穿透试验中合成血液的配方优化研究

文/李富荣 刘惠婵 崔绮嫦

1 引言

由于疫情暴发，医疗卫生行业工作人员的人身安全问题受到越来越广泛的关注。医疗卫生行业工作人员，尤其是临床一线人员在工作中面对各类病患时，易受到物理、化学、生物等因素的危害，其中，生物危害如病患携带的细菌和病毒等通过血液及分泌物扩散到医务人员，是影响医护人员健康和生命安全的主要危害之一。医护人员在合格的口罩、防护服等保护下可以将此类危害降到最低。

口罩、防护服检测的项目有很多，如断裂强力、阻燃性能、抗静电性等，其中抗合成血液穿透性是衡量口罩、防护服是否合格的一项重要指标，国内和国际对于该性能的检测都是采用抗合成血液穿透的方法，即利用人工配制的液体（合成血液）模拟血液或体液的某些性能对防护材料进行评价。

本文通过试验对口罩产品的抗合成血液穿透性试验进行了一系列研究，研究合成血液的表面张力以及张力变化对穿透性能的影响，同时对合成血液的配方进行了优化，旨在为防护用口罩的研制及检测提供科学依据和参考。

2 材料及仪器

试验材料：羧甲基纤维素钠、Tween-20、氯化钠、甲基异噻唑酮、苋菜红染料、HE-A增稠剂、Acrysol G111增稠剂、蒸馏水、某品牌口罩。

试验仪器：全自动表面张力仪JK99C、LFY-227 医用口罩合成血液穿透试验仪、培养箱等。

3 试验方法

合成血液表面张力的影响因素主要有两个：温度和表面活性剂使用量。根据YY 0469—2011《医用外科口罩》合成血液穿透的测试要求，通过改变合成血液的储存温度、表面活性剂的使用量来改变合成血液的表面张力，并通过测试来验证表面张力大小的变化对合成血液穿透试验的影响。

3.1 合成血液的配制

根据YY 0469—2011附录A要求配制合成血液。使用2.0g羧甲基纤维素钠、0.06gTween-20、4.5g氯化钠、0.5g甲基异噻唑酮、1.0g苋菜红染料，加上蒸馏水稀释至1000g，并使用2.5mol/L调整其pH至7.3±0.1。

3.2 温度对合成血液表面张力的影响

将配制好的合成血液分别放置5℃～40℃的环境中1小时，然后取出测定其表面张力，每个温度连续测定5次并取其算术平均值作为表面张力的结果。

3.3 Tween-20对合成血液表面张力的影响

分别配制Tween-20用量为0.040g、0.045g、0.050g、0.055g、0.060g、0.065g、0.070g的1L合成血液。使用全自动表面张力仪测定各组合成血液的表面张力。每组连续测定5次并取其算术平均值作为测试结果。

3.4 温度、Tween-20用量对合成血液穿透试验的影响

分别将不同的温度和Tween-20用量的合成血液倒入医用口罩合成血液穿透试验仪的储液罐中，将样品固定在装样装置上，在距样品中心位置305mm处将2mL的合成血液以16.0kPa的压力从喷射头中沿水平方向喷向被测样品10s，观察穿透情况。

4 结果与讨论

4.1 温度对合成血液表面张力的影响

由图1可以看出合成血液表面张力随着温度的升高而减少，从原来的45.149mN/m降至37.540mN/m。因为随着温度升高，分子键引力减弱，表面张力随温度升高而减少。同时，温度升高，液体的饱和蒸气压增大，气相中的分子密度增加，气相分子对液体表面分子的引力增大，导致液体表面张力减少。

图1 不同温度下合成血液的表面张力变化

4.2 Tween-20用量对合成血液表面张力的影响

在25℃下配制不同的Tween-20用量进行试验。从图2可看出，随着表面活性剂Tween-20用量的增加，合成血液的表面张力也随之降低。由48.727mN/m降至36.178mN/m。Tween-20是能够吸附在表（界）上，添加量很少时即可大大降低溶液的表面张力。Tween-20通过分子中不同部分分别对两相亲和，使两相均将其看作本相的成分，分子排列在两相之间，使两相的表面相当于转入分子内部，从而降低表面张力。

图2 不同Tween-20用量下合成血液的表面张力变化

4.3 温度和Tween-20用量对合成血液穿透试验的影响

根据表1、表2，结合图1和图2可知，合成血液的穿透性能会随着表面张力的降低而增加，表面张力大于40mN/m时，医用外科口罩内表面没有出现血液穿透现象。当表面张力低于40mN/m时，口罩内表面出现微量血液穿透现象。这是由于合成血液对医用外科口罩材料的穿透能力主要由合成血液在固体表面的展开情况决定的；而表面张力是合成血液模拟真实血液中需要评定的一个重要物理指标，合成血液的表面张力越小，那么它在口罩表面展开的体积就越大，越容易进入固体内部。人体体液（不包括唾液）的表面张力范围在42mN/m至60mN/m之间，因此，为确保试验的准确性，应使用表面张力在（42±2）mN/m范围内的合成血液。

表1 合成血液穿透试验结果

表2 合成血液穿透试验结果

图3 口罩内表面的合成血液穿透试验情况

4.4 合成血液配方的优化

在25℃环境下，将100mL的蒸馏水加热至85℃左右，然后将2.5g HE-A增稠剂加入到100mL蒸馏水中，使用玻璃棒快速搅拌，搅拌2min左右增稠剂溶解完毕。然后将试液倒入装有500mL蒸馏水的烧杯中使其冷却回室温后分别加入0.04g Tween-20、2.4g氯化钠和1.0g苋菜红染料，再使用蒸馏水加至1L。配制完毕后，测量其表面张力是否符合前文的结果，并进行合成血液穿透试验。

由图4可知，此配方配制的合成血液其表面张力能够达到标准要求，平均表面张力为40.999mN/m，试验效果相同；如图5所示，此配方配制的合成血液在医用外科口罩外表面的展开程度相似。

图4 配方优化后的合成血液表面张力

图5 配方优化后的合成血液穿透试验情况

5 结论

综上所述，表面张力是影响合成血液穿透试验的一个重要参数，控制其稳定性是保证试验进行的一个重要条件之一。而通过试验验证，表面张力受温度、表面活性剂影响较大。因此配制合成血液时需要控制表面活性剂的使用量，配制好的合成血液要放置在20℃到25℃的环境中保存。

同时，通过分析和试验可知，本文提出的合成血液配方在性能指标上符合标准要求，且试验情况与其他配方比较，试验结果一致，且新配方所用的增稠剂溶解时间短，用量少，大大提高了检测效率和降低了检测成本。