专利名称：适于蒸汽灭菌的高完整性复合袋的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及可灭菌袋及套袋(pouches)，物件可置于其内，密 封及接着用热辅助灭菌方法(例如，采用温度在约125"的蒸气)进行灭 菌，此袋即使曝露于热应力下仍能保持高完整性。
背景技术：
多种产品，包括医疗器材及移植用途医疗材料，需要以灭菌形式 提供给使用者。预期的产品灭菌的方法为将产品曝露于温度为至少约 125t:的高温蒸气下。为确保灭菌性并不会在制造的工程时间与包装的 时间之间受损，灭菌作用希望在当产品置于合适包装时进行，且此包 装优选由在运送至使用者期间及之后仍能维持产品于灭菌状态的材料 形成。
细菌及类似的传染病源实质不能穿透、但灭菌气体(如环氧乙垸及 蒸气)可穿透的薄膜材料的取得性已可在包装的产品上进行气体为主的 灭菌作用。基本上，此薄膜材料包括纺粘或熔粘聚烯烃纤维料片，例 如，法国E丄DuPont de Nemours公司在市场上以TyvekTM为主要商标 名的S-1073B级的纺粘聚乙烯。使用至少部份为纺粘或熔粘材料制造 的包装的典型蒸气灭菌作用产品包括将被包装产品置于一高压釜 (autoclave)中，形成真空以排空该包装，接着引入温度为至少约125°C 的蒸气。此蒸气经气体可穿透的纺粘或熔粘片材材料可进入及离开套 袋，而因此将袋内部及在袋内的产品灭菌。可替代的灭菌作用方式为可使用如环氧乙垸及/或y-辐射作用，但在许多应用中蒸气灭菌作用是 优选的。
然而，因为多种理由，整个包装以纺粘或熔粘材料制造是不可行 的。首先，此等材料难以使用传统方法彼此粘合。再者，此材料通常 在特性上为不透明，因此如果包装完全由此材料制成，则包装在其内 的产品不能由使用者在未打开包装下目测辨识或检视，而造成潜在的 危及产品的灭菌特性。此外，纺粘或熔粘材料基本上为昂贵的，因此 完全由此材料组成的包装为不经济的。
为了克服完全由纺粘或熔粘材料制成的产品包装的限制，已开发
包括一部份为此材料及一部份为其它材料的复合包装。例如，Huynen 等人的美国专利第6,279,745号(简称为"Huynen '745，)，其全文并入 本文作为参考，公开可灭菌的复合包装，其由气体可穿透的纺粘聚烯 烃第一片材做为袋的一表面，及第二、多层气体不能穿透的聚烯烃片 材为袋的另一表面。此第一片材可由纺粘聚乙烯组成，如Tyvek L1073B级，及第二片材可由二层高密度聚乙烯(HDPE)或聚丙烯组成， 但优选为三层或更多层。此二片材可沿其的三缘加热密封以形成开口 套袋，在此套袋中可放入产品，及将此套袋沿第四缘密封以密闭此产 品于气体可穿透的密封包装中，该包装可经得起气体灭菌作用。 一般 承认对给定材料，其密度与热阻抗是相关的。Huynen "45专利中述及， 对不可穿透的多层片材，'[一]适合的密度范围为0.94至0.96g/cm3， 优选为0.955g/cm3，，见于Huynen'745专利第3栏第22-23行。Huynen '745专利教导了低密度聚乙烯或超低密度聚乙烯片材材料一般具有太 低的软化温度以致不能承受在125"C或更高温度下的蒸气灭菌作用。见 于Huynen '745专利第3栏第26-29行。相似的公开可见于授予Huynen 及Huynen(Huynen '745专利的共同发明人中的二位)的欧洲专利 EP0846445(简称为"Huynen'445")，此欧洲专利全文并入本文作为参 考。本发明的申请人为Huynen等人的Huynen'745专利所要求保护的 主题的共同发明人，根据该专利的教导，本申请人在制造复合包上具 有丰富的经验。已发现在Huynen '745专利教导了所制造的蒸气灭菌 复合包装，即，包括三层HDPE片材以周缘密封至纺粘聚乙烯(例如， TyvekTM)片材，具有限制的是该多层HDPE片材在特性上为相对坚 硬或非挠性的，且蒸气灭菌作用(即，其附随的压力/真空诱发及热诱发 应力)倾向于引起HDPE片材皱化及造成针孔。这些针孔危及袋的完整 性且为不可接受的增加袋内部份及任何置于其内的内容物可能遭受微 生物污染的风险。
基于这些困难，需要提供由气体可穿透的纺粘或熔粘材料与气体 实质不能穿透的片材接合而形成的聚合物之袋，此制成的袋适于承受 蒸气灭菌过程而未增加在不可穿透片材中形成针孔的风险。
发明内容
在本发明的一方面中，复合袋或套袋包括(l)第一片材，其包括 适于灭菌气体或蒸气通过但细菌实质不能穿透的聚烯烃材料；及(2)第 二片材，其包含多个结合层，该结合层包括置于第二层及第三层间的 第一层，该第一层包含聚烯烃且具有小于0.94g/cn^的密度，该第二层 及第三层包含高密度聚烯烃且具有至少0.94g/cm3的密度；其中该第一 片材及该第二片材为彼此局部热熔接，以形成界定内腔的袋或套袋， 该内腔适于容纳物件。
本发明的另一方面涉及于一方法，其包括步骤[A]热结合多个(l) 第一片材至(2)多个气体实质不能穿透的第二片材，第一片材包括适于 灭菌气体或蒸气通过但细菌实质不能穿透的聚烯烃材料，第二片材包 含多个结合层，该结合层包括置于第二层及第三层间的第一层，该第 一层包含一聚烯烃且具有小于0.94g/cm3的密度，该第二层及第三层包 含高密度聚烯烃且具有至少0.94g/cr^的密度，以形成多个各自且周边 密封的复合袋，每一袋具有适于容纳物件的内腔，该多个第二片材为细菌实质不能穿透的；及[B]将该多个袋进行高压釜蒸气灭菌过程，其 包括将该多个袋的每一袋暴露于温度为至少约125T的蒸气下达足够 时间，以对内腔及置于其内的内容物灭菌；其中，接着蒸气灭菌步骤
之后，每第二片材保持为无针孔且细菌实质不能穿透的。
本发明的其它方面、特征及实施方案可由后文的详细描述及权利 要求书而充分显见。
本发明的实施方案可配合说明该实施方案的前文中的描述及附图 而可最好地了解，大致而言，在图中，相似的编号代表相似的元件或 结构。在遍及不同的图中相同的编号表示相同的元件。除非特别指明， 否则所有的图并未按照实际比例绘制。
图1A说明三层的截面组装件，S卩，由中央、挠性低密度聚烯烃核
心层置于二高密度聚烯烃层间所形成复合片材，适于用以形成气体不 能穿透复合层，该复合层可用在适于蒸气灭菌作用的高完整性复合袋。
图1B说明由图1A的三层组装的复合片材的截面图。
图2A为说明本发明的一实施方案的可灭菌袋的前视图，此袋具有
气体不能穿透复合片材(如图1A-1B的片材)，该复合片材沿其三周边具
有局部热粘密封至气体可穿透的纺粘或熔粘片材气体可穿透的纺粘或
熔粘片材材料。
图2B为说明沿图1A线"B" - "B"的截面的袋截面图。
图2C说说明图1A-1B的袋，其进一步包括沿在该气体不能穿透
复合片材及该气体可穿透纺粘或熔粘片材间的第四边的密封。
具体实施例方式
本发明涉及适于灭菌作用的复合袋或套袋的多种方面，及其相关 方法。复合袋由气体可穿透(例如，优选为非织造材料，如纺粘或熔粘 材料)聚烯烃材料片材结合至气体实质不能穿透片材而形成，该气体实
8质不能穿透片材包含具有密度小于0.94g/cm3的聚烯烃的第一层，且该 第一层置于包含高密度聚烯烃且具有至少0.94g/cm3的密度的第二层及 第三层间。聚乙烯材料为用于元件的多种部份的优选聚烯烃，且纺粘 或熔粘聚乙烯膜优选用作第一片材，高密度聚乙烯(HDPE)膜优选用作 第二片材的第二及第三层，及低密度聚乙烯(LDPE)或茂金属线性低密 度聚乙烯(LLDPE)膜优选用作第二片材的第一层(置于第二及第三层的 中间介质层)。虽然LDPE因为具有低于蒸气灭菌作用循环的目标温度 125'C的熔点而似乎并不适于蒸气灭菌作用，但包围第二片材的LDPE 核心的LDPE层对LDPE核心提供足够的抗热性以承受此循环。此 LDPE中心层为高度挠性的，且允许该制成的三层复合片材在蒸气灭菌 作用期间抗拒应力引起的弯曲，且因此保持为无针孔及实质细菌不穿 透的。
在说明书中"一实施方案"、"实施方案"、"优选实施方案" 等为指描述的实施例可包括一特定特征、结构或特性，但每一实施例 不必要包括特定特征、结构或特性。再者，此等词并不必要论及至相 同实施例。此外，除非特别指明，当在一实施例中描述的特定特征、 结构或特性，在本领域技术人员的知识中可认为此特征、结构或特性 可发生在其它实施例中。
如本文中所用，"聚合物" 一词包括但不限于均聚合物、共聚物， 如，嵌段、接枝、无规及交替共聚物，三共聚物等，及其掺合物及和 改性物。此外，除非另外特别限定，"聚合物"一词应包括材料全部可能 的几何构型。这些构型包括但不限于全同立构、间规立构及无规立构。
如本文中所用，"茂金属聚合物"一词意指聚合物材料是借助至 少乙烯使用茂金属或几何限定催化剂(一种有机金属复合物)为催化剂 的聚合作用所产生的。如本文中所用，"非织造材料"及"非织造料 片"一词意指未经编纺或针织过程制作的纤维材料及纤维材料料片。如本文中所用，"纺粘纤维" 一词意指小直径纤维，其借助经多 个具有圆形或其它构造的喷丝头的细毛细管挤出熔融的热塑性材料成 细丝而形成，而挤出的细丝的直径接着可迅速减小。
如本文中所用，"融吹纤维" 一词意指借助经由多个细(通常为圆 形)冲模毛细管挤出熔融的热塑性材料成为熔融股线或细线进入渐縮高 速加热气体(例如，空气)流中，其使熔融的热塑性材料的细线变细以减 少其直径，其可被减少至微纤维直径(平均微纤维直径不大于约100微 米，例如具有约0.5微米至约50微米的平均直径，更特别地，微纤维
可具有约4微米至约40微米的平均直径)。
如前文所述，根据本发明，复合袋或套袋的一部份包括气体实质
不能穿透片材，该气体实质不能穿透片材包含具有密度小于0.94g/cm3 的聚烯烃的第一层，该第一层置于包含高密度聚烯烃且具有至少 0.94g/cn^的密度的第二层及第三层间。图1A-1B说明该片材15，其由 将第一低-密度核心层ll置于高-密度聚烯烃材料的第二层12及第三层 13间而组成。每一层11-13分别具有二表面，11A-11B、 12A-12B及 13A-13B。图1A显示三层11-13的组成视图。这些层11-13优选为沿 其表面热结合，即，第一层11的一表面IIA粘合至第二层12的一表 面12B，且第一层11的另一表面11B粘合至第三层13的一表面13A， 以形成具有第一表面15A及第二表面15B的实质连续的复合片材15， 如图1B中所示。可使用任何合适的加热方法如在平台间层压加热法或 其相似法，以形成复合片材15，在该加热期间可选择同时使用压力来 协助。此加热优选在足以熔融至少一部份的第一核心层11的温度下进 行以获得沿接触层11、 12及11、 13的各自表面IIA、 12B及IIB、 13A 的材料的互相渗透。该制成的片材15适于局部接合(优选以加热方式) 至气体可穿透第一片材以形成袋或套袋30，如图2A-2C中所示。在一 实施例中，层11-13包括40微米厚度的ULDPE第一层11粘合于30 微米厚度的HDPE第二及第三层12、 13间。在另一实施例中，层11-13 包括50微米厚度的ULDPE第一层11粘合于50微米厚度的HDPE第二及第三层12、 13。
图2A说明气体可穿透片材20及气体不能穿透复合片材15组合而 成的可灭菌袋或套袋30的前视图。如图2A所示，袋30包括相邻于其 周边的局部密封32、 34、 36，留下沿该袋30的第四边为二层未密封， 此允许被灭菌的物件被插入至由二片材15、 20间形成的内腔40(如图 2B中所示)中。图2B为说明沿图2A的袋或套袋30沿线"B" - "B" 线的截面图且显示相邻于袋或套袋下侧的密封32。图2C说明图2A-2B 图的袋或套袋30的前视图，但该袋进一步包含相邻于其第四侧的密封 38，以密封内腔40(如图2B中所示)及任何置于内腔40的被灭菌物件(未 示出)。此制成的袋或套袋30允许气体或蒸气(例如，蒸气、环氧乙烷 等)经过多孔片材20穿透至内腔40，但实质不穿透细菌及类似的微生 物的污染物。此微生物的不穿透性即使在袋于至少125"温度的高压釜 蒸气灭菌下仍能被保持，因为复合层15在此条件下具有高度抗针孔形 成性。
申请人进行多种测试以比较每一具有完全由HDPE组成的最初不 可穿透片材的可蒸气灭菌袋("传统袋")的完整性与根据本发明的每一 具有不可穿透复合片材与较低密度核心层的可蒸气灭菌袋("本发明袋") 的比较。
比较测试作以三种由不同起始材料组成但具有相同构造的可蒸气 灭菌袋各二十个进行。第一袋形式("传统袋1")包括厚度为110-260 微米(依据制造商规格)的可穿透DuPont TyvekTM级S-1073B纺粘聚乙 烯片材，其以至少1.5毫米宽密封局部地及周边地粘合至27微米厚的 HDPE的三层式、表面粘合层组成的片材上。第二袋形式("本发明袋1") 包括相同的可穿透DuPont TyvekTM级S-1073B纺粘聚乙烯片材，但其 局部地且周边地粘合至一片材上，该片材由40微米厚度UDLPE层夹 在且表面粘合于二30微米厚度的HDPE层间组成。第三袋形式("本发 明袋2")包括相同的可穿透DuPont TyvekTM级S-1073B纺粘聚乙烯片材，但其局部地且周边地粘合至一片材上，该片材由50微米厚度
UDLPE层夹在且表面粘合于二 50微米厚度的HDPE层间组成。全部 60个袋子进行高压釜蒸气灭菌作用，其包括在真空应用后接着导入约 125。C蒸气。在灭菌作用之后，所述袋在预期的气体不能穿透片材上进 行针孔测试。在20个"传统袋l"型式的样品中，发现IO个袋在HDPE 片材上形成针孔。相对地，在所有剩余的40个试样中未发现针孔，其 包括"本发明袋l"的20个袋及"本发明袋2"的20个袋。
进行另一可蒸气灭菌袋中双重包装物件的袋型式的比较，即，每 一物件置于内部可蒸气灭菌袋，而每一内部可蒸气灭菌袋置于外部可 蒸气灭菌袋中。二型式袋各制作10个双重袋试样。 一袋型式(传统袋 2)包括可穿透DuPont TyvekTM级S-1073B纺粘聚乙烯片材，其局部地 及周边地粘合至HDPE的三夹层且表面粘合层组成的片材上。另一袋 形式("本发明袋3")包括相同的可穿透DuPont TyvekTM级S-1073B纺粘 聚乙烯片材，其粘合至由ULDPE核心层夹在及表面粘合至二层HDPE 间而组成的气体不能穿透片材。在每一情况中，待灭菌物件置于双重 袋的应用形式中--不论是"传统袋2"或"本发明袋3"-以制作双重袋试 样。每一含有物件的双重可蒸气灭菌袋进行在相同的高压釜122.(TC下 60分钟的灭菌作用循环。在蒸气灭菌作用循环完成后，含有物件的袋 置入运送箱中且进行ISTA 1A掉落及振荡测试(包括根据ASTM D 999-01的装置部份的振动测试及根据ASTM D 5276-98的装置部份的 自由落体测试)。此后，物件由袋中取出，且在袋的想要不穿透的部份 进行针孔及拉伸力测试。所有测试的袋皆通过拉伸力测试的至少 20N/15mm的可接受标准。在任何前述的内袋中未发现有针孔形成。但 在前述的外袋中，IO个传统型式袋中的7个(g卩，70%)被报道气体不能 穿透片材呈现针孔，同时"本发明袋3"型式的气体不能穿透片材未(即， 0%)呈现任何针孔。
此制成的袋或套袋30非常适于蒸气灭菌作用，虽然在多层片材2 中使用低密度聚烯烃材料，因为此制成的片材2与由HDPE组成的片材相比具有增进的挠性，且因此可抗拒针孔的形成。
基于Huynen的'745及'755专利教导，对于非穿透性的多层片材 的合适的密度范围为介于0.94至0.96g/cm3间，且基于许多低密度聚烯 烃(例如，低密度聚乙烯)材料具有太低的软化温度以致无法承受在约 125"C或更高的蒸气灭菌作用的事实，惊讶的发现，本发明的优点在于 可蒸气灭菌袋的气体不能穿透片材中并有低密度聚乙烯的复合片材不 仅为可使用的，且在消除针孔特点上亦赋予实质改进效能，此针孔在 蒸气灭菌作用期间可能产生。
虽然本文已配合本发明的特定方面、特征及示范性实施例详述如 上，但可了解本发明的实用性并未因此而受限，且本领域技术人员可
基于本发明公开内容的教导而延伸及涵盖多种其它变化、修改及可替 代性的实施例。因此，本文中所请求的本发明范围应宽广地说明及解 释，以涵盖在本发明精神及范畴内的所有变化、修饰及可替代性实施 例。
权利要求
1.复合袋或套袋，其包括第一片材，其包括适于允许灭菌气体或蒸气通过但细菌实质不能穿透的聚烯烃材料；及第二片材，其包含多个结合层，该结合层包括置于第二层及第三层间的第一层，该第一层包含聚烯烃且具有小于0.94g/cm3的密度，该第二层及第三层包含高密度聚烯烃且具有至少0.94g/cm3的密度；其中该第一片材及该第二片材为彼此局部热熔接以形成界定内腔的袋或套袋，该内腔适于容纳物件。
2. 如权利要求l所述的袋或套袋，其中该第一片材包括纺粘或熔 粘聚烯烃片材材料。
3. 如权利要求l所述的袋或套袋，其中该第一片材包括纺粘或熔 粘聚乙烯片材材料。
4. 如权利要求l所述的袋或套袋，其中在该第二片材中的该第一 片材为周边密封，以界定适于容纳物件的内腔。
5. 如权利要求l所述的袋或套袋，其中该第一层包括低密度聚乙烯。
6. 如权利要求l所述的袋或套袋，其中该第一层包括茂金属线性 低密度聚乙烯。
7. 如权利要求l所述的袋或套袋，其中每一该第二层及该第三层 包括密度介于约0.94g/cm3到约0.96g/cm3范围内的高密度聚乙烯。
8. 如权利要求l所述的袋或套袋，其中该第二层的熔融温度低于,125 °C。
9. 一种方法，其包括热结合多个(1)第一片材至(2)多个气体实质不能穿透第二片材，该 第一片材包括适于允许灭菌气体或蒸气通过但细菌实质不能穿透的聚 烯烃材料，该第二片材包含多个结合层，该结合层包括置于第二层及 第三层间的第一层，该第一层包含聚烯烃且具有小于0.94g/cmS的密度， 该第二层及第三层包含高密度聚烯烃且具有至少0.94g/cm3的密度，以 形成多个各自且周边密封的复合袋，每一袋具有适于容纳物件的内腔， 该多个第二片材为细菌实质不能穿透的；及将多个袋进行高压釜蒸气灭菌过程，包括将该多个袋的每一袋暴 露于温度为至少约125'C的蒸气中达足够时间，以对内腔及置于其内的 内容物灭菌；其中，接着蒸气灭菌步骤之后，每一第二片材保持为无针孔且细 菌实质不能穿透的。
10. 如权利要求9所述的方法，其中该多个袋包括至少IO个袋。
11. 如权利要求9所述的方法，其进一步包含步骤热结合该第 一层、该第二层及该第三层，以形成该多个第二片材。
12. 如权利要求9所述的方法，其中该多个第一片材包括纺粘或 熔粘聚烯烃片材。
13. 如权利要求12所述的方法，其中该多个第一片材包括聚乙烯。
14. 如权利要求9所述的方法，其中该第一层包括低密度聚乙烯。
15. 如权利要求14所述的方法，其中该低密度聚乙烯包括茂金属 线性低密度聚乙烯。
16. 如权利要求9所述的方法，其中该第二层及该第三层包括密度介于约0.94g/cm3到约0.96g/ci^范围内的高密度聚乙烯。
17. 如权利要求9所述的方法，其中该第二层的熔融温度低于125。C。
18. 如权利要求9所述的方法，其中该蒸气灭菌步骤包括施用低于大气压的压力至该多个袋。
全文摘要
本发明公开了一种在温度为至少约125℃的可灭菌复合袋或套袋，其包括第一片材，其包含气体能穿透但细菌不能穿透的聚烯烃材料；第二片材，其包含置于第二层及第三层间的第一层，该第一层包含聚烯烃且具有小于0.94g/cm<sup>3</sup>的密度，该第二层及第三层包含高密度聚烯烃且具有至少为0.94g/cm<sup>3</sup>的密度，该第一片材及该第二片材为彼此局部热熔接以形成界定内腔的袋或套袋，其中该内腔适于容纳物件。本发明另外公开了一种方法，其包括热粘合这些层以形成多个袋；及将该多个袋进行高压釜蒸气灭菌过程，其中每一第二片材在之后保持为无针孔且细菌实质不能穿透的。
文档编号B65D30/08GK101516738SQ200780035558
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月24日 优先权日2006年9月25日
发明者史蒂文·瓦恩哈梅尔 申请人:高级技术材料公司