钴锰放射性核素皮肤沾染去污剂的初步研制

原维鸿，沈先荣，刘琼，何颖，陈伟，王庆蓉，罗群，侯登勇，唐雪

放射性物质越来越广泛地运用在核能、军事、医疗、科研等领域，但同时核事故、核爆炸、核恐怖袭击等均可导致放射性污染的发生。放射性物质泄漏和释放对人员造成污染时，最常见的是体表沾染，且可引起放射性皮肤损伤，若不及时清除，放射性核素还可能通过伤口、食管、呼吸道和毛孔等途径进入机体，造成体内污染，引起内照射损伤；也可能引起放射性物质扩散，造成环境污染和其他人员的损伤[1-2]。体表沾染放射性物质的去除，最有效的方法是使用去污剂进行快速高效去污。国内外已经报道了一些放射性物质体表沾染去污剂，常用的组分包括表面活性剂、螯合剂和去垢剂[3-5]。目前国内外市场上还没有商品化简便高效的放射性物质沾染皮肤去污剂供应。本文选择高效和低刺激性的主表面活性剂和辅表面活性剂，辅以高效核素螯合剂、pH调节剂、保湿剂和黏度调节剂，通过单因素分析和正交试验，成功研制出了高效去污剂，为放射性沾染皮肤去污剂产品的开发提供了依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物及材料 健康普通级新西兰大白兔4只，体重2～3kg，双眼正常，购自上海甲干生物科技有限公司，许可证号SCXK(沪)2015-0005，合格证编号2010002803908。十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzene sulphonate，SDBS)分析纯、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(C12-C14 alcohol ether sulfate，AES)分析纯、α-烯基磺酸钠(alpha olefin sulfonate，AOS)分析纯、乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA)分析纯购自国药集团上海化学试剂有限公司。30%椰油酰胺丙基氧化胺(cocamidopropylamine oxide，CAO，4501)、35%椰油酰胺丙基甜菜碱(cocamidopropyl betaine，CAB，4401)购自广州红昌化工有限公司。椰子油脂肪酸二乙醇酰胺(coconut diethanol amide，CDEA，6501)购自江苏省海安石油化工厂。

1.2 放射性沾染皮肤去污剂的制备 放射性沾染皮肤去污剂主要由主表面活性剂、辅表面活性剂、pH调节剂、保湿剂、黏度调节剂和金属离子络合剂等成分组成。选择合适的主表面活性剂和辅表面活性剂，通过单因素试验和正交试验，筛选表面活性剂组方；再加入pH调节剂、保湿剂和黏度调节剂，筛选去污剂基质组方(基方)。在基方基础上，加入络合剂，获得放射性沾染皮肤去污剂最终配方组成。

1.2.1 表面活性剂组方的筛选 主表面活性剂发泡好，去污力强，但皮肤刺激性大；辅表面活性剂自身发泡较差，但对主表面活性剂具有很好的稳泡和降刺激作用。本实验采用主表面活性剂和辅表面活性剂复合配方，在保证发泡去污力的同时有效降低了皮肤刺激性。选择去污力强的SDBS、AES和AOS作为主表面活性剂，稳泡降刺激性能好的CAO和CAB作为辅表面活性剂。设计SDBS、AES、AOS、CAO和CAB 5因素4水平正交试验，开展16组方案试验，以发泡高度筛选最佳表面活性剂组方。

1.2.2 组方的皮肤刺激性试验 选用4只健康新西兰大白兔，体重2～3kg，按照《消毒技术规范》[6]进行皮肤刺激性试验以初步验证其安全性。于实验前24h背部脱毛并保证皮肤完整性。在脊椎两侧各取2块2.5cm×2.5cm的区域，分为左前、左后，右前、右后。取受试物0.5ml直接涂抹在2.5cm×2.5cm大小的4层纱布上，然后将纱布敷在背部对应的4个区域，用PU膜固定，右侧为两种不同的受试物，左侧用生理盐水作对照。贴敷4h后除去受试物。于除去受试物后24、48、72h，分别观察受试部位皮肤红斑和水肿情况，按皮肤刺激反应的评分标准(表1)进行皮肤刺激性反应的评分。除刺激作用外，对观察到的任何皮肤损伤和其他毒副作用均应详尽描述和记录。

表1 皮肤刺激反应的评分标准Tab.1 The scoring of skin irritation

1.2.3 基方配方研究及放射性沾染皮肤去污剂的制备工艺 基方配方研究：在表面活性剂组方基础上，黏度调节剂选择有稳泡性能的1:1型CDEA，pH调节剂选择低刺激性的柠檬酸，保湿剂选择常用的甘油。根据文献确定表面活性剂总体浓度范围为20%～25%，CDEA浓度范围为3.5%～4.5%，甘油浓度范围为3%～5%，通过单因素分析，测定柠檬酸的浓度范围。设计表面活性剂总体含量、柠檬酸、CDEA、甘油4因素3水平正交实验，通过泡沫高度、黏度和pH值筛选最优基方组成。制备工艺：按上述实验获得的放射性沾染皮肤去污剂配方组成，精确称取SDBS、AES、AOS、CAO、CAB，混匀后，加入蒸馏水溶解，于80℃条件下搅拌2h，所有组分完全溶解至澄清透明。

1.3 放射性沾染皮肤去污剂理化性质测定

1.3.1 去污剂pH值及稳定性的测定 pH值：按GB/T 13173-2008《表面活性剂洗涤剂试验方法》中的洗涤剂pH值测定方法进行[7]。称取去污剂样品10g，加去离子水稀释至100ml，加热至40℃，不断搅拌至均匀，然后冷却至室温，用pH计测定。

稳定性：按GB/T 13173-2008《表面活性剂洗涤剂试验方法》中的洗涤剂稳定性测定方法进行[7]。去污剂于–5±2℃冰箱中放置24h，取出恢复至室温时观察有无沉淀和变色现象，产品是否透明不混浊。去污剂于40±1℃的保温箱中放置24h，取出恢复至室温时观察有无异味，有无分层和变色现象，产品是否透明不混浊。

1.3.2 去污剂中总活性物质含量和EDTA含量的测定 总活性物质含量：按GB/T 13173-2008《表面活性剂洗涤剂试验方法》中的洗涤剂总活性物质含量测定方法进行[7]。EDTA含量：按GB/T 13173-2008《表面活性剂洗涤剂试验方法》中的洗涤剂EDTA含量测定方法(滴定法)进行[7]。

1.4 放射性沾染皮肤去污剂去污效率的测定 采用钴(Co2+)和锰(Mn2+)稳定性核素进行冷态去污效率测定试验。分别配制浓度为50mg/L的CoCl2和MnCl2溶液，等体积混合后作为染毒溶液。采用3位健康志愿者手背皮肤进行稳定性核素染毒去污试验。参与本试验的志愿者及其家属均知情同意，且经第二军医大学海军医学研究所伦理委员会批准。志愿者的左手背为放射性沾染皮肤去污剂组，右手背为蒸馏水去污对照组；蒸馏水对照组用等体积蒸馏水代替去污剂。取100μl染毒溶液，均匀涂在志愿者手背直径为40mm的圆形区域内，染毒1min后，取50μl放射性沾染皮肤去污剂或蒸馏水，均匀涂布在手背皮肤染毒区域，用软毛牙刷洗刷，同一方向圆周运动刷洗1min；用50ml蒸馏水冲手背，所有志愿者依次进行试验，分别收集清洗液，用电感耦合等离子体发射光谱仪(inductive coupled plasma emission spectro meter)测定清洗液中Co2+和Mn2+含量，同时测定染毒溶液中Co2+和Mn2+含量，按以下公式计算去污效率：去污率(%)=(皮肤染毒核素量－皮肤残留核质量)/皮肤染毒核素量×100%。

1.5 统计学处理 采用SPSS 17.0软件进行统计分析。数据结果以±s表示，组间比较采用独立样本t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 放射性沾染皮肤去污剂的配方组成和制备工艺2.1.1 表面活性剂组成 设计SDBS、AES、AOS、CAO和CAB 5因素4水平正交试验，如表2所示，开展16组方案试验，以泡沫高度作为考察指标，结果见表3。通过直观分析可以得出最佳组方为：SDBS 2.5g、AES 12.5g、AOS 7.5g、CAO 20ml、CAB 12ml；最佳组方配比为SDBS:AES:AOS:CAO:CAB=5:25:15:40:24。

表2 表面活性剂各组分质量水平5因素4水平正交设计Tab.2 The 5 factors and 4 levels orthogonal experiment design of surfactants

表3 5因素4水平表面活性剂组方正交试验及其直观分析结果Tab.3 The results of 5 factors and 4 levels orthogonal experiment of surfactants

2.1.2 组方皮肤刺激性 按照2.1.1所述筛选获得的表面活性剂组方，配制20%浓度进行皮肤刺激性试验，并与相同浓度的各单方组分进行对照，结果见表4。主表面活性剂与辅表面活性剂以最佳组方比例混合后，与复方中5个单方比较，最佳组方的皮肤刺激性明显降低，24h和48h后大白兔受试部位仅可见很轻微的红斑(勉强可见)，无水肿，刺激评分值为1；72h后大白兔受试部位皮肤未见红斑、水肿等刺激性作用，皮肤刺激总积分均值为0。按照国标GB 27951-2011《皮肤消毒剂卫生要求》[8]，本研究获得的表面活性剂组方属于无刺激性配方。

表4 表面活性剂组方的皮肤刺激性Tab. 4 The skin irritation of the five surfactants and its formula

2.1.3 基方组成 在表面活性剂组方基础上，选择有稳泡性能的1:1型CDEA作为黏度调节剂，低刺激性的柠檬酸作为pH调节剂，甘油为保湿剂。通过单因素分析，采用黏度和pH值指标测定柠檬酸的所需含量范围；在含20%表面活性剂溶液中加入不同浓度(0%～0.8%)柠檬酸，采用pH计检测溶液pH值，结果如表5所示，当柠檬酸浓度为0.4%～0.7%时，pH值在6.0～7.0之间，呈弱酸性，且无浑浊出现，符合设计要求。

表5 柠檬酸含量对20%表面活性剂溶液pH值和浑浊度的影响Tab.5 The effects of citric acid content on pH and opacity of 20% surfactant formula

根据文献和国内外经验，表面活性剂总量在20%～25%，CDEA为3.5%～4.5%，甘油为3%～5%。设计表面活性剂总体含量、柠檬酸、CDEA、甘油4因素3水平正交实验，如表6所示；开展9次试验，分别检测泡沫高度、黏度、pH值和稳定性，结果如表7所示；对正交试验结果进行直观分析，如表8所示。从上述分析可以得出基方的最优配方为：20%表面活性剂:0.6%柠檬酸:3.5% CDEA:5%甘油=20:0.6:3.5:5。综合单因素分析和正交试验结果，得出放射性沾染皮肤去污剂的配方组成如表9所示。

2.2 放射性沾染皮肤去污剂的理化性质 经pH计测定，放射性沾染皮肤去污剂pH值为6.99。稳定性试验结果显示，去污剂经–5℃和40℃环境放置24h后，无异味，无沉淀和变色现象，透明产品不混浊。去污剂总活性物质含量为20.49%±0.15%，EDTA含量为5.99%±0.001%。

表6 基方组成4因素3水平正交设计表(%)Tab.6 The 4 factors and 3 levels orthogonal experiment design of basic formula (%)

表7 基方组成正交试验4项性能考察指标检测结果Tab.7 Test results of 4 detections of basic formula from orthogonal experiment of surfactants

表8 基方组成正交试验直观分析结果Tab.8 Visual analysis results of basic formula from orthogonal experiment of surfactants

表9 放射性沾染皮肤去污剂配方组成Tab.9 The formula of detergent for contaminated skin by isotopes contamination

2.3 放射性沾染皮肤去污剂的去污效率 使用去污剂对志愿者手背皮肤的稳定性核素Co2+和Mn2+进行清洗，洗出液Co2+和Mn2+浓度分别为0.066±0.003mg/L和0.054±0.005mg/L，明显高于清水洗出液中Co2+和Mn2+的浓度(分别为0.052±0.015mg/L和0.043±0.012mg/L，P＜0.01)。去污率计算结果显示，去污剂对Co2+和Mn2+的去污率分别为103.13%±0.05%和100.62%±0.09%，明显高于清水的去污率(分别为81.77%±0.23%和79.63%±0.23%，P＜0.01)。

3 讨 论

放射性核素体表沾染的主要危害是造成皮肤放射性损伤，以及放射性核素进入体内造成内照射损伤，如锕系元素铀可经人体表皮层进入体内加剧对内部器官的伤害[9]。核辐射事故灾害受事故源项情况、现场气象、地形、周边环境等多种因素的影响，现场情况复杂多变[10]。放射性去污是保障环境及人员安全的重要环节，选择合适的去污剂，确定最佳的去污方法，不但能取得较好的去污效果，还能有效减少去污过程中放射性废物的产生量，达到安全高效的目的[11-13]。放射去污的难易与放射性物质的物理、化学状态，物体表面的物化状态及接触时间有关[14]。皮肤去污一般用肥皂和去污剂，它们借助乳化和溶解作用除去表面污染物，借助物理打磨作用去除皮肤或部分角质层结合的污染物，借助络合剂与污染物结合成游离复合物可去除难溶解污染物。乙烷-1-羟基-1-双磷酸(EHPA)、二乙酸三胺五醋酸(DTPA)、EDTA、EPTA等络合剂和硼酸等酸性肥皂能有效去除皮肤沾染[15]。目前我国研究报道了多种人体放射性沾染去污剂。符荣初等[16]报道了SM系列皮肤去污剂，包括阻断剂SMT、去污膏SMG及去污液SMY三大类型，其中SMY-I专用于碘同位素，SMY-1～3适用于各类阳离子核素。此外我国已独立开发了体表洗消去污药盒，对人体体表有伤口或创面污染、α核素污染、β/γ核素污染以及原因不明的沾染情况下去污剂的配制与使用进行了详细说明，研制出了N11型人员清洗剂，专门用于人体去污[17]。常用的去污剂有效成分较为单一，对核素成分不明的沾染难以达到理想的去污效果。所以开发多用途复合型皮肤放射性沾染高效去污剂是核工业和核防护相关领域的迫切要求。但目前国内外市场上没有现成的产品供应，不利于核应急医学救援的迅速展开。

综上，本实验研制的Co2+和Mn2+放射性皮肤沾染去污剂中含有多种表面活性剂，经过单因素考察和正交试验筛选出最佳配比浓度，有效降低了皮肤刺激性，去污效率试验结果表明对Co2+和Mn2+具有很好的去污效果；其制备工艺简单，稳定性好，便于储存和携带，可快速用于核事故情况下体表放射性污染物的去污。

[1]Rana S, Bhatt S, Dutta M,et al. Radio-decontamination efficacy and safety studies on optimized decontamination lotion formulation[J]. Int J Pharm, 2012, 434(1-2): 43-48.

[2]Hao SY, Xiang JT. Cause analysis and prevention measures of occupational exposure among medical staff in a hospital[J]. J Logist Univ PAP (Med Sci), 2016, 25(9): 756-757. [郝素云, 向江滔. 某医院医护人员职业暴露原因分析及防护措施[J].武警后勤学院学报(医学版), 2016, 25(9): 756-757.]

[3]Rana S, Sharma N, Ojha H. p-Tertbutylcalix[4]arene nanoemulsion: preparation, characterization and comparative evaluation of its decontamination efficacy against Technetium-99m, Iodine-131 and Thallium-201[J]. Colloids Surf B Biointerfaces, 2014, 117: 114-121.

[4]Rana S, Dutta M, Sharma N,et al. Scintigraphic evaluation of decontamination lotion for removal of radioactive contamination from skin[J]. Disaster Med Public Health Prep, 2014, 31: 1-6.

[5]Sharma N, Ojha H, Dharam P,et al. Radiation skin decontamination formulation[C]. Int Sch Sci Res Innov, 2016,10(3): 387.

[6]Technical standard for disinfection[S]. Ministry of Health of the PRC, 2002. [消毒技术规范[S]. 中华人民共和国卫生部,2002.]

[7]GB/T 13173-2008. Surface active agents-Detergents-Testing methods[S]. [GB/T 13173-2008. 表面活性剂洗涤剂试验方法[S].]

[8]GB 27951-2011. Hygiene requirements for skin disinfectant[S].[GB 27951-2011. 皮肤消毒剂卫生要求[S].]

[9]Griffiths NM, Wilk JC, Abram MC,et al. Internal contamination by actinides after wounding: A robust rodent model for assessment of local and distant actinide retention[J]. Health Phys, 2012, 103(2): 187-194.

[10]Hu XL, Ma DX. Analysis of characteristics of radiation accident emergency rescue and disaster[C]//Proc Sec Chin Ctrl Conf(Part Two). CICC, 2014. 115-118. [胡秀丽, 马德兴. 核辐射事故灾害与应急救援特点解析[C]//第二届中国指挥控制大会论文集(下). 中国指挥控制学会, 2014. 115-118.]

[11]Zhang CW, Wang HF, Chen YH,et al. Study on emergency decontamination programme of chemical incident[J]. J Saf Sci Technol, 2012, 8(1): 103-107. [张存位, 王慧飞, 陈远航, 等.化学事故中应急洗消方案的研究[J]. 中国安全生产科学技术, 2012, 8(1): 103-107.]

[12]Zhao YH, Dou TJ, Chen XM,et al. The nuclear and radiological terrorism events and progresses in nuclear emergency decontamination technology[A]. 2012, 875-880. [赵颜红, 窦天军, 陈晓谋, 等. 核与辐射恐怖事件应急去污技术进展[A].2012, 875-880.]

[13]Tian Y. The Technique and application of radioactive elimination[C]//Proc sec Chin Ctrl Conf (Part Two). CICC,2014. 171-174. [田烨. 放射性去污技术及应用[C]//第二届中国指挥控制大会论文集(下). 中国指挥与控制学会, 2014.171-174.]

[14]Zhang LR. The human body surface radioactive pollution decontamination treatment countermeasures study[J]. Jiangxi Chem Ind, 2014, (4): 65-70. [张莉蓉. 人体表面放射性污染去污处理对策研究[J]. 江西化工, 2014, (4): 65-70.]

[15]Yu Z, An HY. Practice of decontamination of medical rescue wounded at nuclear emergency site[J]. Disaster Med Rescue(Electr Ed), 2017, 6(2): 109-111. [于汋, 安海英. 核应急现场医学救援伤员洗消的实践[J]. 灾害医学与救援(电子版),2017, 6(2): 109-111.]

[16]Fu RC, Song MF, Liu L,et al. Study of decontamination technigue on skin[J]. Suzhou Univ J Med Sci, 2002, 22(4): 392-393. [符荣初, 宋妙发, 刘犁, 等. 皮肤放射性沾染去污剂及去污技术研究[J]. 苏州大学学报(医学版), 2002, 22(4): 392-393.]

[17]Li J, Zhang YX, Han FJ,et al. The present situation and countermeasures of radioactive pollution disposal in China[J].Chin J Radiol Health, 2013, 22(6): 734-737. [李锦, 张艳霞, 韩福眷, 等. 我国放射性污染处置工作现状及对策研究[J]. 中国辐射卫生, 2013, 22(6): 734-737.]