鈷錳放射性核素皮膚沾染去污劑的初步研制

原維鴻，沈先榮，劉瓊，何穎，陳偉，王慶蓉，羅群，侯登勇，唐雪

放射性物質(zhì)越來越廣泛地運(yùn)用在核能、軍事、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域，但同時(shí)核事故、核爆炸、核恐怖襲擊等均可導(dǎo)致放射性污染的發(fā)生。放射性物質(zhì)泄漏和釋放對人員造成污染時(shí)，最常見的是體表沾染，且可引起放射性皮膚損傷，若不及時(shí)清除，放射性核素還可能通過傷口、食管、呼吸道和毛孔等途徑進(jìn)入機(jī)體，造成體內(nèi)污染，引起內(nèi)照射損傷；也可能引起放射性物質(zhì)擴(kuò)散，造成環(huán)境污染和其他人員的損傷[1-2]。體表沾染放射性物質(zhì)的去除，最有效的方法是使用去污劑進(jìn)行快速高效去污。國內(nèi)外已經(jīng)報(bào)道了一些放射性物質(zhì)體表沾染去污劑，常用的組分包括表面活性劑、螯合劑和去垢劑[3-5]。目前國內(nèi)外市場上還沒有商品化簡便高效的放射性物質(zhì)沾染皮膚去污劑供應(yīng)。本文選擇高效和低刺激性的主表面活性劑和輔表面活性劑，輔以高效核素螯合劑、pH調(diào)節(jié)劑、保濕劑和黏度調(diào)節(jié)劑，通過單因素分析和正交試驗(yàn)，成功研制出了高效去污劑，為放射性沾染皮膚去污劑產(chǎn)品的開發(fā)提供了依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及材料 健康普通級新西蘭大白兔4只，體重2～3kg，雙眼正常，購自上海甲干生物科技有限公司，許可證號SCXK(滬)2015-0005，合格證編號2010002803908。十二烷基苯磺酸鈉(sodium dodecyl benzene sulphonate，SDBS)分析純、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(C12-C14 alcohol ether sulfate，AES)分析純、α-烯基磺酸鈉(alpha olefin sulfonate，AOS)分析純、乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA)分析純購自國藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑有限公司。30%椰油酰胺丙基氧化胺(cocamidopropylamine oxide，CAO，4501)、35%椰油酰胺丙基甜菜堿(cocamidopropyl betaine，CAB，4401)購自廣州紅昌化工有限公司。椰子油脂肪酸二乙醇酰胺(coconut diethanol amide，CDEA，6501)購自江蘇省海安石油化工廠。

1.2 放射性沾染皮膚去污劑的制備 放射性沾染皮膚去污劑主要由主表面活性劑、輔表面活性劑、pH調(diào)節(jié)劑、保濕劑、黏度調(diào)節(jié)劑和金屬離子絡(luò)合劑等成分組成。選擇合適的主表面活性劑和輔表面活性劑，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，篩選表面活性劑組方；再加入pH調(diào)節(jié)劑、保濕劑和黏度調(diào)節(jié)劑，篩選去污劑基質(zhì)組方(基方)。在基方基礎(chǔ)上，加入絡(luò)合劑，獲得放射性沾染皮膚去污劑最終配方組成。

1.2.1 表面活性劑組方的篩選 主表面活性劑發(fā)泡好，去污力強(qiáng)，但皮膚刺激性大；輔表面活性劑自身發(fā)泡較差，但對主表面活性劑具有很好的穩(wěn)泡和降刺激作用。本實(shí)驗(yàn)采用主表面活性劑和輔表面活性劑復(fù)合配方，在保證發(fā)泡去污力的同時(shí)有效降低了皮膚刺激性。選擇去污力強(qiáng)的SDBS、AES和AOS作為主表面活性劑，穩(wěn)泡降刺激性能好的CAO和CAB作為輔表面活性劑。設(shè)計(jì)SDBS、AES、AOS、CAO和CAB 5因素4水平正交試驗(yàn)，開展16組方案試驗(yàn)，以發(fā)泡高度篩選最佳表面活性劑組方。

1.2.2 組方的皮膚刺激性試驗(yàn) 選用4只健康新西蘭大白兔，體重2～3kg，按照《消毒技術(shù)規(guī)范》[6]進(jìn)行皮膚刺激性試驗(yàn)以初步驗(yàn)證其安全性。于實(shí)驗(yàn)前24h背部脫毛并保證皮膚完整性。在脊椎兩側(cè)各取2塊2.5cm×2.5cm的區(qū)域，分為左前、左后，右前、右后。取受試物0.5ml直接涂抹在2.5cm×2.5cm大小的4層紗布上，然后將紗布敷在背部對應(yīng)的4個(gè)區(qū)域，用PU膜固定，右側(cè)為兩種不同的受試物，左側(cè)用生理鹽水作對照。貼敷4h后除去受試物。于除去受試物后24、48、72h，分別觀察受試部位皮膚紅斑和水腫情況，按皮膚刺激反應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)(表1)進(jìn)行皮膚刺激性反應(yīng)的評分。除刺激作用外，對觀察到的任何皮膚損傷和其他毒副作用均應(yīng)詳盡描述和記錄。

表1 皮膚刺激反應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 The scoring of skin irritation

1.2.3 基方配方研究及放射性沾染皮膚去污劑的制備工藝 基方配方研究：在表面活性劑組方基礎(chǔ)上，黏度調(diào)節(jié)劑選擇有穩(wěn)泡性能的1:1型CDEA，pH調(diào)節(jié)劑選擇低刺激性的檸檬酸，保濕劑選擇常用的甘油。根據(jù)文獻(xiàn)確定表面活性劑總體濃度范圍為20%～25%，CDEA濃度范圍為3.5%～4.5%，甘油濃度范圍為3%～5%，通過單因素分析，測定檸檬酸的濃度范圍。設(shè)計(jì)表面活性劑總體含量、檸檬酸、CDEA、甘油4因素3水平正交實(shí)驗(yàn)，通過泡沫高度、黏度和pH值篩選最優(yōu)基方組成。制備工藝：按上述實(shí)驗(yàn)獲得的放射性沾染皮膚去污劑配方組成，精確稱取SDBS、AES、AOS、CAO、CAB，混勻后，加入蒸餾水溶解，于80℃條件下攪拌2h，所有組分完全溶解至澄清透明。

1.3 放射性沾染皮膚去污劑理化性質(zhì)測定

1.3.1 去污劑pH值及穩(wěn)定性的測定 pH值：按GB/T 13173-2008《表面活性劑洗滌劑試驗(yàn)方法》中的洗滌劑pH值測定方法進(jìn)行[7]。稱取去污劑樣品10g，加去離子水稀釋至100ml，加熱至40℃，不斷攪拌至均勻，然后冷卻至室溫，用pH計(jì)測定。

穩(wěn)定性：按GB/T 13173-2008《表面活性劑洗滌劑試驗(yàn)方法》中的洗滌劑穩(wěn)定性測定方法進(jìn)行[7]。去污劑于–5±2℃冰箱中放置24h，取出恢復(fù)至室溫時(shí)觀察有無沉淀和變色現(xiàn)象，產(chǎn)品是否透明不混濁。去污劑于40±1℃的保溫箱中放置24h，取出恢復(fù)至室溫時(shí)觀察有無異味，有無分層和變色現(xiàn)象，產(chǎn)品是否透明不混濁。

1.3.2 去污劑中總活性物質(zhì)含量和EDTA含量的測定 總活性物質(zhì)含量：按GB/T 13173-2008《表面活性劑洗滌劑試驗(yàn)方法》中的洗滌劑總活性物質(zhì)含量測定方法進(jìn)行[7]。EDTA含量：按GB/T 13173-2008《表面活性劑洗滌劑試驗(yàn)方法》中的洗滌劑EDTA含量測定方法(滴定法)進(jìn)行[7]。

1.4 放射性沾染皮膚去污劑去污效率的測定 采用鈷(Co2+)和錳(Mn2+)穩(wěn)定性核素進(jìn)行冷態(tài)去污效率測定試驗(yàn)。分別配制濃度為50mg/L的CoCl2和MnCl2溶液，等體積混合后作為染毒溶液。采用3位健康志愿者手背皮膚進(jìn)行穩(wěn)定性核素染毒去污試驗(yàn)。參與本試驗(yàn)的志愿者及其家屬均知情同意，且經(jīng)第二軍醫(yī)大學(xué)海軍醫(yī)學(xué)研究所倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。志愿者的左手背為放射性沾染皮膚去污劑組，右手背為蒸餾水去污對照組；蒸餾水對照組用等體積蒸餾水代替去污劑。取100μl染毒溶液，均勻涂在志愿者手背直徑為40mm的圓形區(qū)域內(nèi)，染毒1min后，取50μl放射性沾染皮膚去污劑或蒸餾水，均勻涂布在手背皮膚染毒區(qū)域，用軟毛牙刷洗刷，同一方向圓周運(yùn)動(dòng)刷洗1min；用50ml蒸餾水沖手背，所有志愿者依次進(jìn)行試驗(yàn)，分別收集清洗液，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(inductive coupled plasma emission spectro meter)測定清洗液中Co2+和Mn2+含量，同時(shí)測定染毒溶液中Co2+和Mn2+含量，按以下公式計(jì)算去污效率：去污率(%)=(皮膚染毒核素量－皮膚殘留核質(zhì)量)/皮膚染毒核素量×100%。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)結(jié)果以±s表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 放射性沾染皮膚去污劑的配方組成和制備工藝2.1.1 表面活性劑組成 設(shè)計(jì)SDBS、AES、AOS、CAO和CAB 5因素4水平正交試驗(yàn)，如表2所示，開展16組方案試驗(yàn)，以泡沫高度作為考察指標(biāo)，結(jié)果見表3。通過直觀分析可以得出最佳組方為：SDBS 2.5g、AES 12.5g、AOS 7.5g、CAO 20ml、CAB 12ml；最佳組方配比為SDBS:AES:AOS:CAO:CAB=5:25:15:40:24。

表2 表面活性劑各組分質(zhì)量水平5因素4水平正交設(shè)計(jì)Tab.2 The 5 factors and 4 levels orthogonal experiment design of surfactants

表3 5因素4水平表面活性劑組方正交試驗(yàn)及其直觀分析結(jié)果Tab.3 The results of 5 factors and 4 levels orthogonal experiment of surfactants

2.1.2 組方皮膚刺激性 按照2.1.1所述篩選獲得的表面活性劑組方，配制20%濃度進(jìn)行皮膚刺激性試驗(yàn)，并與相同濃度的各單方組分進(jìn)行對照，結(jié)果見表4。主表面活性劑與輔表面活性劑以最佳組方比例混合后，與復(fù)方中5個(gè)單方比較，最佳組方的皮膚刺激性明顯降低，24h和48h后大白兔受試部位僅可見很輕微的紅斑(勉強(qiáng)可見)，無水腫，刺激評分值為1；72h后大白兔受試部位皮膚未見紅斑、水腫等刺激性作用，皮膚刺激總積分均值為0。按照國標(biāo)GB 27951-2011《皮膚消毒劑衛(wèi)生要求》[8]，本研究獲得的表面活性劑組方屬于無刺激性配方。

表4 表面活性劑組方的皮膚刺激性Tab. 4 The skin irritation of the five surfactants and its formula

2.1.3 基方組成 在表面活性劑組方基礎(chǔ)上，選擇有穩(wěn)泡性能的1:1型CDEA作為黏度調(diào)節(jié)劑，低刺激性的檸檬酸作為pH調(diào)節(jié)劑，甘油為保濕劑。通過單因素分析，采用黏度和pH值指標(biāo)測定檸檬酸的所需含量范圍；在含20%表面活性劑溶液中加入不同濃度(0%～0.8%)檸檬酸，采用pH計(jì)檢測溶液pH值，結(jié)果如表5所示，當(dāng)檸檬酸濃度為0.4%～0.7%時(shí)，pH值在6.0～7.0之間，呈弱酸性，且無渾濁出現(xiàn)，符合設(shè)計(jì)要求。

表5 檸檬酸含量對20%表面活性劑溶液pH值和渾濁度的影響Tab.5 The effects of citric acid content on pH and opacity of 20% surfactant formula

根據(jù)文獻(xiàn)和國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，表面活性劑總量在20%～25%，CDEA為3.5%～4.5%，甘油為3%～5%。設(shè)計(jì)表面活性劑總體含量、檸檬酸、CDEA、甘油4因素3水平正交實(shí)驗(yàn)，如表6所示；開展9次試驗(yàn)，分別檢測泡沫高度、黏度、pH值和穩(wěn)定性，結(jié)果如表7所示；對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析，如表8所示。從上述分析可以得出基方的最優(yōu)配方為：20%表面活性劑:0.6%檸檬酸:3.5% CDEA:5%甘油=20:0.6:3.5:5。綜合單因素分析和正交試驗(yàn)結(jié)果，得出放射性沾染皮膚去污劑的配方組成如表9所示。

2.2 放射性沾染皮膚去污劑的理化性質(zhì) 經(jīng)pH計(jì)測定，放射性沾染皮膚去污劑pH值為6.99。穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果顯示，去污劑經(jīng)–5℃和40℃環(huán)境放置24h后，無異味，無沉淀和變色現(xiàn)象，透明產(chǎn)品不混濁。去污劑總活性物質(zhì)含量為20.49%±0.15%，EDTA含量為5.99%±0.001%。

表6 基方組成4因素3水平正交設(shè)計(jì)表(%)Tab.6 The 4 factors and 3 levels orthogonal experiment design of basic formula (%)

表7 基方組成正交試驗(yàn)4項(xiàng)性能考察指標(biāo)檢測結(jié)果Tab.7 Test results of 4 detections of basic formula from orthogonal experiment of surfactants

表8 基方組成正交試驗(yàn)直觀分析結(jié)果Tab.8 Visual analysis results of basic formula from orthogonal experiment of surfactants

表9 放射性沾染皮膚去污劑配方組成Tab.9 The formula of detergent for contaminated skin by isotopes contamination

2.3 放射性沾染皮膚去污劑的去污效率 使用去污劑對志愿者手背皮膚的穩(wěn)定性核素Co2+和Mn2+進(jìn)行清洗，洗出液Co2+和Mn2+濃度分別為0.066±0.003mg/L和0.054±0.005mg/L，明顯高于清水洗出液中Co2+和Mn2+的濃度(分別為0.052±0.015mg/L和0.043±0.012mg/L，P＜0.01)。去污率計(jì)算結(jié)果顯示，去污劑對Co2+和Mn2+的去污率分別為103.13%±0.05%和100.62%±0.09%，明顯高于清水的去污率(分別為81.77%±0.23%和79.63%±0.23%，P＜0.01)。

3 討 論

放射性核素體表沾染的主要危害是造成皮膚放射性損傷，以及放射性核素進(jìn)入體內(nèi)造成內(nèi)照射損傷，如錒系元素鈾可經(jīng)人體表皮層進(jìn)入體內(nèi)加劇對內(nèi)部器官的傷害[9]。核輻射事故災(zāi)害受事故源項(xiàng)情況、現(xiàn)場氣象、地形、周邊環(huán)境等多種因素的影響，現(xiàn)場情況復(fù)雜多變[10]。放射性去污是保障環(huán)境及人員安全的重要環(huán)節(jié)，選擇合適的去污劑，確定最佳的去污方法，不但能取得較好的去污效果，還能有效減少去污過程中放射性廢物的產(chǎn)生量，達(dá)到安全高效的目的[11-13]。放射去污的難易與放射性物質(zhì)的物理、化學(xué)狀態(tài)，物體表面的物化狀態(tài)及接觸時(shí)間有關(guān)[14]。皮膚去污一般用肥皂和去污劑，它們借助乳化和溶解作用除去表面污染物，借助物理打磨作用去除皮膚或部分角質(zhì)層結(jié)合的污染物，借助絡(luò)合劑與污染物結(jié)合成游離復(fù)合物可去除難溶解污染物。乙烷-1-羥基-1-雙磷酸(EHPA)、二乙酸三胺五醋酸(DTPA)、EDTA、EPTA等絡(luò)合劑和硼酸等酸性肥皂能有效去除皮膚沾染[15]。目前我國研究報(bào)道了多種人體放射性沾染去污劑。符榮初等[16]報(bào)道了SM系列皮膚去污劑，包括阻斷劑SMT、去污膏SMG及去污液SMY三大類型，其中SMY-I專用于碘同位素，SMY-1～3適用于各類陽離子核素。此外我國已獨(dú)立開發(fā)了體表洗消去污藥盒，對人體體表有傷口或創(chuàng)面污染、α核素污染、β/γ核素污染以及原因不明的沾染情況下去污劑的配制與使用進(jìn)行了詳細(xì)說明，研制出了N11型人員清洗劑，專門用于人體去污[17]。常用的去污劑有效成分較為單一，對核素成分不明的沾染難以達(dá)到理想的去污效果。所以開發(fā)多用途復(fù)合型皮膚放射性沾染高效去污劑是核工業(yè)和核防護(hù)相關(guān)領(lǐng)域的迫切要求。但目前國內(nèi)外市場上沒有現(xiàn)成的產(chǎn)品供應(yīng)，不利于核應(yīng)急醫(yī)學(xué)救援的迅速展開。

綜上，本實(shí)驗(yàn)研制的Co2+和Mn2+放射性皮膚沾染去污劑中含有多種表面活性劑，經(jīng)過單因素考察和正交試驗(yàn)篩選出最佳配比濃度，有效降低了皮膚刺激性，去污效率試驗(yàn)結(jié)果表明對Co2+和Mn2+具有很好的去污效果；其制備工藝簡單，穩(wěn)定性好，便于儲存和攜帶，可快速用于核事故情況下體表放射性污染物的去污。

[1]Rana S, Bhatt S, Dutta M,et al. Radio-decontamination efficacy and safety studies on optimized decontamination lotion formulation[J]. Int J Pharm, 2012, 434(1-2): 43-48.

[2]Hao SY, Xiang JT. Cause analysis and prevention measures of occupational exposure among medical staff in a hospital[J]. J Logist Univ PAP (Med Sci), 2016, 25(9): 756-757. [郝素云, 向江滔. 某醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員職業(yè)暴露原因分析及防護(hù)措施[J].武警后勤學(xué)院學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版), 2016, 25(9): 756-757.]

[3]Rana S, Sharma N, Ojha H. p-Tertbutylcalix[4]arene nanoemulsion: preparation, characterization and comparative evaluation of its decontamination efficacy against Technetium-99m, Iodine-131 and Thallium-201[J]. Colloids Surf B Biointerfaces, 2014, 117: 114-121.

[4]Rana S, Dutta M, Sharma N,et al. Scintigraphic evaluation of decontamination lotion for removal of radioactive contamination from skin[J]. Disaster Med Public Health Prep, 2014, 31: 1-6.

[5]Sharma N, Ojha H, Dharam P,et al. Radiation skin decontamination formulation[C]. Int Sch Sci Res Innov, 2016,10(3): 387.

[6]Technical standard for disinfection[S]. Ministry of Health of the PRC, 2002. [消毒技術(shù)規(guī)范[S]. 中華人民共和國衛(wèi)生部,2002.]

[7]GB/T 13173-2008. Surface active agents-Detergents-Testing methods[S]. [GB/T 13173-2008. 表面活性劑洗滌劑試驗(yàn)方法[S].]

[8]GB 27951-2011. Hygiene requirements for skin disinfectant[S].[GB 27951-2011. 皮膚消毒劑衛(wèi)生要求[S].]

[9]Griffiths NM, Wilk JC, Abram MC,et al. Internal contamination by actinides after wounding: A robust rodent model for assessment of local and distant actinide retention[J]. Health Phys, 2012, 103(2): 187-194.

[10]Hu XL, Ma DX. Analysis of characteristics of radiation accident emergency rescue and disaster[C]//Proc Sec Chin Ctrl Conf(Part Two). CICC, 2014. 115-118. [胡秀麗, 馬德興. 核輻射事故災(zāi)害與應(yīng)急救援特點(diǎn)解析[C]//第二屆中國指揮控制大會(huì)論文集(下). 中國指揮控制學(xué)會(huì), 2014. 115-118.]

[11]Zhang CW, Wang HF, Chen YH,et al. Study on emergency decontamination programme of chemical incident[J]. J Saf Sci Technol, 2012, 8(1): 103-107. [張存位, 王慧飛, 陳遠(yuǎn)航, 等.化學(xué)事故中應(yīng)急洗消方案的研究[J]. 中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù), 2012, 8(1): 103-107.]

[12]Zhao YH, Dou TJ, Chen XM,et al. The nuclear and radiological terrorism events and progresses in nuclear emergency decontamination technology[A]. 2012, 875-880. [趙顏紅, 竇天軍, 陳曉謀, 等. 核與輻射恐怖事件應(yīng)急去污技術(shù)進(jìn)展[A].2012, 875-880.]

[13]Tian Y. The Technique and application of radioactive elimination[C]//Proc sec Chin Ctrl Conf (Part Two). CICC,2014. 171-174. [田燁. 放射性去污技術(shù)及應(yīng)用[C]//第二屆中國指揮控制大會(huì)論文集(下). 中國指揮與控制學(xué)會(huì), 2014.171-174.]

[14]Zhang LR. The human body surface radioactive pollution decontamination treatment countermeasures study[J]. Jiangxi Chem Ind, 2014, (4): 65-70. [張莉蓉. 人體表面放射性污染去污處理對策研究[J]. 江西化工, 2014, (4): 65-70.]

[15]Yu Z, An HY. Practice of decontamination of medical rescue wounded at nuclear emergency site[J]. Disaster Med Rescue(Electr Ed), 2017, 6(2): 109-111. [于汋, 安海英. 核應(yīng)急現(xiàn)場醫(yī)學(xué)救援傷員洗消的實(shí)踐[J]. 災(zāi)害醫(yī)學(xué)與救援(電子版),2017, 6(2): 109-111.]

[16]Fu RC, Song MF, Liu L,et al. Study of decontamination technigue on skin[J]. Suzhou Univ J Med Sci, 2002, 22(4): 392-393. [符榮初, 宋妙發(fā), 劉犁, 等. 皮膚放射性沾染去污劑及去污技術(shù)研究[J]. 蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版), 2002, 22(4): 392-393.]

[17]Li J, Zhang YX, Han FJ,et al. The present situation and countermeasures of radioactive pollution disposal in China[J].Chin J Radiol Health, 2013, 22(6): 734-737. [李錦, 張艷霞, 韓福眷, 等. 我國放射性污染處置工作現(xiàn)狀及對策研究[J]. 中國輻射衛(wèi)生, 2013, 22(6): 734-737.]