醫(yī)用一次性注射器的穩(wěn)定性和安全性在生產中面臨的挑戰(zhàn)之一也許是不銹鋼針管和塑膠針栓之間的裝配。該接頭對注射器的安全性至關重要，尤其是用于皮下注射和活組織檢查的針頭、注射器、蝶型針頭的輸液裝置、采血針和其他相關器械。上述應用中，針栓和針管裝配不良可能導致體液外流、藥物失效，甚至是醫(yī)療器械的損毀，這些情況對患者和醫(yī)護人員都極度危險。注射器的損毀會導致患者注射時產生強烈痛感或出血、使用過程中密封性失效、注射無法完成以及其他危險的并發(fā)癥。
市面上大部分針栓和針管連接的設計都使用了高粘接力、粘接效果牢固的膠粘劑。以往，制造商們使用復雜且極度耗時的工藝制備注射器，如采用閉鎖以及嵌入設計，但是均不能杜絕藥液泄漏現(xiàn)象，且外觀不佳。現(xiàn)在的注射器生產則普遍使用膠粘劑，包括環(huán)氧樹脂、速干膠和光固化膠粘劑等。
裝配時，不銹鋼針管或針頭穿過圓柱形針筒插入針栓中，針栓的直徑一般略大于針管。針栓和針筒的接合處為插入起點，從針栓的中心穿出去，四周可附著膠粘劑。接頭設計對于針栓和針管的組裝至關重要。合適的設計和膠粘劑相配合，能確保注射器具有良好的密封性，注射液體不會滴漏或隨意流動，在使用過程中針頭能順利推動或拔出。
一、探尋“合適”的粘接工藝
目前，在針管的連接中可使用不同的粘接工藝，以實現(xiàn)高強度連接、密封和縫隙填充等效果。小批量人工組裝時，使用雙組分環(huán)氧樹脂和速干膠均可確保針管和針栓的牢固連接。但是，環(huán)氧樹脂需要數(shù)小時才能穩(wěn)定和固化，耽誤其他部件的組裝以及注射器的生產時間。相比之下，速干膠的固化速度快很多，卻導致沒有時間調整部件的位置和確認部件的連接是否合適。當前，生產商趨于使用速干膠，但粘接處附近會變白，對注射器的潔凈外觀造成負面影響。
粘接部位、彩色注射器針栓
量產注射器時，紫外光/可視光固化膠粘劑的熱固聚體在數(shù)秒內固化，粘接金屬和塑料等不同基材。這些單組分膠粘劑在適當?shù)墓鈴姾筒ㄩL的光照下即可快速固化，縮短制造周期。膠粘劑調制時可添加熒光性能，方便檢測粘接處的施膠狀況及用膠量（圖1A）。一些膠粘劑還具有變色性能，生產商通過肉眼觀察即可確認其固化程度。
光固化膠粘劑的形態(tài)從毛細滲透（牛頓流體）到觸變凝膠不等。根據基材顏色、針栓固定深度和基材抗紫外線強度等不同條件，固化時間從2秒到20秒不等。固化效果取決于針栓的組裝位置（頂部或兩側）、膠粘劑成分、固化設備以及固化時間，針栓的整體設計也起到一定作用。膠粘劑的配方決定了膠粘劑固化后的柔韌性，或堅硬，或柔軟有韌性。膠粘劑同時具有耐高溫性和耐化學性。
市面上的光固化膠粘劑選擇眾多。選定合適的針頭粘接膠粘劑時要考慮多項因素，例如針頭的設計和生產流程。膠粘劑的粘度，即膠粘劑在四周部件中流動能力的讀數(shù)，適用于所有生產流程。一般認為流動性高的牛頓流體粘度低，其cP值也低（例如100cP）。膠粘劑越粘稠或流動性越低時，cP值越高。例如，粘稠的牛頓流體膠粘劑的粘度接近5,000cP，其觸變凝膠版本可達20,000cP。若要確保選取合適粘度的膠粘劑，部件形態(tài)、工藝過程設計、組裝方式和速度等都需要考慮在內。
二、基材選擇至關重要
所有選定的膠粘劑都應該能將不銹鋼針管和針栓基材高效牢固地粘接在一起。但是，市面上許多一次性醫(yī)用注射器生產流程中使用的塑料都難以被牢牢粘合，例如聚乙烯、聚丙烯、ABS以及丙烯酸等，它們在注型時都必須進行表面處理，才能實現(xiàn)永久性的粘合。這些難以粘合的塑料都得進行預處理，改變它們的表面結構特征，才能最終和其他材料牢固地粘接到一起。
一般采用兩種表面處理方法提高聚烯烴塑料的表面附著力。電暈放電是針頭生產中最常用的方法，它可以與自動化生產線聯(lián)機生產。氣體（如氧氣、氬氣、氦氣或空氣）在低壓狀態(tài)下被電擊激活，從而產生游離基并直接轟擊基底材料的表面，大大地提高了膠粘劑在這些材料表面的活躍度和粘接力，擴大了可涂膠的面積。但是，電暈放電后的有效時間很短，故每個部件必須在處理后快速完成裝配。
另外一種表面處理方法等離子處理和電暈放電很相似，但是只能脫離產線操作。由于這種方法影響了生產時間，且處理后的有效操作時間很短，所以在光固化過程中一般采用的是電暈放電。不管采用哪種方法，相比于不做任何表面處理而言，都能將針頭接頭的拉伸強度提高5至10倍。
基材的顏色也會影響粘接效果。注射器針栓的顏色一般用來表明針管的尺寸（圖1B），粉色、綠色、藍色、紫色、灰色、黃色和白色都表示不同的針管外徑。使用光固化膠粘劑的注射器生產商應了解基材塑料的顏色會影響透光度，使用光可穿透針栓到達針頭的半透明有色塑料。市面上有一些特別適用于粘接彩色或者透明度較差的基材的膠粘劑。
此外，對針管表面進行處理亦可提高粘接強度。最常見的針管表面處理方法是噴砂或者微噴砂。這種精密微細加工技術可以清理針管表面微小的金屬、污漬并打磨表面。進行表面加工時，微噴砂使用50微米的氧化鋁來粗化針管表面。此時涂膠，針管表面的潤濕性和粘附性均得到提高。
三、接頭設計的注意事項
針栓和針管組裝的接頭需使用膠粘劑，接頭的機械強度可以采用拉伸強度測試來測定。這種拉伸強度測試可以在注射器生產過程中進行，也可從生產完后的產品進行隨機抽樣檢測。常規(guī)的測定會用氣動夾子將不銹鋼針頭夾住，然后在針頭和針栓的接頭施加拉力。測定時，拉力會逐漸增強，直到達到接頭設計的承受的最大拉力，或者達到能讓接頭損毀的拉力。盡管此方法不夠精確，至少產品不應該失效，或者粘接強度應該超過基材的強度，當基材料在高拉伸力作用下，接頭不應有所損傷。
圖1C所示為針管和針栓組裝的剖面圖。不銹鋼針管通常從注射器針筒底端穿過針栓的中心，從針栓用膠粘劑固定針頭的井狀結構出來。針栓的接合長度越長，接點的拉伸強度越大。
針管的尺寸也會影響拉伸強度。針管直徑越大，其周長越短。接點的接觸面積隨而減少，會導致整體的拉伸強度降低。因此，針管直徑越小，粘結強度越高。
針管和針栓接點設計剖面圖
膠粘劑在針栓的井狀結構中固化，將針頭固定住，這種井狀結構的設計可以幫助提高拉伸強度。實際上，最好的設計應當是能讓膠粘劑輕易流延至針管四周，讓針管和針栓表面緊緊地粘合在一起。針栓的井狀結構徑口越寬，膠粘劑的粘接面積越大，膠粘劑也越容易滲入并填充滿井狀結構。井狀結構越深，拉伸強度越大。圖2A所示為常見的井狀結構，針栓穿過末端繼續(xù)延伸至針筒。該圖中的井狀結構足夠大，完全可以滿足中等粘度膠粘劑的填充要求。
圖2B所示為圓柱形井狀結構，針管和針栓的間隙直徑很?。ㄐ∮?.1mm）。圓柱形井狀結構和針頭貼合緊密，只需要粘度較低、滲透性較好且對兩種基材都具有良好粘接力的膠粘劑即可達到粘接牢固。一般來說間隙直徑約為0.002至0.006英寸。間隙直徑越小，接點的損毀率越大。
圖2C為膠粘劑形成的機械鎖結構，提高了接點拉伸強度。環(huán)形凹槽一般位于井狀結構的內壁或者中間。凹槽深度范圍一般在0.127至0.2mm之間。
中低粘度的膠粘劑滲入凹槽后再固化，在針管和針栓的內壁之間形成一個機械鎖。凹槽設計有效提高接點的拉伸強度，大幅降低了注射器的損毀率。
四、點膠、流延及固化條件
在針管插入針栓前或插入后均可施膠。若在針管插入針栓前點膠可確保膠粘劑涂覆在適當?shù)奈恢?，當針管插入針栓時膠粘劑會流延至井狀結構和針栓中心。使用3,000至30,000cP的高粘度膠粘劑，它會依附在針管表面，在插入針栓之前不會流失。而且在固化前不需要預留任何滲入或流延的時間。
若在針管插入針栓后施膠，使用20至3,000cP的低粘度牛頓流體膠粘劑效果最佳，因為它們可快速滲入到針栓和針管的接點中?？傮w來說，粘度越低的膠粘劑流動速度越快，有效覆蓋間隙和井狀結構。例如，當注射器針管和針栓的接頭間隙為0.002英寸，500cP粘度的膠粘劑在5至10秒內就能完全滲入并固化，相反，9000cP的膠粘劑則需要4分鐘才能完全滲入同樣的空間。但是，流動時間是把雙刃劍，因為膠粘劑必須在涂覆后快速固化，而在固化完成前膠粘劑可能會出現(xiàn)滲漏。
若使用觸變型膠粘劑，生產商可以在針栓下方制造真空環(huán)境加速膠粘劑的流動。真空環(huán)境可以將膠粘劑快速帶至井狀結構的內徑，大幅縮短流動時間至幾秒。而高粘度的牛頓流體膠粘劑，可采取加熱膠粘劑或粘接區(qū)域來加快膠粘劑的流動速度。例如，粘度為850cP的牛頓流體，加熱到50攝氏度時粘度降至150cP，流動時間也可大幅縮短。膠粘劑冷卻后并流延至針栓的井狀結構并恢復到原有的粘度，在固化前滲漏的可能性較小。
膠粘劑的流動時間受到流變學和基材表面能量的影響，注射器生產商應當測試真實部件以確定實際的流動時間，而不是根據膠粘劑生產商提供的理論數(shù)據進行推斷。
膠粘劑的固化和檢測
膠粘劑充分涂布于針栓和針管設計中所需填補的間隙后即可進行固化（圖3A）。光固化膠粘劑必須暴露在適當?shù)墓鈴姾筒ㄩL的光源下才能徹底固化。固化所需時間又稱作膠粘劑的固化速度，主要依賴于光源、溫度、等等。通常光固化膠粘劑的固化速度在2至20秒之間，主要取決于設備/膠粘劑的組合、固化面積和固化深度。
膠粘劑有時會發(fā)粘，因為空氣中的氧氣抑制膠粘劑表面的固化。若想解決該問題，注射器生產商可在固化時注入氮氣（或其他惰性氣體），或根據膠粘劑中光引發(fā)劑的吸光度匹配合適的光源提高輻射度。
五、部件檢驗/在線檢測
針頭生產商經常在膠粘劑固化前審查點膠流程，在固化后檢查零部件，確保施膠量是否足夠、粘接位置是否正確及固化程度是否徹底。這些檢驗流程可檢測到點膠遺漏、施膠量不足、用膠過量、氣泡產生、針頭堵塞或損壞的問題。
如今，許多光固化膠粘劑配制時采用的工藝，可讓人靠肉眼觀察或自動化視像系統(tǒng)識別出施膠位置。一些含有顏色變化技術的膠粘劑在固化前呈現(xiàn)明亮的顏色（例如藍色），固化后變?yōu)橥该鳠o色。有色膠粘劑能夠很容易被識別，以此確定膠水是否填滿縫隙及用量是否合適。從藍色變?yōu)闊o色，這種類型的膠粘劑讓生產商清楚地了解固化是否充分，粘接位置是否正確。
一些特定的膠粘劑中還添加了熒光染色劑，普通狀態(tài)下無色，暴露在365nm的黑光下才發(fā)出紅色或藍色熒光（圖3B）。發(fā)出紅色熒光的膠粘劑對于粘接塑料十分有用。例如PVC和PET，這些塑料本身帶有藍色熒光，使用后就能輕松的進行粘接檢驗。
六、消毒殺菌
一次性注射器生產后，在使用之前必須進行消毒。常用的消毒方式包括高壓滅菌、環(huán)氧乙烷（EtO）氣體滅菌以及伽馬輻射消毒。光固化膠粘劑對伽馬射線和環(huán)氧乙烷相適應。對于大部分注射器設備而言，高壓滅菌最具破壞力，因此最為有效。
很多因素都會影響針頭器械抵抗消毒滅菌的能力，例如消毒方式、膠粘劑的成分、基材的選擇、接點的設計以及針管的尺寸。
產品老化測試可以幫助生產商預計注射器經過消毒過程后的老化狀況，測試方法一般是在特定時間內將注射器置于不斷加熱的環(huán)境中，觀察其老化狀況。行業(yè)調查顯示，當聚碳酸酯針栓和22口徑的針管粘接在一起并放置在60攝氏度環(huán)境中，四周之后，大部分的光固化膠粘劑粘接力還能維持在85%。當注射器暴露在伽馬射線和EtO環(huán)境下，拉伸強度甚至可能會有些許的提高。
七、確?？煽啃?/span>
針頭粘接過程的設計需要考慮多項因素，包括確認合適的粘接工藝、基材、接點設計、過程參數(shù)（包括合適的固化設備選擇）、檢驗需求以及消毒技術等都至關重要，可有效避免產品損毀。
實際生產前，醫(yī)療設計工程師會和膠粘劑供應商的銷售、工程師、研發(fā)、技術服務團隊等合作，尋求最合適的膠粘劑，在模擬生產線上生產并測試注射器樣品。測試中包括點膠時間、固化校驗（波長選擇和固化時間）以及拉力評估等。通過在設計階段進行研究和預測試，注射器生產商可以確保產品量產過程的順利進行及產品質量。
