三层共挤体外循环泵管的制备与研究

丁友江 翟云飞 李超 双鸽集团·上海聚民生物科技有限公司 （上海 201400）

三层共挤体外循环泵管的制备与研究

丁友江 翟云飞 李超 双鸽集团·上海聚民生物科技有限公司 （上海 201400）

以医用聚氯乙烯（PVC）、热塑性聚氨酯（TPU）为主要原料，采用三层共挤制备了PVC/PVC&TPU/TPU体外循环管路的泵管，采用正交试验优化了三层结构，并对三层共挤的泵管进行了DEHP析出和血液相容性检测，结果显示，无DEHP析出，并且具有良好的血液相容性。

体外循环泵管 三层共挤 正交试验 血液相容性

体外循环管路主要用于心肺手术和血液透析等，属于三类医疗器械。随着医疗技术和材料科学的不断发展，越来越多的体外循环技术应用到临床上[1]。实现这些体外循环均需要管路来提供通路，其中泵管是提供血液流动的主要动力部分，故其性能对治疗疗效影响较大。目前，市场上常见泵管的大多为含毒性增塑剂DEHP的PVC材质，且随着泵管入口处压力变化及蠕动泵反复碾压后，血液流速也会随之发生不同程度的变化[2]。TPU具有优异的物理机械性能和良好的生物性能，广泛应用于医学领域，但由于医用级别TPU的价格太高，应用经济负担较重[3,4]。所以本文从安全性、有效性和经济性角度以TPU和PVC为原材料采用三层共挤技术制备了泵管，并采用正交试验进行优化，同时对其进行了DEHP析出试验和血液相容性试验，可为多层共挤泵管的生产和应用提供依据。

1.资料与方法

1.1 一般资料

PVC，符合GB 15593-1995输血（液）器具用软聚氯乙烯塑料。TPU，路博润公司。

1.2 方法

过渡层PVC&TPU合金的制备：外层的PVC材料和内层的TPU材料按1:1（质量比）比例混合后通过双螺杆挤出机熔融改性制得。

泵管的挤出成型：以PVC、PVC&TPU合金、TPU为原材料，采用三台挤出机通过自制的三层共挤模具，挤出、真空定径、水冷等工艺制得8mm×12mm（内径×外径）的泵管，通过调整各挤出机的螺杆转速控制各层的厚度，制备泵管横截面示图意见图1。

图1. 泵管的横截面示意图

1.3 分析与测试

-33.3kPa压力下流速相对偏差δ1（下文简写为流速相对偏差δ1）：按《YY 0267-2008 心血管植入物和人工器官血液净化装置的体外循环血路》5.5.10方法测试。

4h后流速相对偏差δ2（下文简写为流速相对偏差δ2）：常压下，流速设为200mL/min，4h以后的流速相对偏差。

DEHP测试：选用乙醇水（密度为0.9373～0.9378 g/mL）混合液，对长度为1m的样品进行浸提测试。

血液相容性测试：按《GB/T 16886.4-2003医疗器械生物学评价 第4部分与血液相互作用试验》的规定进行试验。

2.结果与讨论

表1. 正交试验和计算结果分析表

2.1 正交试验方案

为了优化泵管的合理结构，利用正交试验原理设计制定试验方案，以流速相对偏差（δ1和δ2）作为考查泵管的性能指标，研究了TPU层厚度（A）、过渡层厚度（B）、TPU硬度（C）和PVC硬度（D）四种因素。结合实际，拟定各因素为3水平，正交试验方案L9（34）如表1所示。

2.2 正交试验结果分析

根据流速相对偏差测试方法，对各组试验样品进行试验，将各个试验得到的指标进行整理，分别填入表1的右边两列，并分别计算出k值和R值。

由表1试验结果可知，不同因素下制备的泵管性能指标有明显差异，说明四种因素对于泵管的性能具有影响，通过方差分析和极差分析考查四种因素对泵管的影响规律，确定泵管的最佳结构。

2.2.1 流速相对偏差δ1

泵管在临床使用中，大多与人体的动脉、静脉连接，故其入口的压力不再为常压，所以流速相对偏差δ1为泵管的关键指标之一，δ1值越小，流速越稳定，泵管的性能越好。

根据正交试验结果对流速相对偏差δ1进行方差分析，并针对显著因素进行极差分析，结果如表2和图2所示。由表2可以看出，影响因子的主次顺序是D＞C＞A＞B，D和C分别是影响流速相对偏差δ1的主要因素和次要因素，且最佳因素组合为A1B1C2D2。由图2可以看出，随着PVC硬度和TPU硬度的增大，流速相对偏差δ1均呈现先减小后增大的趋势。

图2. 流速相对偏差δ1随显著因素变化图

图3 流速相对偏差δ2随显著因素变化图

表2. 流速相对偏差δ1分析表

表3. 流速相对偏差δ2分析表

表4. 泵管的DEHP溶出物检测结果

2.2.2 流速相对偏差δ2

泵管需要在蠕动泵反复碾压数小时甚至更长时间，所以流速相对偏差δ2亦为泵管的重要指标之一，δ2值越小，流速越稳定，泵管的性能越好。

根据正交试验结果对流速相对偏差δ2方差分析，并针对显著因素进行极差分析，结果如表3和图3所示。

由表3可以看出，影响因子的主次顺序是A＞D＞C＞B，A和D分别是影响流速相对偏差δ2的主要因素和次要因素，且最佳最佳因素组合为A3B1C2D2。由图3可以看出，随着TPU层厚度的增大，δ2呈现减小的趋势；随着PVC硬度的升高，δ2呈现先减小后增大的趋势。

2.2.3 综合分析

若考虑流速相对偏差δ1为考查指标，最佳的组合工艺参数为A1B1C2D2，此时kʹ值将由7.2升高至9.0，升高率为25%；若考虑流速相对偏差δ2为考查指标，最佳的组合工艺参数A3B1C2D2，此时k值由6.2升高至6.9，升高率为11.3%。综合分析选择为A3B1C2D2为最佳工艺参数。

2.3 DEHP析出试验

按A3B1C2D2最佳组合方案，挤出制备泵管，并对其DEHP析出检测，结果见表4。检测结果表明三层共挤泵管未检测DEHP析出，说明内层TPU可有效阻止PVC中的增塑剂迁移至血液中，提高了泵管的安全性。

表5. 血液相容性检测结果

2.4 血液相容性试验

按A3B1C2D2最佳组合方案，挤出制备泵管，并对其血液相容性试验，结果见表5，检测结果表明三层共挤泵管具有良好的血液相容性。

3.结论

采用三层共挤制备的泵管，最佳因素组合为A3B1C2D2，即TPU层厚度为0.3mm、过渡层厚度为0.2mm、TPU硬度为60A、PVC硬度为60A，按该方案制备的医用泵管无DEHP析出，并且具有良好血液相容性。本研究可为多层共挤泵管的生产和应用提供参考依据。

[1] 杨立峰, 柯军, 李伟松, 等. 体外循环管路的生物学评价[J], 中国医疗器械信息, 2009,15(11):69-70,74.

[2] 宋晓峰, 魏光辉. 医用塑料增塑剂DEHP安全性研究及对策[J]. 国外医学(卫生学分册), 2005,32(6):358-361.

[3] 王东青, 李伟, 刘学栋, 等. 医用聚氨酯弹性体的应用研究进展[J]. 现代化工, 2006,26 (s1):100-102.

[4] 杨晓英, 栗方星, 侯薇. 抗凝血聚氨酯材料的合成及性能[J]. 天津医科大学学报, 2003,9(1):7-9.

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，硕士，工程师，主要研究高分子医疗器械。