输液器止液膜自动止液性能试验方法的研究

花松鹤

上海市医疗器械检验研究院，上海市，201318

0 引言

传统的一次性使用输液器在给患者输液时，如果未能及时拔针或换药，当液面低于滴管下的一定高度，此时血管内静脉压高于输液压力，就造成血管内的血液返流，出现回血现象。回血可能导致患者少量的失血，可能会产生凝血，再次输液时微小的血凝块进入血管形成微血栓，如果排气不当可能形成空气栓，甚至引起空气栓塞。为此，目前市场上出现了一种将自动止液和药液过滤功能合二为一的一次性使用输液器，它能有效防止回血现象的发生。本次仅研究止液膜过滤器的止液性能，对止液膜的药液过滤性能、防回血性能等不做进一步的探索。因为目前没有评价止液膜止液性能的指导或标准文件，无法进行产品性能的量化分析和质量监督，故笔者提出一种止液膜泡点压力检测方法，通过对止液性能的验证来探索泡点压力与止液膜止液性能的关联性，旨在为止液膜止液性能评价提供切实可行的参考价值。

1 止液原理

1.1 止液膜结构

通过将止液膜放大5 000倍，在电镜下观察分析膜的表面和截面结构，结果如图1和图2所示。从图中可以发现止液膜是一种具有一定孔径分布的多孔材料膜，孔与孔之间弯曲互通，在输液时，药液通过不规则的弯曲、网状通道，达到药液止流的效果。

1.2 止液膜工作原理

在临床输液过程中，药液经止液膜不规则的孔径过滤后进入人体血管。当药液快要输完时，药液上方的空气必须先通过止液膜不规则的弯曲通道才能够进入人体血管中，即药液上方的空气必须排空止液膜内的药液才能够进入人体血管，如果人体血管内静脉压高于药液柱的静脉压就会出现回血现象。对于亲水性的止液膜来说，药液在弯曲的通道孔径中与止液膜表面间产生了很强的表面张力，该表面张力使药液粘附在止液膜的孔径内。当输液完成后，可以认为，止液膜到输液针之间的药液柱的受力情况，如图3所示。在不考虑大气压的情况下，药液柱在人体血管内的静脉压（P1）、药液柱的静脉压（P2）和止液膜对药液柱产生的表面张力（F）三个力的共同作用下达到平衡。

图1 止液膜表面电镜图Fig.1 Electron microscope image of the surface of the liquid stop membrane

图2 止液膜端面孔径结构电镜图Fig.2 Electron microscope image of the pore size structure of the surface of the liquid stop membrane

图3 止液膜到输液针间药液柱的力平衡图Fig.3 Image of force balance of liquid column between the liquid stop membrane and infusion needle

从图3中可以看出，止液膜是通过与药液间产生的表面张力，来平衡止液膜和输液针间的药液柱静水压，从而实现止液效果。

2 试验

2.1 试验条件

试验仪器：选取泡点压力测试仪和精密压力校准器，仪器型号：721-1615型，生产厂家：美国FLUCK公司。

试验用水：纯化水。

试验温度：（20～25）℃。

2.2 试验样本

在进行泡点压力试验前，止液膜样本从研究总体中随机抽取，样本量为200个。

2.3 泡点压力试验过程

预先采用试验用水完全浸润止液膜，然后按图4布置试验系统，并避免下游管路扭结。将预处理过的止液膜置于测试池座上，在测试池中加入试验用水，排出测试池下游系统内的全部空气，关闭调节阀。再用适宜的方法堵住止液膜上游的各排气孔。最后打开调节阀，对系统进行增压，增压速度要慢，以避免超过真实的泡点值。当测试池中出现第一个气泡并连续出现气泡时立即停止升压，读取此时的泡点压力值。

图4 泡点压力试验系统Fig.4 Bubble point pressure test system

2.4 选取进行止液性能试验的代表样本

由于止液性能试验操作复杂、耗时长等原因，不可能对所有做过泡点压力的样本进行止液性能试验。为了保证进行止液性能的样本具有代表性，因此选取止液性能试验的代表样本时，将原200个试验样本的泡点压力按照从大到小顺序重新排列并对它们进行编号，然后等间隔按照泡点压力从大到小的顺序选取20个止液膜作为止液性能试验的代表样本。选取的20个代表性样本分别为：第1个、第12个、第23个、第34个、第45个、第56个、第67个、第78个、第89个、第90个、第101个、第112个、第123个、第134个、第145个、第156个、第167个、第178个、第189个和第200个。

2.5 进行止液性能试验

选取的20个代表性止液膜过滤器按图5布置试验系统进行止液性能试验，并记录每个过滤器对应的试验结果。

图5 自动止液性能试验装置Fig.5 Automatic liquid stop function test device

首先完成排气的工作后，打开流量调节器，使药液进入滴斗下的管路内并将管路内的空气从输液针末端排出，直至药液从针管流出。然后将试验系统连接外径为1.2 mm输液针在600 mL/h恒定流速条件下进行准备，其次将输液器的静脉输液针末端离止液膜过滤器距离设定为1 900 mm高度的外界恒定水柱下进行试验。最后关闭流量调节器，将静脉输液针插入连接的一个模拟静脉血压源装置的注射件中，止液膜过滤器在40 ℃温度条件下放置24 h进行预处理，自动止液功能试验在室温18 ℃～22 ℃条件下即刻进行。当输液器输完1 000 mL药液，且输液器止液膜过滤器上端的管腔内药液流完后，药液停留在止液膜过滤器腔内至少维持30 min。通过观察输液器内止液膜过滤器下腔的液柱是否停止流动，以此判定止液膜过滤器是否止液。

3 试验结果与分析

选取的20个代表性止液膜过滤器按泡点压力从大到小的顺序排列并对它们进行重新编号，它们的泡点压力与止液性能试验结果，如图6所示。从图6中可以看出共有12个样品泡点压力大于等于0.019 MPa，止液性能符合要求，8个样品泡点压力小于等于0.018 MPa，止液性能不符合要求。随着泡点压力的升高，止液性能就越好。因此可以得出临界泡点压力为0.019 MPa。

图6 20个止液膜过滤器泡点压与止液性能试验结果Fig.6 Bubble point pressure and liquid stop performance test result of 20 liquid stop membrane filters

为保证过滤器止液性能的安全可靠性，泡点压力值需要达到一个相对安全的阈值，根据查阅Pharmaceutical Technology上的文献Filter Integrity Testing in Liquid Applications,Revisited Part II[9]，给出安全系数一般不低于110%的推荐值。因此，安全阈值可以取临界泡点压力值的1.1倍，即：0.019 MPa×1.1≈0.021 MPa。所以止液膜过滤器的泡点压力出厂指标最小值为0.021 MPa，

泡点压力是液体通过滤膜形成液体膜的表面张力，液体的表面张力F等于止液液柱高度产生的压力。根据：P=ρgh，所以止液理论高度h=P/ρg。其中P为泡点压力，g为9.8 N/kg，ρ为水的密度1.0×103kg/m3，h为止液膜到针头之间的高度及止液高度。根据这20个止液膜过滤器的泡点压力的试验结果可以计算得出止液膜的止液理论高度。以计算得出的理论高度值的110%和90%分别按止液性能试验进行验证，试验结果表明止液膜过滤器在相对应的110%理论高度下均能符合止液性能要求，止液膜过滤器在相对应的90%理论高度下均不符合止液性能要求。因此，可以认为泡点压力与止液高度存在关联性，绘制泡点压力与止液高度关联图，如图7所示。

图7 泡点压力与止液高度关联图Fig.7 Relational graph of bubble point pressure and liquid stop performance

研究具有止液膜药液过滤器的止液性能试验方法，分为泡点压力试验和止液性能试验两大类。前一类试验的特点为方法简单、耗时短，但试验结果只能间接反映产品的止液性能，适合作为产品过程检验项目；后一类试验的特点是能直接反映产品的止液性能，但方法复杂，耗时长，且无法量化指标，适合作为型式检验项目。需要注意的是，本试验方法仅给止液膜过滤器提供了泡点压力与止液性能建立关联的方法，并不要求止液膜过滤器必须建立泡点压力与止液性能的关联性，只有当使用泡点压力试验结果作为止液膜药液过滤器止液性能项目的日常控制标准时，该泡点压力试验结果需要通过止液性能的验证，建立泡点压力与止液性能的关联性后才能使用。

4 结论

研究了止液膜止液性能的试验方法，建立了以泡点压力的量化指标对止液性能进行评估，为止液膜止液性能评价提供了可行的参考方法。为确保过滤器止液性能的可靠性，止液膜过滤器的泡点压力指标必须大于0.021 MPa。因为泡点压力试验结果只能间接反映产品的止液性能，所以当使用泡点压力试验结果作为止液膜药液过滤器止液性能项目的日常控制时，应先对止液膜的止液性能进行验证，建立泡点压力与止液性能的关联性后才能使用。

目前市场上输液器止液膜除了具有止液性能，还有过滤药液中不溶性微粒的功能、排除管路中的空气的功能，起到防止产生空气栓塞的效果、以及防止血液返流的功能，起到防回血的效果。后续可以进一步对止液膜其它性能进行研究，促进了止液膜在临床上的推广和应用。