Alors que le monde attend les vaccins COVID-19, certaines sociétés pharmaceutiques se tiennent armées et prêtes avec une amélioration passionnante: de meilleurs flacons pour contenir les doses. Les flacons n’ont pas beaucoup changé au cours des 100 dernières années, mais en 2011, Corning a décidé de faire quelque chose à ce sujet. Ils ont commencé à développer un verre alternatif capable de résister aux dommages et d’éviter les fissures. Il s’appelle le verre Valor, et c’est une substance incroyablement forte. Pensez au verre Gorilla pour l’industrie médicale.

Traditionnellement, les flacons pharmaceutiques ont été fabriqués à partir de verre borosilicaté, qui est le même matériau de laboratoire que le Pyrex de Corning. Le verre borosilicaté tire sa force de l’ajout de bore. Bien que le verre borosilicaté soit assez résistant, il présente certains problèmes. Tout type de verre est aussi résistant que ses défauts, et les verres en borosilicate sont sujets à certains défauts particulièrement limitant la résistance. Le verre pharmaceutique doit résister à des températures extrêmes, de la chaleur élevée du processus de fabrication des flacons au processus de lyophilisation extrêmement froid et à la température de stockage requise par l’ARN viral fragile de certains vaccins COVID-19. Voyons comment les flacons en verre Valor relèvent ces défis.

Éliminer les dommages et le délaminage

Des flocons de verre borosilicaté flottent dans le flacon. Image via Corning Incorporated

Le plus gros problème avec les flacons de borosilicate au-delà de la rupture est qu’ils ont tendance à se délaminer à l’intérieur, ce qui signifie que de petits morceaux de verre s’écaillent à l’intérieur des flacons et contaminent le médicament. Pendant la phase de conversion, où de longs tubes de verre sont séparés et les extrémités scellées dans des flacons, le bore s’évapore du réseau de verre et laisse des dépôts de borate de sodium à l’intérieur du tube. Lorsque le flacon est rempli de médicament, des éléments tels que le sodium, le silicium et le potassium sont lessivés du verre et dans la solution.

Corning a dépensé des millions de dollars pour mener une étude approfondie et a déterminé que le bore lui-même était la cause principale de la délamination. Ainsi, après avoir passé au peigne fin le tableau périodique et mélangé divers éléments avec de la silice, ils ont proposé une alternative sans bore qui utilise de l’oxyde d’aluminium pour la résistance.

Les flacons passent par plusieurs étapes de production, du verre brut à la dose immédiate, et chaque étape présente une possibilité de dommages. Des lots de médicaments intraveineux sont créés au cours d’un processus appelé lyophilisation, qui est un processus de lyophilisation en trois étapes. Les médicaments se dilatent à des rythmes différents au cours du processus de lyophilisation, et ces expansions génèrent des contraintes supplémentaires dans les flacons.

Un autre problème avec le verre borosilicaté est la poussière générée sur la ligne de production. Tous ces flacons debout épaule contre épaule frotteront ensemble au fur et à mesure qu’ils se déplacent le long de la ligne, générant des particules qui peuvent ruiner des lots entiers. Le verre Valor a un revêtement spécial avec un faible coefficient de frottement qui réduit la poussière à presque rien.

Les flacons Valor peuvent résister à environ 1 000 livres de force. Image fournie par Corning

Trucs forts

Le plus impressionnant du verre Valor est sa force. Dans cette vidéo, un flacon de borosilicate ordinaire se brise sous seulement 20 kg de force. Mais ce super verre qui porte bien son nom peut résister à une force d’environ 1000 livres, ce qui le rend cinquante fois plus résistant que le verre borosilicaté.

Après le processus de conversion qui coupe et façonne les tubes de verre en flacons, les flacons sont immergés dans un bain de sel fondu pour la ténacité. Au cours de ce processus, les atomes de potassium de la saumure s’échangent avec des atomes de sodium dans le verre, et ce processus de fortification est ce qui donne à Valor sa force. Corning a à l’origine développé ce procédé pour le verre Gorilla – rendu célèbre par son utilisation dans les écrans de smartphone résistants aux rayures et aux chocs – un matériau qui est tout aussi herculéen. Les flacons sont ensuite rincés et recouverts d’un polymère qui réduit considérablement la poussière de verre lorsque les flacons se heurtent.

Pour évaluer la force des flacons Valor, Corning a effectué des tests de congélation-décongélation approfondis au cours desquels ils ont refroidi les flacons de la température ambiante à -100 ° C en l’espace d’une minute environ, puis ont laissé les flacons décongeler à température ambiante au cours du prochain douze heures. Ils ont traité et rempli les flacons de mannitol, un médicament qui se dilate de manière assez agressive pendant le processus de congélation-décongélation. Lorsque le mannitol cristallise, il produit une contrainte de traction élevée dans les flacons et les rend susceptibles de se fissurer et de se casser. Les flacons Valor sont «au moins 40 fois moins susceptibles de se briser que les flacons de borosilicate dans des conditions de congélation-décongélation» (PDF) car leur composition et leur bain de sel fondu les aident à maintenir leur résistance tout au long du processus de lyophilisation.

Le verre Valor a des couches de tension et des couches de compression, et les fissures qui se produisent dans la couche de tension ne se propagent pas au reste du flacon comme elles ont tendance à le faire dans les verres en borosilicate. Le verre Valor se cassera toujours avec suffisamment de force, de sorte que la composition et le processus de recuit empêchent réellement les fissures de se développer et de se transformer en cassures.

Au cours de l’été, Corning a reçu une subvention de 204 millions de dollars du gouvernement américain pour développer la fabrication de flacons Valor dans le cadre de l’initiative Operation Warp Speed. Et ils ne sont pas les seuls à rechercher de nouvelles solutions d’emballage. Une autre société appelée SiO2 Materials Science produit également une alternative au borosilicate qui est un conteneur hybride – du plastique doublé d’un mince revêtement semblable à du verre qui «élimine les principaux problèmes du verre et du plastique lorsque ces matériaux sont utilisés seuls». Eh bien, nous avons besoin de tous les flacons que nous pouvons obtenir.

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