穿透試驗(yàn)中合成血液的配方優(yōu)化研究

文/李富榮 劉惠嬋 崔綺嫦

1 引言

由于疫情暴發(fā)，醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)工作人員的人身安全問題受到越來越廣泛的關(guān)注。醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)工作人員，尤其是臨床一線人員在工作中面對各類病患時(shí)，易受到物理、化學(xué)、生物等因素的危害，其中，生物危害如病患攜帶的細(xì)菌和病毒等通過血液及分泌物擴(kuò)散到醫(yī)務(wù)人員，是影響醫(yī)護(hù)人員健康和生命安全的主要危害之一。醫(yī)護(hù)人員在合格的口罩、防護(hù)服等保護(hù)下可以將此類危害降到最低。

口罩、防護(hù)服檢測的項(xiàng)目有很多，如斷裂強(qiáng)力、阻燃性能、抗靜電性等，其中抗合成血液穿透性是衡量口罩、防護(hù)服是否合格的一項(xiàng)重要指標(biāo)，國內(nèi)和國際對于該性能的檢測都是采用抗合成血液穿透的方法，即利用人工配制的液體（合成血液）模擬血液或體液的某些性能對防護(hù)材料進(jìn)行評價(jià)。

本文通過試驗(yàn)對口罩產(chǎn)品的抗合成血液穿透性試驗(yàn)進(jìn)行了一系列研究，研究合成血液的表面張力以及張力變化對穿透性能的影響，同時(shí)對合成血液的配方進(jìn)行了優(yōu)化，旨在為防護(hù)用口罩的研制及檢測提供科學(xué)依據(jù)和參考。

2 材料及儀器

試驗(yàn)材料：羧甲基纖維素鈉、Tween-20、氯化鈉、甲基異噻唑酮、莧菜紅染料、HE-A增稠劑、Acrysol G111增稠劑、蒸餾水、某品牌口罩。

試驗(yàn)儀器：全自動(dòng)表面張力儀JK99C、LFY-227 醫(yī)用口罩合成血液穿透試驗(yàn)儀、培養(yǎng)箱等。

3 試驗(yàn)方法

合成血液表面張力的影響因素主要有兩個(gè)：溫度和表面活性劑使用量。根據(jù)YY 0469—2011《醫(yī)用外科口罩》合成血液穿透的測試要求，通過改變合成血液的儲(chǔ)存溫度、表面活性劑的使用量來改變合成血液的表面張力，并通過測試來驗(yàn)證表面張力大小的變化對合成血液穿透試驗(yàn)的影響。

3.1 合成血液的配制

根據(jù)YY 0469—2011附錄A要求配制合成血液。使用2.0g羧甲基纖維素鈉、0.06gTween-20、4.5g氯化鈉、0.5g甲基異噻唑酮、1.0g莧菜紅染料，加上蒸餾水稀釋至1000g，并使用2.5mol/L調(diào)整其pH至7.3±0.1。

3.2 溫度對合成血液表面張力的影響

將配制好的合成血液分別放置5℃～40℃的環(huán)境中1小時(shí)，然后取出測定其表面張力，每個(gè)溫度連續(xù)測定5次并取其算術(shù)平均值作為表面張力的結(jié)果。

3.3 Tween-20對合成血液表面張力的影響

分別配制Tween-20用量為0.040g、0.045g、0.050g、0.055g、0.060g、0.065g、0.070g的1L合成血液。使用全自動(dòng)表面張力儀測定各組合成血液的表面張力。每組連續(xù)測定5次并取其算術(shù)平均值作為測試結(jié)果。

3.4 溫度、Tween-20用量對合成血液穿透試驗(yàn)的影響

分別將不同的溫度和Tween-20用量的合成血液倒入醫(yī)用口罩合成血液穿透試驗(yàn)儀的儲(chǔ)液罐中，將樣品固定在裝樣裝置上，在距樣品中心位置305mm處將2mL的合成血液以16.0kPa的壓力從噴射頭中沿水平方向噴向被測樣品10s，觀察穿透情況。

4 結(jié)果與討論

4.1 溫度對合成血液表面張力的影響

由圖1可以看出合成血液表面張力隨著溫度的升高而減少，從原來的45.149mN/m降至37.540mN/m。因?yàn)殡S著溫度升高，分子鍵引力減弱，表面張力隨溫度升高而減少。同時(shí)，溫度升高，液體的飽和蒸氣壓增大，氣相中的分子密度增加，氣相分子對液體表面分子的引力增大，導(dǎo)致液體表面張力減少。

圖1 不同溫度下合成血液的表面張力變化

4.2 Tween-20用量對合成血液表面張力的影響

在25℃下配制不同的Tween-20用量進(jìn)行試驗(yàn)。從圖2可看出，隨著表面活性劑Tween-20用量的增加，合成血液的表面張力也隨之降低。由48.727mN/m降至36.178mN/m。Tween-20是能夠吸附在表（界）上，添加量很少時(shí)即可大大降低溶液的表面張力。Tween-20通過分子中不同部分分別對兩相親和，使兩相均將其看作本相的成分，分子排列在兩相之間，使兩相的表面相當(dāng)于轉(zhuǎn)入分子內(nèi)部，從而降低表面張力。

圖2 不同Tween-20用量下合成血液的表面張力變化

4.3 溫度和Tween-20用量對合成血液穿透試驗(yàn)的影響

根據(jù)表1、表2，結(jié)合圖1和圖2可知，合成血液的穿透性能會(huì)隨著表面張力的降低而增加，表面張力大于40mN/m時(shí)，醫(yī)用外科口罩內(nèi)表面沒有出現(xiàn)血液穿透現(xiàn)象。當(dāng)表面張力低于40mN/m時(shí)，口罩內(nèi)表面出現(xiàn)微量血液穿透現(xiàn)象。這是由于合成血液對醫(yī)用外科口罩材料的穿透能力主要由合成血液在固體表面的展開情況決定的；而表面張力是合成血液模擬真實(shí)血液中需要評定的一個(gè)重要物理指標(biāo)，合成血液的表面張力越小，那么它在口罩表面展開的體積就越大，越容易進(jìn)入固體內(nèi)部。人體體液（不包括唾液）的表面張力范圍在42mN/m至60mN/m之間，因此，為確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，應(yīng)使用表面張力在（42±2）mN/m范圍內(nèi)的合成血液。

表1 合成血液穿透試驗(yàn)結(jié)果

表2 合成血液穿透試驗(yàn)結(jié)果

圖3 口罩內(nèi)表面的合成血液穿透試驗(yàn)情況

4.4 合成血液配方的優(yōu)化

在25℃環(huán)境下，將100mL的蒸餾水加熱至85℃左右，然后將2.5g HE-A增稠劑加入到100mL蒸餾水中，使用玻璃棒快速攪拌，攪拌2min左右增稠劑溶解完畢。然后將試液倒入裝有500mL蒸餾水的燒杯中使其冷卻回室溫后分別加入0.04g Tween-20、2.4g氯化鈉和1.0g莧菜紅染料，再使用蒸餾水加至1L。配制完畢后，測量其表面張力是否符合前文的結(jié)果，并進(jìn)行合成血液穿透試驗(yàn)。

由圖4可知，此配方配制的合成血液其表面張力能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，平均表面張力為40.999mN/m，試驗(yàn)效果相同；如圖5所示，此配方配制的合成血液在醫(yī)用外科口罩外表面的展開程度相似。

圖4 配方優(yōu)化后的合成血液表面張力

圖5 配方優(yōu)化后的合成血液穿透試驗(yàn)情況

5 結(jié)論

綜上所述，表面張力是影響合成血液穿透試驗(yàn)的一個(gè)重要參數(shù)，控制其穩(wěn)定性是保證試驗(yàn)進(jìn)行的一個(gè)重要條件之一。而通過試驗(yàn)驗(yàn)證，表面張力受溫度、表面活性劑影響較大。因此配制合成血液時(shí)需要控制表面活性劑的使用量，配制好的合成血液要放置在20℃到25℃的環(huán)境中保存。

同時(shí)，通過分析和試驗(yàn)可知，本文提出的合成血液配方在性能指標(biāo)上符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且試驗(yàn)情況與其他配方比較，試驗(yàn)結(jié)果一致，且新配方所用的增稠劑溶解時(shí)間短，用量少，大大提高了檢測效率和降低了檢測成本。