新冠疫苗:小小玻璃瓶為何成為抗疫的關鍵

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Glass vial under press
試劑必須耐壓力。

製藥公司的一名工人站在三樓樓梯頂上,手裏拿著一個小瓶。他伸出手,往樓下探望,然後撒手,讓手中的小瓶自由落地,他是故意扔下去的。

「小瓶落地後高高彈起」,康寧製藥技術公司(Corning Pharmaceutical Technologies)的科技主管紹特(Rob Schaut)解釋說。

紹特是製成小瓶的特殊玻璃的聯合發明者。這一實驗就是要看看它到底有多結實。

紹特表示,站在樓梯上把玻璃瓶往下扔是「最極端」的測試方法。

BBC商業科技事務記者克里斯·巴蘭紐克(Chris Baraniuk)說,康寧是特殊強化玻璃「大猩猩玻璃」(Gorilla Glass)的製造商。這種玻璃也用於智能手機的特殊屏幕。

這家公司歷史悠久,曾參與製造用於互聯網通信光纖電纜的早期版本。

康寧也是為製藥業生產玻璃瓶的少數幾家公司之一。這些用於盛裝藥品或試劑的玻璃瓶必須要符合最嚴格的安全標凖,包括防破碎和耐高溫。

Liquid glass
Valor試劑製造過程極其複雜

德國肖特公司(Germany Schott)是另一家專門生產醫藥容器玻璃的公司。該公司於1897年由奧托·肖特(Friedrich Otto Schott)創辦。他也是硼硅酸玻璃的發明者,這種強化玻璃今天仍應用於製藥業的玻璃容器。

肖特公司表示,目前全球四分之三的新冠疫苗項目都使用他們的產品。

新產品

但康寧近期在製藥業受到關注是因為它在2017年引進的一種叫Valor的強化玻璃產品。康寧說,用Valor製作的玻璃瓶非常堅固,可以讓其在生產現場更快裝瓶,使生產速度提高50%。

在全球爭分奪秒在盡短時間內需要生產出數十億疫苗之際,這可能更為關鍵。

康寧的這種玻璃瓶之所以能提高裝瓶速度是因為它可以承受更大的機械壓力,同時也是由於它有一層特殊塗層。

因此,當成百上千的小瓶在生產線上相互碰撞時它們產生的摩擦更小。它們會快速整齊地排列起來,不容易相互擠壓碰撞,不需要人工干預。

製作過程

玻璃是用沙子中的二氧化硅製成的,二氧化硅融化後混合一些其他材料的微量物質。Valor玻璃中還加入了鋁、鈣和鎂以提高材料的強度。

在生產過程中,首先將Valor玻璃融化並加熱成為管狀,之後再冷卻。然後再重新加熱使其成為小瓶。最後再使用與「大猩猩玻璃」類似的化學強化技術。

紹特博士解釋說,他們還把玻璃瓶放入熔鹽液中,這樣玻璃中的鈉離子被較大的鉀離子所取代。這一過程具有「填充」玻璃表面的作用,使其更加堅固。同時,也讓玻璃表面再次受壓,讓它非常、非常堅固。

這樣製作出來的藥瓶不但經得起意外敲打,還可以抵抗微觀層面的破碎。

比如,在設計Valor玻璃中最讓康寧研究人員頭疼的是如何解決玻璃分層現象,它是指玻璃微小碎片從瓶子內層脫落,然後與玻璃瓶中的疫苗或是藥劑相混合,甚至可能發生反應而破壞藥品。

在製造玻璃瓶過程中,硼和鈉會從玻璃中揮發。這就會破壞玻璃表面的穩定性, 使它在後期裝瓶過程中更容易分層。

但通過消除玻璃表面的鈉和硼就不會產生揮發現象,從而使玻璃保持完好無缺。

Valor glas lab
工作人員添加塗層以減少摩擦。

最後一步是要給玻璃瓶加一層聚合物塗層。它可以減少瓶子在生產線上的摩擦。沒有摩擦就降低了小瓶相互擠壓衝撞時可能產生的微顆粒,即玻璃塵埃,它也可能會污染藥品。

爭分奪秒

包括輝瑞和莫德納在內的疫苗需要在攝氏零下80度左右儲藏。Valor玻璃可以承受從攝氏零下180度到400度的溫度。

耐高溫這一點也很重要,因為製藥公司通常在裝瓶前給藥瓶用攝氏350度的高溫消毒。在全球接種疫苗的競賽中,玻璃瓶的堅固性、數量和質量一樣重要。

A Schott glass vial
肖特公司計劃到今年底生產20億支玻璃試劑瓶。

德國肖特公司表示,他們的目標是在2021年底生產20億支試劑瓶。美國一家製造商 SiO2則希望到今年4月生產10億支藥瓶。他們使用塑料材料,然後再在表面塗上一層薄玻璃。

康寧沒有透露他們到2021年Valor玻璃瓶的生產目標,但該公司正在加速在美國北卡羅萊納州新廠的建設,預計今年年底將會交付使用。

唐寧公司的紹特博士表示,他對自己參與聯合發明的玻璃試劑瓶有信心,並希望能助新冠疫苗一臂之力。

紹特表示,他從未想過自己的發明會在這樣的疫情大流行中派上用場。他希望,小瓶能幫助把疫苗送到最需要的人手中,疫苗能夠幫助世界走出疫情。