剂曲拉通X-100和99.45%的去离子水或纯化水组成。其中表面活性剂的作用是增加染液的黏性，消除泄漏通道的表面张力，使染液更顺利的通过，所以染液中的曲拉通X-100必不可少。

染液配制：表面活性剂曲拉通X-100具有一定的黏性，配制时优先使用10%总量的去离子水或纯化水搅拌或振荡，使之分散均匀。依次加入剩余90%水和染料，搅拌使之完全溶解即可。整个配制顺序和过程的目的是使染液均一，没有颗粒堵塞泄漏通道。

注意事项：染液需要均一，如果发现浑浊或者有沉淀产生，为了防止沉淀颗粒堵塞泄漏通道，必须重新配置。

2.3 关于测试样品

实验样品的选择和处理，会影响测试结果。同时，样品的抽样原则和测试的数量多寡，也决定了测试结果是否具有代表性和统计学意义。

样品的选择：本法实验样品可以是包含器械的完整包装、不含器械的空包装或者只有热封边的样品。如果测试前能够证明不影响测试结果，也可使用有瑕疵的不合格品，但前提是所有的样品材料组成以及封边工艺相同，并在实验记录中注明。该项规定可以降低实验成本，尤其是有利于大型硬质吸塑盒生产厂家。

抽样和测试数量：此部分是该版标准新增的内容，为了突出抽样原则和测试数量的代表性和统计学意义。抽样标准可以参考ANSI/ASQ Z1.4-2008或者《GBT 2828.1-2012计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划》。根据抽样理论，无论是概率抽样还是非概率抽样，样本量越大当然效果越好，结论越稳定；但考虑到本法为通过和不通过的定性实验，可以适当降低抽样的精度要求，减少样品测试数量。如果测试是为了进行密封过程的确认或者方法比对，根据标准表格中的推荐，建议不少于25个样品；如果仅仅是质量控制，根据实践经验，建议不少于10个样品。

样品预处理：染料渗透测试要求包装必须不含任何冷凝或其他来源的液态水，否则存在于密封缺陷中的水会影响染色液的可检测性。所以如果有任何迹象表明包装已经接触过任何液体，测试前都必须在典型的储存温度下彻底干燥。同时，如果样品需要预处理，则应在（23±2）℃的温度和50%±2%的相对湿度标准条件下，平衡最少24h，以利于样品达到最佳测试状态。

2.4 关于测试方法和过程

标准中有三种染料渗透测试方法：方法A“注入法”、方法B“蘸边法”、方法C“滴注法”。其中，方法B和方法C是新增方法，均需要密封边的外沿有多余的材料（裙边），并且方法B还需要比包装更大的容器盛装染液，所以使用范围受到限制。方法A几乎适用于所有类型的纸塑包装，并且简单快捷常用，使用时间悠久，所以本文重点阐述。

2.4.1 标准测试过程及弊端

标准収载的方法A测试流程如下：①将足量的染料注入到包装内，使得染料可以在包装最长边形成大约5mm的深度。②透过透明的表面目测检查封口区域。观察染料流过的封口区域，可以直接观察到通道。一般染料在每个边停留5s进行观察，四个面都如此操作。总时间应少于20s（每边时间少于5s）。③旋转包装袋，使得每个边都接触到染料。如需要，可以再加注染料以保证每个边都能接触到染料。本实验室在实际操作过程中，发现标准流程存在比较多的弊端，例如：通常使用带针头的注射器来注入染液，这样操作可能使得针头刺穿被测材料或皮肤；对于带有器械的完整包装，这种操作方式会污染器械或者被器械干扰测试结果（见图1）；对于长短边差距悬殊的包装，这种操作会使染液深浅不一，达不到约5mm深度的要求。例如：长边达到5mm，旋转到短边时，深度就远远超过5mm；如果短边达到5mm，旋转到长边时，深度却不够5mm。虽然可以补加染液，但时间却不容易控制在5s以内。

2.4.2 测试方法的改进

根据以上的弊端，实验室对标准方法进行了如下改进：根据包装的大小软硬不同，用适当的剪切工具小心将完整包装从中间一分为二地剪开，将两部分开口向上分别固定。将足量的染料注入到包装内，使得染液形成大约5mm的深度。透过透明的表面目测检查封口区域。每边停留5s进行观察，4个面都如此操作。改进后的方法有点如下：①由于开口较大，注入染液时可以使用各种合适的容器，例如移液管、针筒、量筒或烧杯；②如果是有器械的完整包装，这种方式可以回收器械，并且不干扰测试结果；③不用旋转包装，只用根据长短边的不同，加入适当体积的染液，使达到约5mm深度的要求即可。

改进后的方法也存在一定的缺点，例如大型硬吸塑包装不容易剪开，虽然可以使用定制的大型剪钳；如果要达到标准方法考察的封边数量，则需要增加一倍的样品量等。但瑕不掩瑜，改进后的方法在实际操作中更加方便和精确，不容易出现假阳性结果。

2.4.3 测试结果的判断

图2.测试通过样品照片

图3.测试不通过样品照片

图4.染液部分穿透样品照片

图5.毛细作用有浸染倾向的样品照片

染料渗透实验的结果判断也是一个非常关键的步骤。相同的现象，不同的实验人员对标准的不同理解，可能导致假阳性或者假阴性的判断。所以对标准作全面深入的理解，尤其是标准附录部分的非强制信息——假阳性因素指南进行解读，会有助于正确地进行结果判断。笔者以下将常见的染料渗透测试结果举例如下：①对于在规定时间内没有任何泄露的包装，比较容易判断（图2）；②泄露通道是指任何穿过整个封边且未受损的路径，所以在5s内染液贯穿整个封边才判断结果不通过（图3，产生渗漏的原因可能是运输过程中的弯折，导致软吸塑包装的封边脱离）；如果只是部分穿透（图4箭头所指位置），则属于合格的范围（渗漏通道没有贯穿整个封边，微生物不能进入包装内部，此时无菌保障功能仍然存在）；③毛细作用是指液体迁移到纤维材料内部的过程。一般纸张的毛细作用较强，和染液接触的时间稍长，容易造成封边浸染，导致结果的假阳性（图5，虽然没有通道泄漏，但在5s的较短时间内，染液由于毛细作用有浸染的倾向）。

2.5 关于原始记录或报告的内容

本法是通过/不通过的定性测试，所以原始记录或者报告中需要至少体现以下内容，以保证数据完整性和结果的可追溯性。要点如下：①试验材料的完整信息，包括但不仅限于批号、来源、时间、地点和操作人员。②试验条件，测试的方法A、B或者C以及测试步骤。③染料的信息及配制记录。④目测的方法，裸眼观察还是通过设备观察。⑤测试结果的文字描述或照片。

3.小结

染液渗透法是考察包装密封完整性最实用的方法，而ASTM F1929是收载此法最常见标准。从2012年版开始，ASTM F1929已经将每边染料渗透观察时间由20s缩短至5s，所以希望使用者能够尽快跟踪最新的标准查新，正确使用该标准。同时，希望我国尽早进行该标准的等同转换，为国内企业提供正确的方法指南，也为我国医疗器械包装行业的发展和医疗器械的安全使用提供保障。