三層共擠體外循環(huán)泵管的制備與研究

丁友江 翟云飛 李超 雙鴿集團·上海聚民生物科技有限公司 （上海 201400）

三層共擠體外循環(huán)泵管的制備與研究

丁友江 翟云飛 李超 雙鴿集團·上海聚民生物科技有限公司 （上海 201400）

以醫(yī)用聚氯乙烯（PVC）、熱塑性聚氨酯（TPU）為主要原料，采用三層共擠制備了PVC/PVC&TPU/TPU體外循環(huán)管路的泵管，采用正交試驗優(yōu)化了三層結構，并對三層共擠的泵管進行了DEHP析出和血液相容性檢測，結果顯示，無DEHP析出，并且具有良好的血液相容性。

體外循環(huán)泵管 三層共擠 正交試驗 血液相容性

體外循環(huán)管路主要用于心肺手術和血液透析等，屬于三類醫(yī)療器械。隨著醫(yī)療技術和材料科學的不斷發(fā)展，越來越多的體外循環(huán)技術應用到臨床上[1]。實現(xiàn)這些體外循環(huán)均需要管路來提供通路，其中泵管是提供血液流動的主要動力部分，故其性能對治療療效影響較大。目前，市場上常見泵管的大多為含毒性增塑劑DEHP的PVC材質，且隨著泵管入口處壓力變化及蠕動泵反復碾壓后，血液流速也會隨之發(fā)生不同程度的變化[2]。TPU具有優(yōu)異的物理機械性能和良好的生物性能，廣泛應用于醫(yī)學領域，但由于醫(yī)用級別TPU的價格太高，應用經(jīng)濟負擔較重[3,4]。所以本文從安全性、有效性和經(jīng)濟性角度以TPU和PVC為原材料采用三層共擠技術制備了泵管，并采用正交試驗進行優(yōu)化，同時對其進行了DEHP析出試驗和血液相容性試驗，可為多層共擠泵管的生產(chǎn)和應用提供依據(jù)。

1.資料與方法

1.1 一般資料

PVC，符合GB 15593-1995輸血（液）器具用軟聚氯乙烯塑料。TPU，路博潤公司。

1.2 方法

過渡層PVC&TPU合金的制備：外層的PVC材料和內(nèi)層的TPU材料按1:1（質量比）比例混合后通過雙螺桿擠出機熔融改性制得。

泵管的擠出成型：以PVC、PVC&TPU合金、TPU為原材料，采用三臺擠出機通過自制的三層共擠模具，擠出、真空定徑、水冷等工藝制得8mm×12mm（內(nèi)徑×外徑）的泵管，通過調(diào)整各擠出機的螺桿轉速控制各層的厚度，制備泵管橫截面示圖意見圖1。

圖1. 泵管的橫截面示意圖

1.3 分析與測試

-33.3kPa壓力下流速相對偏差δ1（下文簡寫為流速相對偏差δ1）：按《YY 0267-2008 心血管植入物和人工器官血液凈化裝置的體外循環(huán)血路》5.5.10方法測試。

4h后流速相對偏差δ2（下文簡寫為流速相對偏差δ2）：常壓下，流速設為200mL/min，4h以后的流速相對偏差。

DEHP測試：選用乙醇水（密度為0.9373～0.9378 g/mL）混合液，對長度為1m的樣品進行浸提測試。

血液相容性測試：按《GB/T 16886.4-2003醫(yī)療器械生物學評價 第4部分與血液相互作用試驗》的規(guī)定進行試驗。

2.結果與討論

表1. 正交試驗和計算結果分析表

2.1 正交試驗方案

為了優(yōu)化泵管的合理結構，利用正交試驗原理設計制定試驗方案，以流速相對偏差（δ1和δ2）作為考查泵管的性能指標，研究了TPU層厚度（A）、過渡層厚度（B）、TPU硬度（C）和PVC硬度（D）四種因素。結合實際，擬定各因素為3水平，正交試驗方案L9（34）如表1所示。

2.2 正交試驗結果分析

根據(jù)流速相對偏差測試方法，對各組試驗樣品進行試驗，將各個試驗得到的指標進行整理，分別填入表1的右邊兩列，并分別計算出k值和R值。

由表1試驗結果可知，不同因素下制備的泵管性能指標有明顯差異，說明四種因素對于泵管的性能具有影響，通過方差分析和極差分析考查四種因素對泵管的影響規(guī)律，確定泵管的最佳結構。

2.2.1 流速相對偏差δ1

泵管在臨床使用中，大多與人體的動脈、靜脈連接，故其入口的壓力不再為常壓，所以流速相對偏差δ1為泵管的關鍵指標之一，δ1值越小，流速越穩(wěn)定，泵管的性能越好。

根據(jù)正交試驗結果對流速相對偏差δ1進行方差分析，并針對顯著因素進行極差分析，結果如表2和圖2所示。由表2可以看出，影響因子的主次順序是D＞C＞A＞B，D和C分別是影響流速相對偏差δ1的主要因素和次要因素，且最佳因素組合為A1B1C2D2。由圖2可以看出，隨著PVC硬度和TPU硬度的增大，流速相對偏差δ1均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。

圖2. 流速相對偏差δ1隨顯著因素變化圖

圖3 流速相對偏差δ2隨顯著因素變化圖

表2. 流速相對偏差δ1分析表

表3. 流速相對偏差δ2分析表

表4. 泵管的DEHP溶出物檢測結果

2.2.2 流速相對偏差δ2

泵管需要在蠕動泵反復碾壓數(shù)小時甚至更長時間，所以流速相對偏差δ2亦為泵管的重要指標之一，δ2值越小，流速越穩(wěn)定，泵管的性能越好。

根據(jù)正交試驗結果對流速相對偏差δ2方差分析，并針對顯著因素進行極差分析，結果如表3和圖3所示。

由表3可以看出，影響因子的主次順序是A＞D＞C＞B，A和D分別是影響流速相對偏差δ2的主要因素和次要因素，且最佳最佳因素組合為A3B1C2D2。由圖3可以看出，隨著TPU層厚度的增大，δ2呈現(xiàn)減小的趨勢；隨著PVC硬度的升高，δ2呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。

2.2.3 綜合分析

若考慮流速相對偏差δ1為考查指標，最佳的組合工藝參數(shù)為A1B1C2D2，此時k?值將由7.2升高至9.0，升高率為25%；若考慮流速相對偏差δ2為考查指標，最佳的組合工藝參數(shù)A3B1C2D2，此時k值由6.2升高至6.9，升高率為11.3%。綜合分析選擇為A3B1C2D2為最佳工藝參數(shù)。

2.3 DEHP析出試驗

按A3B1C2D2最佳組合方案，擠出制備泵管，并對其DEHP析出檢測，結果見表4。檢測結果表明三層共擠泵管未檢測DEHP析出，說明內(nèi)層TPU可有效阻止PVC中的增塑劑遷移至血液中，提高了泵管的安全性。

表5. 血液相容性檢測結果

2.4 血液相容性試驗

按A3B1C2D2最佳組合方案，擠出制備泵管，并對其血液相容性試驗，結果見表5，檢測結果表明三層共擠泵管具有良好的血液相容性。

3.結論

采用三層共擠制備的泵管，最佳因素組合為A3B1C2D2，即TPU層厚度為0.3mm、過渡層厚度為0.2mm、TPU硬度為60A、PVC硬度為60A，按該方案制備的醫(yī)用泵管無DEHP析出，并且具有良好血液相容性。本研究可為多層共擠泵管的生產(chǎn)和應用提供參考依據(jù)。

[1] 楊立峰, 柯軍, 李偉松, 等. 體外循環(huán)管路的生物學評價[J], 中國醫(yī)療器械信息, 2009,15(11):69-70,74.

[2] 宋曉峰, 魏光輝. 醫(yī)用塑料增塑劑DEHP安全性研究及對策[J]. 國外醫(yī)學(衛(wèi)生學分冊), 2005,32(6):358-361.

[3] 王東青, 李偉, 劉學棟, 等. 醫(yī)用聚氨酯彈性體的應用研究進展[J]. 現(xiàn)代化工, 2006,26 (s1):100-102.

[4] 楊曉英, 栗方星, 侯薇. 抗凝血聚氨酯材料的合成及性能[J]. 天津醫(yī)科大學學報, 2003,9(1):7-9.

Preparation and Study of Extracorporeal-circuit Pump Tube with Three layers

DING You-jiang ZHAI Yun-fei LI Chao Double-Dove Group·Shanghai Jumin Biological Technology Co., LTD. (Shanghai 201400)

Extracorporeal-circuit pump tube was prepared by medical PVC, TPU as materials using three-layer co-extrusion technology. Orthogonal test was taken to optimize the three-decker, and it was evaluated including tests of DEHP released and blood compatibility. The results showed that it had non-DEHP released and good biocompatibility

extracorporeal-circuit pump tube, three-layer co-extrusion, orthogonal test, blood compatibility

1006-6586(2017)11-0029-03

R197.39

A

2017-02-08

丁友江，碩士，工程師，主要研究高分子醫(yī)療器械。