穿透試驗中合成血液的配方優化研究

2022-08-08 06:42:28李富榮劉惠嬋崔綺嫦

中國纖檢 2022年7期

文/李富榮劉惠嬋崔綺嫦

1 引言

由于疫情暴發，醫療衛生行業工作人員的人身安全問題受到越來越廣泛的關注。醫療衛生行業工作人員，尤其是臨床一線人員在工作中面對各類病患時，易受到物理、化學、生物等因素的危害，其中，生物危害如病患攜帶的細菌和病毒等通過血液及分泌物擴散到醫務人員，是影響醫護人員健康和生命安全的主要危害之一。醫護人員在合格的口罩、防護服等保護下可以將此類危害降到最低。

口罩、防護服檢測的項目有很多，如斷裂強力、阻燃性能、抗靜電性等，其中抗合成血液穿透性是衡量口罩、防護服是否合格的一項重要指標，國內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材料進行評價。

本文通過試驗對口罩產品的抗合成血液穿透性試驗進行了一系列研究，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，同時對合成血液的配方進行了優化，旨在為防護用口罩的研制及檢測提供科學依據和參考。

2 材料及儀器

試驗材料：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。

試驗儀器：全自動表面張力儀JK99C、LFY-227 醫用口罩合成血液穿透試驗儀、培養箱等。

3 試驗方法

合成血液表面張力的影響因素主要有兩個：溫度和表面活性劑使用量。根據YY 0469—2011《醫用外科口罩》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，并通過測試來驗證表面張力大小的變化對合成血液穿透試驗的影響。

3.1 合成血液的配制

根據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℃的環境中1小時，然后取出測定其表面張力，每個溫度連續測定5次并取其算術平均值作為表面張力的結果。

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。使用全自動表面張力儀測定各組合成血液的表面張力。每組連續測定5次并取其算術平均值作為測試結果。

3.4 溫度、Tween-20用量對合成血液穿透試驗的影響

分別將不同的溫度和Tween-20用量的合成血液倒入醫用口罩合成血液穿透試驗儀的儲液罐中，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。因為隨著溫度升高，分子鍵引力減弱，表面張力隨溫度升高而減少。同時，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用量進行試驗。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，使兩相的表面相當于轉入分子內部，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的影響

根據表1、表2，結合圖1和圖2可知，合成血液的穿透性能會隨著表面張力的降低而增加，表面張力大于40mN/m時，醫用外科口罩內表面沒有出現血液穿透現象。當表面張力低于40mN/m時，口罩內表面出現微量血液穿透現象。這是由于合成血液對醫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血液中需要評定的一個重要物理指標，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，越容易進入固體內部。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，為確保試驗的準確性，應使用表面張力在（42±2）mN/m范圍內的合成血液。

表1 合成血液穿透試驗結果

表2 合成血液穿透試驗結果

圖3 口罩內表面的合成血液穿透試驗情況

4.4 合成血液配方的優化

在25℃環境下，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果，并進行合成血液穿透試驗。

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