熱塑性高分子材料麻醉面罩密封性能研究

赫蘭蓄

摘 要：臨床麻醉處理過程中經(jīng)常需要使用麻醉面罩，麻醉面罩的密封性會直接影響到麻醉質量。密封氣墊會對麻醉面罩的密封性乃至后續(xù)麻醉效果產生重要影響，積極選擇合適的氣墊材料以提高麻醉面罩的密封效果十分必要。針對麻醉面罩的基本結構，并結合臨床應用的需求，進行分析密封氣墊的特點、熱塑性高分子材料的麻醉面罩密封氣墊性能，應用聚氯乙烯（PVC）糊樹脂與有機硅季銨鹽抗菌劑制備用于麻醉面罩氣墊的軟質PVC抗菌材料，驗證了相關材料在抗菌、力學等方面的性能，證明其具備一定的臨床應用可行性。

關鍵詞：麻醉面罩；密封氣墊；熱塑性；高分子材料；聚氯乙烯

中圖分類號：TQ336.6

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）04-0071-04

Research on the sealing performance of anesthesia mask

made of thermoplastic polymer material

Study on the sealing performance of thermoplastic polymer anesthesia mask

HE Lanxu

（

Department of Anesthesiology，Stomatological Hospital，Jilin University，Changchun 130022，China）

Abstract：Anesthesia masks are often used in clinical anesthesia treatment，and the sealing of anesthesia masks directly affects the quality of anesthesia.Among them，sealing air cushions will have a significant impact on the sealing and even subsequent anesthesia effects of anesthesia masks.It is necessary to actively choose appropriate air cushion materials to improve the sealing effect of anesthesia masks.The basic structure of anesthesia masks was analyzed，and the characteristics of sealing air cushions were analyzed based on clinical application needs.Afterwards，a detailed analysis was conducted on the sealing air cushion performance of thermoplastic polymer materials for anesthesia masks.Through certain experiments，a soft PVC antibacterial material was prepared using PVC paste resin and organic silicon quaternary ammonium salt antibacterial agent for anesthesia mask air cushion.The performance of the relevant materials in antibacterial，mechanical，and other aspects was verified through experiments，proving its clinical feasibility.

Key words：anesthesia mask;air-tight air cushion;thermoplastic;polymer material; polyvinyl chloride

近年來，隨著醫(yī)療水平的提升，我國醫(yī)用原料技術水平也不斷取得突破。醫(yī)用塑料產品使用的高分子材料近百種，常見的包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）等。除了用于常見的口罩、隔離衣、注射器、輸液袋、面罩、護目鏡、手套，還用于人工器官等。

麻醉操作在臨床的應用較多，這一過程中經(jīng)常需要使用麻醉面罩，但一些情況下面罩無法與患者面部很好貼合，易漏氣。為解決這些問題，還需要借助一定的面罩密封氣墊。在密封氣墊的制作中，可以應用不同的高分子材料。

1 麻醉面罩密封氣墊

麻醉面罩可按材質、設計、技術參數(shù)、預期用途、輔助功能等不同分為若干型號及規(guī)格［1］。典型麻醉面罩產品通常為帶有單向閥的氣囊結構，其結構如圖1所示。麻醉面罩可采用聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、硅橡膠、熱塑性彈性體（如TPE、TPU）等適宜的高分子材料制成，通常由罩體、接頭及氣囊（或密封墊）組成，可配有掛鉤和固定帶。

麻醉面罩通常由罩體、接頭及氣囊（或密封墊）組成，覆蓋于患者口鼻部位，用于連接呼吸管路進行麻醉氣體輸送，可以幫助患者更為順利的吸入麻醉氣體，進而獲得理想的麻醉效果［2］。一次性使用麻醉面罩主要用于臨床麻醉前誘導，手術中的通氣和維持麻醉；一次性使用以避免病人之間的交叉感染。麻醉面罩的底部可設置環(huán)形橡膠塊和/或氣墊的方式與病人面部皮膚接觸，以增強病人使用的舒適感［3］?，F(xiàn)有技術中，麻醉面罩的氣墊在使用時，存在下述問題：（1）在采用橡膠塊結構時，不能利于橡膠塊根據(jù)不同用戶面部的不同進行變形貼合使用，不能根據(jù)不同的病人分別達到較好貼合使用的效果。（2）不能降低麻醉面罩佩戴時用戶需承受的局部壓力，不能增強佩戴舒適感和提高密封效果，不能較好防止麻醉面罩內氣體的大量泄漏。在做手術時，有時雖然打了麻藥，但由于植物神經(jīng)不能被麻醉，仍然會出現(xiàn)出汗情況。

2 熱塑性高分子材料的麻醉面罩密封氣墊性能分析

2.1 聚氯乙烯（PVC）材料

聚氯乙烯（PVC），具有較高的回彈性、優(yōu)異的耐熱性能、較高的拉伸強度以及優(yōu)良的耐磨性、抗撕裂性、耐油、耐熱、耐寒等性能，可用于生產防護面罩、醫(yī)用手套等產品［4-5］。純PVC屬無規(guī)立構，硬而脆，很少應用。生產者可添加不同的添加劑，實現(xiàn)所需的物理性能和力學性能。在PVC中加入適量的增塑劑，就可制成軟硬程度不一的透明制品。另外，還可以添加一定的抗菌劑。通過添加抗菌劑，可以抑止革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌等的生長來起到抗菌作用［6］。相應的抗菌劑應具備低移動速率和高活性等特點，使其在塑料顆粒中的抗菌性能更優(yōu)越［7］。在材料相容性和遷移速率之間保持適度平衡使其在塑料顆粒中的抗菌性能更優(yōu)越。

2.2 實驗材料

本次實驗中用到的主要實驗材料：

（1）PVC 糊樹脂，平均聚合度1 728，呈疏松狀，材料質量與其體積之比為0.27 g/cm3 ，黏度3 360 mPa· s；

（2）試驗菌株：金黃色葡萄球菌；

（3）液體抗菌劑：屬于季銨鹽化合物，由山東博沂化工有限責任公司提供，該液體抗菌劑具有較高的耐溫、安全性。

（4）培養(yǎng)基及試劑：試驗中使用的培養(yǎng)基為胰酪大豆胨瓊脂培養(yǎng)基，所用緩沖液為氯化鈉－蛋白胨緩沖液，pH 值7.0 ，上述培養(yǎng)基即緩沖液均由上海杰星生物科技有限公司提供；

（5）乙酰檸檬酸三丁酯（ATBC）：由山東科興化工有限責任公司提供；

（6）液體鈣鋅穩(wěn)定劑：由佛山今佳新材料科技提供。

2.3 實驗設備與儀器

此次試驗中所使用的試驗設備與儀器主要包括恒溫干燥箱與掃描電子顯微鏡以及生物安全柜等，如：掃描電子顯微鏡，北京天耀科技有限公司；恒溫干燥箱，昆山榮仕達電子設備有限公司；生物安全柜，南京萊步科技實業(yè)有限公司；電動加硫成型機，揚州拓普電氣科技有限公司；真空攪拌機，上海精若科學儀器有限公司；高壓滅菌鍋，北京福意聯(lián)醫(yī)療設備有限公司；差示掃描量熱儀，北京恒久實驗設備有限公司；萬能材料試驗機，上海和呈儀器制造有限公司。

2.4 實驗樣品制備

（1）實驗配方。實驗所用原料包括：PVC糊樹脂、增塑劑、穩(wěn)定劑和其他助劑，添加量分別為100、60、1.5和0.3份；

（2）制糊。按照上述配方對相關材料進行準確的稱量，并將全部原料均添加到真空攪拌機中進行攪拌，分別制備實驗所需空白樣以及抗菌試樣。其中，對全部原料進行充分攪拌后，混合均勻，去除氣泡，獲得PVC糊料。該試樣屬于空白樣，即PVC0；另取適量空白樣，向其中加入1.5份抗菌劑，充分混合均勻，可獲得抗菌PVC糊料，即為PVC1.5試樣；

（3）試樣制備。取適量上述步驟中所制備的PVC糊料，添加到麻醉面罩氣墊模具中。將模具置于恒溫干燥箱中進行干燥固化處理，處理過程中的固化溫度設置為210 ℃，處理時間6 min；待處理完畢獲得實驗樣品，妥善保存?zhèn)溆茫?/p>

（4）拉伸性能試樣制備。取適量PVC 糊料置于模具中，并將模具放置在恒溫干燥箱中進行干燥固化處理，固化溫度200 ℃，處理時間200 s；處理完畢獲得實驗材料，材料的厚度為2 mm。對固化后得到的材料進行適當?shù)牟眉籼幚頌槠瑺?。將片狀材料置于模具中，使用電動加硫成型機進行壓片成型處理，溫度210 ℃，壓力11 MPa，時間150 s；處理結束后進行保壓冷卻，最終獲得實驗所需樣片，樣片厚度為1 mm，且表面平整度良好。對實驗樣片進行裁剪，將其處理為啞鈴狀，妥善保存，用于后續(xù)拉伸性能測試。

2.5 性能測試

2.5.1 微觀形貌

對氣墊試樣材料進行適當?shù)那懈钐幚?，利用小刀將其切割出平整的截面，并使用導電膠將試樣固定在樣品臺上，噴金后用掃描電子顯微鏡觀察其截面的微觀形貌；

2.5.2 拉伸性能

進行5 組平行測試，試驗速度為250 mm/min，取其平均值為試驗結果。

2.5.3 抗菌性能

用打孔器制備抑菌測試所需的試樣，試驗步驟：（1）物品滅菌。試驗開始前，對試驗樣品進行滅菌處理，使用體積分數(shù)75%乙醇溶液對樣品進行浸泡，浸泡時間1 min。浸泡結束后使用無菌水對試樣進行沖洗，并自然風干。對照樣品則采用高壓濕熱滅菌方式進行滅菌處理，滅菌完畢后予以烘干，或者直接進行干熱滅菌。（2）菌懸液涂覆。取0.3 mL 上述菌懸液，用涂布棒將其涂抹在NA平板上，保持均勻涂抹。涂抹完畢將平皿蓋蓋好，并將其置于室溫環(huán)境下，靜置5 min。（3）抗菌樣品放置。每次試驗貼放3個染菌平板，每個平板貼放2片試驗樣品和2片對照樣品。蓋好平皿蓋，在溫度（37±1）℃、相對濕度大于90%的條件下進行正置培養(yǎng)，培養(yǎng)時間為16～18 h。培養(yǎng)結束后，使用游標卡尺對抑菌圈直徑進行測量。按照相關規(guī)范的要求，如果最終測量所得抑菌環(huán)直徑在7 mm以上的水平，則判定為相應的試樣具有抑菌作用；反之，則認為該試樣無抑菌功能。

2.5.4 熱力學性能

對試樣進行熱力學性能測試，測試儀器為差示掃描量熱儀，檢驗試樣玻璃化轉變溫度。測試過程中準確稱量6 mg試樣，將試樣置于鋁盤中進行密封處理。對差示掃描量熱儀運行程度進行設定，并按照所設定程序在氮氣氛圍中進行測試。

3 結果與分析

3.1 抗菌劑的分散性

通過對液體抗菌劑與處于液體狀態(tài)的PVC糊料進行充分的攪拌混合，可以獲得一定的抗菌PVC 糊料。PVC0與PVC1.5試樣斷面電鏡掃描結果如圖2所示。

從圖2可以看出，PVC1.5試樣在成型之后，整體呈現(xiàn)出均相結構狀態(tài)，并存在材質分層、固體顆粒團聚情況。這表明試驗中所添加的抗菌劑在PVC1.5試樣中呈現(xiàn)出均勻分布的狀態(tài)，有利于更好的發(fā)揮出理想的抗菌作用。

3.2 力學性能

本實驗中，為檢驗所制備試樣材料的力學性能，結合實際情況，通過開展拉伸實驗的方式，重點考察試樣的拉伸強度和斷裂伸長率。首先，在樣品兩端緩慢施加載荷，使樣品的任務部分受到軸向拉力，使樣品沿軸向延伸，直至斷裂。材料的拉伸強度和塑性特征可通過拉伸實驗來測量。拉伸試樣應滿足不同材料拉伸實驗的相關國家標準和行業(yè)規(guī)范的要求，其中，拉伸強度是指試樣拉伸至斷裂過程中出現(xiàn)的最大力值［8］；斷裂伸長率是指試樣斷裂時的伸長率。通過拉伸實驗，可以得到PVC0與PVC1.5試樣的斷裂伸長率與拉伸強度數(shù)據(jù)結果，其相應的數(shù)據(jù)結果如表1所示。

由表1可知，在拉伸強度方面，PVC1.5試樣的拉伸強度檢測結果低于PVC0試樣?？傮w來看，2試樣的拉伸強度均處于相對較高的水平；但結果也顯示，通過在試樣中添加一定的抗菌劑，會導致試樣拉伸強度的小幅度下降。另外，通過拉伸試驗還觀察到，在斷裂伸長率方面，PVC1.5試樣的斷裂伸長率高于PVC0試樣。這證明，通過在試樣中添加一定的抗菌劑，可以在一定程度上促進試樣斷裂伸長率的提高。綜合分析以上結果可得出：在試驗材料中添加一定的有機硅季銨鹽抗菌劑，可以提高麻醉面罩氣墊的柔韌性。

3.3 抗菌性能

季銨鹽類聚合物具有抗菌活性高、性能穩(wěn)定持久、殘余毒性及對人體組織的刺激性低等優(yōu)點，因而備受關注［9］。季銨鹽類聚合物對細菌的半致死量約為抗菌肽（LL-37，屬高效抗菌劑）的二分之一，毒性僅約為LL-37的十分之一［10］。在此次研究中，通過開展抑菌實驗，得出相應的抑菌環(huán)大小。本實驗所使用的PVC0試樣與PVC1.5試樣金黃色葡萄球菌的抑菌環(huán)直徑大小如表2所示。參照相關規(guī)范關于抑菌環(huán)直徑與抗菌作用的判定標準，試樣PVC1.5的抑菌環(huán)直徑為9.85 mm，大于7 mm，即證明該試樣具備抑菌性能。

由表2可知，PVC1.5試樣金黃色葡萄球菌的抑菌環(huán)直徑平均值明顯大于PVC0試樣。這表明，在添加適量抗菌劑之后，試驗所用氣墊材料試樣的抑菌性能明顯提升。

3.4 熱力學性能

PVC0試樣與PVC1.5試樣差示掃描量熱儀測量結果如表3所示。

由表3可知，PVC1.5試樣玻璃化轉變溫度小于PVC0試樣。結合玻璃化轉變溫度與材料柔韌性相關評估標準，表明PVC1.5試樣材料的柔韌性較好。

究其原因，可能是在試驗中PVC糊料中添加了一定的小分子抗菌劑，相應的抗菌劑具有增塑作用，可以促進PVC糊料的快速成型，加快了PVC分子鏈之間的移動。通過這一方式，可以有效減輕不同分子鏈間纏結，提升材料的柔韌性。

4 應用前景分析

本實驗表明，應用PVC糊樹脂與有機硅季銨鹽抗菌劑制備用于麻醉面罩氣墊的軟質PVC抗菌材料，檢測后可以發(fā)現(xiàn)該材料具備良好的抗菌性能、力學性能以及熱力學性能，具備一定的臨床應用可行性。為此，在未來的研究中，在制備麻醉面罩氣墊的過程中，可嘗試在相應的原材料中添加適量的液體有機硅季銨鹽抗菌劑，以改善氣墊材料的綜合性能，提升其柔韌性與抗菌性能，以更好的提高麻醉面罩的密封性與使用效果，確保麻醉效果，并改善患者的使用體驗。

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