丁友江 翟云飛 李超 雙鴿集團·上海聚民生物科技有限公司 (上海 201400)
三層共擠體外循環(huán)泵管的制備與研究
丁友江 翟云飛 李超 雙鴿集團·上海聚民生物科技有限公司 (上海 201400)
以醫(yī)用聚氯乙烯(PVC)、熱塑性聚氨酯(TPU)為主要原料,采用三層共擠制備了PVC/PVC&TPU/TPU體外循環(huán)管路的泵管,采用正交試驗優(yōu)化了三層結構,并對三層共擠的泵管進行了DEHP析出和血液相容性檢測,結果顯示,無DEHP析出,并且具有良好的血液相容性。
體外循環(huán)泵管 三層共擠 正交試驗 血液相容性
體外循環(huán)管路主要用于心肺手術和血液透析等,屬于三類醫(yī)療器械。隨著醫(yī)療技術和材料科學的不斷發(fā)展,越來越多的體外循環(huán)技術應用到臨床上[1]。實現(xiàn)這些體外循環(huán)均需要管路來提供通路,其中泵管是提供血液流動的主要動力部分,故其性能對治療療效影響較大。目前,市場上常見泵管的大多為含毒性增塑劑DEHP的PVC材質,且隨著泵管入口處壓力變化及蠕動泵反復碾壓后,血液流速也會隨之發(fā)生不同程度的變化[2]。TPU具有優(yōu)異的物理機械性能和良好的生物性能,廣泛應用于醫(yī)學領域,但由于醫(yī)用級別TPU的價格太高,應用經(jīng)濟負擔較重[3,4]。所以本文從安全性、有效性和經(jīng)濟性角度以TPU和PVC為原材料采用三層共擠技術制備了泵管,并采用正交試驗進行優(yōu)化,同時對其進行了DEHP析出試驗和血液相容性試驗,可為多層共擠泵管的生產(chǎn)和應用提供依據(jù)。
1.1 一般資料
PVC,符合GB 15593-1995輸血(液)器具用軟聚氯乙烯塑料。TPU,路博潤公司。
1.2 方法
過渡層PVC&TPU合金的制備:外層的PVC材料和內(nèi)層的TPU材料按1:1(質量比)比例混合后通過雙螺桿擠出機熔融改性制得。
泵管的擠出成型:以PVC、PVC&TPU合金、TPU為原材料,采用三臺擠出機通過自制的三層共擠模具,擠出、真空定徑、水冷等工藝制得8mm×12mm(內(nèi)徑×外徑)的泵管,通過調(diào)整各擠出機的螺桿轉速控制各層的厚度,制備泵管橫截面示圖意見圖1。
圖1. 泵管的橫截面示意圖
1.3 分析與測試
-33.3kPa壓力下流速相對偏差δ1(下文簡寫為流速相對偏差δ1):按《YY 0267-2008 心血管植入物和人工器官血液凈化裝置的體外循環(huán)血路》5.5.10方法測試。
4h后流速相對偏差δ2(下文簡寫為流速相對偏差δ2):常壓下,流速設為200mL/min,4h以后的流速相對偏差。
DEHP測試:選用乙醇水(密度為0.9373~0.9378 g/mL)混合液,對長度為1m的樣品進行浸提測試。
血液相容性測試:按《GB/T 16886.4-2003醫(yī)療器械生物學評價 第4部分與血液相互作用試驗》的規(guī)定進行試驗。
表1. 正交試驗和計算結果分析表
2.1 正交試驗方案
為了優(yōu)化泵管的合理結構,利用正交試驗原理設計制定試驗方案,以流速相對偏差(δ1和δ2)作為考查泵管的性能指標,研究了TPU層厚度(A)、過渡層厚度(B)、TPU硬度(C)和PVC硬度(D)四種因素。結合實際,擬定各因素為3水平,正交試驗方案L9(34)如表1所示。
2.2 正交試驗結果分析
根據(jù)流速相對偏差測試方法,對各組試驗樣品進行試驗,將各個試驗得到的指標進行整理,分別填入表1的右邊兩列,并分別計算出k值和R值。
由表1試驗結果可知,不同因素下制備的泵管性能指標有明顯差異,說明四種因素對于泵管的性能具有影響,通過方差分析和極差分析考查四種因素對泵管的影響規(guī)律,確定泵管的最佳結構。
2.2.1 流速相對偏差δ1
泵管在臨床使用中,大多與人體的動脈、靜脈連接,故其入口的壓力不再為常壓,所以流速相對偏差δ1為泵管的關鍵指標之一,δ1值越小,流速越穩(wěn)定,泵管的性能越好。
根據(jù)正交試驗結果對流速相對偏差δ1進行方差分析,并針對顯著因素進行極差分析,結果如表2和圖2所示。由表2可以看出,影響因子的主次順序是D>C>A>B,D和C分別是影響流速相對偏差δ1的主要因素和次要因素,且最佳因素組合為A1B1C2D2。由圖2可以看出,隨著PVC硬度和TPU硬度的增大,流速相對偏差δ1均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。
圖2. 流速相對偏差δ1隨顯著因素變化圖
圖3 流速相對偏差δ2隨顯著因素變化圖
表2. 流速相對偏差δ1分析表
表3. 流速相對偏差δ2分析表
表4. 泵管的DEHP溶出物檢測結果
2.2.2 流速相對偏差δ2
泵管需要在蠕動泵反復碾壓數(shù)小時甚至更長時間,所以流速相對偏差δ2亦為泵管的重要指標之一,δ2值越小,流速越穩(wěn)定,泵管的性能越好。
根據(jù)正交試驗結果對流速相對偏差δ2方差分析,并針對顯著因素進行極差分析,結果如表3和圖3所示。
由表3可以看出,影響因子的主次順序是A>D>C>B,A和D分別是影響流速相對偏差δ2的主要因素和次要因素,且最佳最佳因素組合為A3B1C2D2。由圖3可以看出,隨著TPU層厚度的增大,δ2呈現(xiàn)減小的趨勢;隨著PVC硬度的升高,δ2呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。
2.2.3 綜合分析
若考慮流速相對偏差δ1為考查指標,最佳的組合工藝參數(shù)為A1B1C2D2,此時k?值將由7.2升高至9.0,升高率為25%;若考慮流速相對偏差δ2為考查指標,最佳的組合工藝參數(shù)A3B1C2D2,此時k值由6.2升高至6.9,升高率為11.3%。綜合分析選擇為A3B1C2D2為最佳工藝參數(shù)。
2.3 DEHP析出試驗
按A3B1C2D2最佳組合方案,擠出制備泵管,并對其DEHP析出檢測,結果見表4。檢測結果表明三層共擠泵管未檢測DEHP析出,說明內(nèi)層TPU可有效阻止PVC中的增塑劑遷移至血液中,提高了泵管的安全性。
表5. 血液相容性檢測結果
2.4 血液相容性試驗
按A3B1C2D2最佳組合方案,擠出制備泵管,并對其血液相容性試驗,結果見表5,檢測結果表明三層共擠泵管具有良好的血液相容性。
采用三層共擠制備的泵管,最佳因素組合為A3B1C2D2,即TPU層厚度為0.3mm、過渡層厚度為0.2mm、TPU硬度為60A、PVC硬度為60A,按該方案制備的醫(yī)用泵管無DEHP析出,并且具有良好血液相容性。本研究可為多層共擠泵管的生產(chǎn)和應用提供參考依據(jù)。
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Preparation and Study of Extracorporeal-circuit Pump Tube with Three layers
DING You-jiang ZHAI Yun-fei LI Chao Double-Dove Group·Shanghai Jumin Biological Technology Co., LTD. (Shanghai 201400)
Extracorporeal-circuit pump tube was prepared by medical PVC, TPU as materials using three-layer co-extrusion technology. Orthogonal test was taken to optimize the three-decker, and it was evaluated including tests of DEHP released and blood compatibility. The results showed that it had non-DEHP released and good biocompatibility
extracorporeal-circuit pump tube, three-layer co-extrusion, orthogonal test, blood compatibility
1006-6586(2017)11-0029-03
R197.39
A
2017-02-08
丁友江,碩士,工程師,主要研究高分子醫(yī)療器械。