輸液器止液膜自動止液性能試驗方法的研究

花松鶴

上海市醫(yī)療器械檢驗研究院，上海市，201318

0 引言

傳統(tǒng)的一次性使用輸液器在給患者輸液時，如果未能及時拔針或換藥，當液面低于滴管下的一定高度，此時血管內(nèi)靜脈壓高于輸液壓力，就造成血管內(nèi)的血液返流，出現(xiàn)回血現(xiàn)象?；匮赡軐?dǎo)致患者少量的失血，可能會產(chǎn)生凝血，再次輸液時微小的血凝塊進入血管形成微血栓，如果排氣不當可能形成空氣栓，甚至引起空氣栓塞。為此，目前市場上出現(xiàn)了一種將自動止液和藥液過濾功能合二為一的一次性使用輸液器，它能有效防止回血現(xiàn)象的發(fā)生。本次僅研究止液膜過濾器的止液性能，對止液膜的藥液過濾性能、防回血性能等不做進一步的探索。因為目前沒有評價止液膜止液性能的指導(dǎo)或標準文件，無法進行產(chǎn)品性能的量化分析和質(zhì)量監(jiān)督，故筆者提出一種止液膜泡點壓力檢測方法，通過對止液性能的驗證來探索泡點壓力與止液膜止液性能的關(guān)聯(lián)性，旨在為止液膜止液性能評價提供切實可行的參考價值。

1 止液原理

1.1 止液膜結(jié)構(gòu)

通過將止液膜放大5 000倍，在電鏡下觀察分析膜的表面和截面結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖1和圖2所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)止液膜是一種具有一定孔徑分布的多孔材料膜，孔與孔之間彎曲互通，在輸液時，藥液通過不規(guī)則的彎曲、網(wǎng)狀通道，達到藥液止流的效果。

1.2 止液膜工作原理

在臨床輸液過程中，藥液經(jīng)止液膜不規(guī)則的孔徑過濾后進入人體血管。當藥液快要輸完時，藥液上方的空氣必須先通過止液膜不規(guī)則的彎曲通道才能夠進入人體血管中，即藥液上方的空氣必須排空止液膜內(nèi)的藥液才能夠進入人體血管，如果人體血管內(nèi)靜脈壓高于藥液柱的靜脈壓就會出現(xiàn)回血現(xiàn)象。對于親水性的止液膜來說，藥液在彎曲的通道孔徑中與止液膜表面間產(chǎn)生了很強的表面張力，該表面張力使藥液粘附在止液膜的孔徑內(nèi)。當輸液完成后，可以認為，止液膜到輸液針之間的藥液柱的受力情況，如圖3所示。在不考慮大氣壓的情況下，藥液柱在人體血管內(nèi)的靜脈壓（P1）、藥液柱的靜脈壓（P2）和止液膜對藥液柱產(chǎn)生的表面張力（F）三個力的共同作用下達到平衡。

圖1 止液膜表面電鏡圖Fig.1 Electron microscope image of the surface of the liquid stop membrane

圖2 止液膜端面孔徑結(jié)構(gòu)電鏡圖Fig.2 Electron microscope image of the pore size structure of the surface of the liquid stop membrane

圖3 止液膜到輸液針間藥液柱的力平衡圖Fig.3 Image of force balance of liquid column between the liquid stop membrane and infusion needle

從圖3中可以看出，止液膜是通過與藥液間產(chǎn)生的表面張力，來平衡止液膜和輸液針間的藥液柱靜水壓，從而實現(xiàn)止液效果。

2 試驗

2.1 試驗條件

試驗儀器：選取泡點壓力測試儀和精密壓力校準器，儀器型號：721-1615型，生產(chǎn)廠家：美國FLUCK公司。

試驗用水：純化水。

試驗溫度：（20～25）℃。

2.2 試驗樣本

在進行泡點壓力試驗前，止液膜樣本從研究總體中隨機抽取，樣本量為200個。

2.3 泡點壓力試驗過程

預(yù)先采用試驗用水完全浸潤止液膜，然后按圖4布置試驗系統(tǒng)，并避免下游管路扭結(jié)。將預(yù)處理過的止液膜置于測試池座上，在測試池中加入試驗用水，排出測試池下游系統(tǒng)內(nèi)的全部空氣，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。再用適宜的方法堵住止液膜上游的各排氣孔。最后打開調(diào)節(jié)閥，對系統(tǒng)進行增壓，增壓速度要慢，以避免超過真實的泡點值。當測試池中出現(xiàn)第一個氣泡并連續(xù)出現(xiàn)氣泡時立即停止升壓，讀取此時的泡點壓力值。

圖4 泡點壓力試驗系統(tǒng)Fig.4 Bubble point pressure test system

2.4 選取進行止液性能試驗的代表樣本

由于止液性能試驗操作復(fù)雜、耗時長等原因，不可能對所有做過泡點壓力的樣本進行止液性能試驗。為了保證進行止液性能的樣本具有代表性，因此選取止液性能試驗的代表樣本時，將原200個試驗樣本的泡點壓力按照從大到小順序重新排列并對它們進行編號，然后等間隔按照泡點壓力從大到小的順序選取20個止液膜作為止液性能試驗的代表樣本。選取的20個代表性樣本分別為：第1個、第12個、第23個、第34個、第45個、第56個、第67個、第78個、第89個、第90個、第101個、第112個、第123個、第134個、第145個、第156個、第167個、第178個、第189個和第200個。

2.5 進行止液性能試驗

選取的20個代表性止液膜過濾器按圖5布置試驗系統(tǒng)進行止液性能試驗，并記錄每個過濾器對應(yīng)的試驗結(jié)果。

圖5 自動止液性能試驗裝置Fig.5 Automatic liquid stop function test device

首先完成排氣的工作后，打開流量調(diào)節(jié)器，使藥液進入滴斗下的管路內(nèi)并將管路內(nèi)的空氣從輸液針末端排出，直至藥液從針管流出。然后將試驗系統(tǒng)連接外徑為1.2 mm輸液針在600 mL/h恒定流速條件下進行準備，其次將輸液器的靜脈輸液針末端離止液膜過濾器距離設(shè)定為1 900 mm高度的外界恒定水柱下進行試驗。最后關(guān)閉流量調(diào)節(jié)器，將靜脈輸液針插入連接的一個模擬靜脈血壓源裝置的注射件中，止液膜過濾器在40 ℃溫度條件下放置24 h進行預(yù)處理，自動止液功能試驗在室溫18 ℃～22 ℃條件下即刻進行。當輸液器輸完1 000 mL藥液，且輸液器止液膜過濾器上端的管腔內(nèi)藥液流完后，藥液停留在止液膜過濾器腔內(nèi)至少維持30 min。通過觀察輸液器內(nèi)止液膜過濾器下腔的液柱是否停止流動，以此判定止液膜過濾器是否止液。

3 試驗結(jié)果與分析

選取的20個代表性止液膜過濾器按泡點壓力從大到小的順序排列并對它們進行重新編號，它們的泡點壓力與止液性能試驗結(jié)果，如圖6所示。從圖6中可以看出共有12個樣品泡點壓力大于等于0.019 MPa，止液性能符合要求，8個樣品泡點壓力小于等于0.018 MPa，止液性能不符合要求。隨著泡點壓力的升高，止液性能就越好。因此可以得出臨界泡點壓力為0.019 MPa。

圖6 20個止液膜過濾器泡點壓與止液性能試驗結(jié)果Fig.6 Bubble point pressure and liquid stop performance test result of 20 liquid stop membrane filters

為保證過濾器止液性能的安全可靠性，泡點壓力值需要達到一個相對安全的閾值，根據(jù)查閱Pharmaceutical Technology上的文獻Filter Integrity Testing in Liquid Applications,Revisited Part II[9]，給出安全系數(shù)一般不低于110%的推薦值。因此，安全閾值可以取臨界泡點壓力值的1.1倍，即：0.019 MPa×1.1≈0.021 MPa。所以止液膜過濾器的泡點壓力出廠指標最小值為0.021 MPa，

泡點壓力是液體通過濾膜形成液體膜的表面張力，液體的表面張力F等于止液液柱高度產(chǎn)生的壓力。根據(jù)：P=ρgh，所以止液理論高度h=P/ρg。其中P為泡點壓力，g為9.8 N/kg，ρ為水的密度1.0×103kg/m3，h為止液膜到針頭之間的高度及止液高度。根據(jù)這20個止液膜過濾器的泡點壓力的試驗結(jié)果可以計算得出止液膜的止液理論高度。以計算得出的理論高度值的110%和90%分別按止液性能試驗進行驗證，試驗結(jié)果表明止液膜過濾器在相對應(yīng)的110%理論高度下均能符合止液性能要求，止液膜過濾器在相對應(yīng)的90%理論高度下均不符合止液性能要求。因此，可以認為泡點壓力與止液高度存在關(guān)聯(lián)性，繪制泡點壓力與止液高度關(guān)聯(lián)圖，如圖7所示。

圖7 泡點壓力與止液高度關(guān)聯(lián)圖Fig.7 Relational graph of bubble point pressure and liquid stop performance

研究具有止液膜藥液過濾器的止液性能試驗方法，分為泡點壓力試驗和止液性能試驗兩大類。前一類試驗的特點為方法簡單、耗時短，但試驗結(jié)果只能間接反映產(chǎn)品的止液性能，適合作為產(chǎn)品過程檢驗項目；后一類試驗的特點是能直接反映產(chǎn)品的止液性能，但方法復(fù)雜，耗時長，且無法量化指標，適合作為型式檢驗項目。需要注意的是，本試驗方法僅給止液膜過濾器提供了泡點壓力與止液性能建立關(guān)聯(lián)的方法，并不要求止液膜過濾器必須建立泡點壓力與止液性能的關(guān)聯(lián)性，只有當使用泡點壓力試驗結(jié)果作為止液膜藥液過濾器止液性能項目的日?？刂茦藴蕰r，該泡點壓力試驗結(jié)果需要通過止液性能的驗證，建立泡點壓力與止液性能的關(guān)聯(lián)性后才能使用。

4 結(jié)論

研究了止液膜止液性能的試驗方法，建立了以泡點壓力的量化指標對止液性能進行評估，為止液膜止液性能評價提供了可行的參考方法。為確保過濾器止液性能的可靠性，止液膜過濾器的泡點壓力指標必須大于0.021 MPa。因為泡點壓力試驗結(jié)果只能間接反映產(chǎn)品的止液性能，所以當使用泡點壓力試驗結(jié)果作為止液膜藥液過濾器止液性能項目的日?？刂茣r，應(yīng)先對止液膜的止液性能進行驗證，建立泡點壓力與止液性能的關(guān)聯(lián)性后才能使用。

目前市場上輸液器止液膜除了具有止液性能，還有過濾藥液中不溶性微粒的功能、排除管路中的空氣的功能，起到防止產(chǎn)生空氣栓塞的效果、以及防止血液返流的功能，起到防回血的效果。后續(xù)可以進一步對止液膜其它性能進行研究，促進了止液膜在臨床上的推廣和應(yīng)用。