今年3月，震惊全国的“山东疫苗事件”引起社会的广泛关注，疫苗未经严格冷链储存运输销往全国18个省市，给社会造成了极大的不良影响。疫苗作为一种特殊的药品，在运输、储存等过程中都有严格的冷链要求。为保证疫苗被最大程度地利用，保持其最长的有效期，各国都将疫苗的储存和运输温度定为2～8℃，其中脊灰减毒活疫苗适宜的储存温度为-20℃。可见，冷链储存运输对保证疫苗的功效至关重要，体外诊断试剂同样如此。希望本文介绍的无源温控包装解决方案可以为医疗器械冷链安全提供保障。

    无源温控包装的优势

    现阶段，医疗器械试剂生产企业普遍面临两大问题：一是试剂分发量小，无法使用有源温控冷链定点配送;二是试剂冷链配送最后一公里存在冷链盲区。也就是说，目前试剂类药品的市场占有率严重不均衡，国外巨头与国内领头企业占据了医疗器械体外诊断试剂60%以上的市场份额，剩下几千家中小企业的日均发货量不足50箱，而且终端用户分布不集中，企业无法使用有源温控包装进行定点配送。另外，在整个冷链物流过程中，第三方物流在一线城市已经能够满足全程冷藏运输的要求，但是在二、三线城市的冷藏运输中，还无法满足最后一公里运输要求。

    针对以上问题，无源温控包装发挥了其应用优势。无源温控包装箱内的温度场分布经过验证合格，配合一套有效的温度监测、储存、查询、报警通知系统，可解决中小试剂公司的冷链性能达标合规。我公司所使用的ONEPAC无源温控技术，具有更高效的温度绝缘特性，其聚冷强度能最大化保持长效的温控效率和抵御严酷的运输、储存环境，并能循环使用，足以应对48～72小时的冷链运输业务，无源温控包装结构如图1所示。

图1无源温控包装结构

    无源温控包装设计

    1.保温材料的选择和温控时效设计

    无源温控包装一般都会同客户一起来预算和评估满足温控要求的运输时效，从而帮助客户选择经济型的保温材料和长效型材料，甚至超长效型材料。目前可供无源温控包装应用的常用工程材料有聚苯乙烯、聚丙烯、聚氨酯等，也有一些超隔温材料也在逐步进入工程应用，比如真空板与气凝胶。

    根据无源温控包装的尺寸和温控时效设计蓄冷配置，定制100%匹配的蓄冷相变材料。无源温控包装需要多种温区与聚冷形态的蓄冷相变材料，以实现不同的温区要求。医疗器械体外诊断试剂常用的蓄冷温区为-30～22℃，根据产品特性，其包装载体形式大致有冰袋、冰盒和冰板等形式，可供设计选型。

    无源温控包装时效设计应通过温控包装系统热阻及蓄冷剂热交换的定量计算，建立无源温控包装温控时效的设计与配置。为设计简化，一般在设计时以温控包装内蓄冷剂的相变潜热作为冷量耗散总源，并近似地认为能力交换在温控箱中的传递过程为稳态传热过程，温控系统在一定时间内进行的热力学交换量可由傅里叶导热定律导出：

    Q=KAΔT/d(公式1)

    其中，Q为热量;K为导热率;A为接触面积;d为热量传递距离;ΔT为温度差。

    假定温控箱内外接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并到达另一端与外界环境维持能力交换。根据测试并计算出一个材料的热阻值R，计算公式如下：

    R=AΔT/Q(公式2)

    将公式1和公式2合并，可以得到K=d/R。因为K值相对于同一选定好的保温材料是不变的，由此可以得出热阻R值与材料厚度d成正比关系。也就说，材料越厚，热阻越大。但很多导热材料的热阻值R，与材料厚度d并不完全成正比关系，而是会出现非线性变化。这是因为导热材料大都不是由单一成分组成，因此相关的热阻值还需由专业的仪器设备进行测定。

    傅里叶导热方程式是一个完全理想化的公式，有助于我们理解导热材料的原理。但在实际应用中热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式来完善所有环节中可能出现的问题。

    选择什么样的导热材料用于无源温控包装设计，理论上来讲是一件很困难的事情，很难通过一些简单的数据来准确计算，更多的是依靠测试和数据分析，同时还要做好温控性能的验证。如果测试能达到产品要求的理想效果，就是最为合适的无源温控包装方案。建议贵重的温度敏感型药品试剂不要冒险使用温控性能不达标或者未经验证的温控包装方案。

    2.案例分享

    下面，以某公司委托我公司为其IVD试剂设计的无源温控包装解决方案来具体说明，其温控需求规格参数如下：蓄冷介质：UDAPCM材料;保温隔热材质：UDA-EPS;温控温区：箱内2～8℃;适用外部环境温度：30±2℃;温控时效：>48小时。

    基于公式1和公式2，同时根据温控测试数据分析，为保持温控箱内2～8℃温控时效不低于48小时，将蓄冷源等量换算为标准UDAPCM冰盒6块。考虑内部冰盒的堆码方式，优选方案为4-2矩阵，同时为了热力学分布的需要，设计温控系统内部尺寸为480mm×350mm×260mm，其中内高260mm为可扩展高度，针对未来更长效的保温需求，为加高留有可置换储冰空间。

    同时考虑运输过程中的缓冲与冲击，在保温系统外部设计防护结构，使用BC型瓦楞纸箱作为外部防护;考虑使用易用性，在两侧设置有提手孔，方便提用，设计效果如图2所示。

    此外，按照温控设计技术要求预备包装材料，模拟运输环境下的温控方案验证，对照《医疗器械冷链(运输、贮存)管理指南》相关要求，参考ASTMD3103《运输包装件保温性能标准测试方法》和《药品冷链保温箱通用规范》相关标准进行标准温控性能验证，验证结果为标准温区内温控时效60小时，达到温控时效，预备12小时的超时效是为了应对物流配送中的签收延误。