王建華 浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 寧波市先進(jìn)紡織技術(shù)與服裝CAD 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （寧波 315211）

空氣過濾器是一次性輸液/注器具不可或缺的重要配件[1～3]，一方面負(fù)責(zé)阻斷空氣中的各類顆粒性物質(zhì)以及可能攜帶的細(xì)菌病毒等進(jìn)入藥液威脅人體安全；另一方面保持輸液器內(nèi)的壓力，維持輸液的順利進(jìn)行。多種因素（如空氣環(huán)境、人流量、醫(yī)院管理、室外急救等）共同作用的輸液空氣環(huán)境對(duì)輸液的安全性有著重要的影響[4～7]。已有報(bào)道證實(shí)，空氣中的顆粒物，可通過進(jìn)氣管進(jìn)入藥液，不同的空氣環(huán)境，藥液中的不溶液性顆粒物相差20 多倍[8]。同時(shí)，輸液過程需要醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行護(hù)理，尤其是在流行性疾病高發(fā)季節(jié)，護(hù)理工作極其繁重[9]。綜合以上多方面因素，醫(yī)護(hù)過程對(duì)空氣過濾器的核心部件——膜提出了更高的要求，需要具有：良好的透氣性、截留性、高阻水壓、表面強(qiáng)疏水[10]和不粘水等特征。一片高性能的空氣過濾膜對(duì)減輕護(hù)理工作、保障輸液過程順利進(jìn)行和患者安全方面起著至關(guān)重要的作用。本研究擬從材料學(xué)角度對(duì)一種新型聚偏氟乙烯（PVDF）空氣過濾膜的疏水性能進(jìn)行研究，考察不同測(cè)試條件對(duì)其疏水性能的影響。PVDF 為線形結(jié)晶性聚合物，高鍵能的氟碳鏈?zhǔn)蛊渚哂袃?yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)性能、耐熱性能和高疏水性等特征[11～14]，是一種理想的醫(yī)用材料。

1.材料與方法

1.1 材料

聚偏氟乙烯（PVDF）空氣過濾膜，寧波聿豐新材料科技有限公司；生理鹽水；10%葡萄糖注射液；雙蒸水（自制）。

1.2 測(cè)試儀器與表征方法

1.2.1 阻水壓力測(cè)試：參照YY0770.2—2009。浸泡實(shí)驗(yàn)：用不銹鋼夾將膜片垂直放入15～20cm（膜片上端靜水壓15cm 水柱，下端靜水壓20cm 水柱）的溶液中進(jìn)行浸泡，一段時(shí)間后取出測(cè)量膜片增重并計(jì)算增重百分比，計(jì)算公式為(W1–W0)/W0×100%，其中W0和W1分別為浸泡前和后膜片的重量。

1.2.3 膜表面的疏水性能由接觸角儀(OCA20，Dataphysics，Germany)測(cè)定。水滴體積為7μL，每個(gè)樣品測(cè)量五次后取平均值。

1.2.4 通過場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)過濾膜的表面微觀形貌進(jìn)行觀察。用導(dǎo)電雙面膠將干燥的膜樣品固定在SEM 樣品臺(tái)上，在ETD-2000 鍍金儀中進(jìn)行噴金80s，隨后在Hitachi S-4800 型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡下觀察膜的表面形貌。

2.結(jié)果與討論

2.1 PVDF 過濾膜的表面接觸角

材料表面的疏水性一般采用表面接觸角進(jìn)行表征，所測(cè)接觸角越大則表明此材料表面疏水性越強(qiáng)。當(dāng)采用6μl 及以下水滴時(shí)，由于膜表面極地的低表面能，水滴無法脫離出水針頭，最后只能選用7μl 水滴對(duì)PVDF 過濾膜表面的接觸角進(jìn)行表征，結(jié)果如圖1 所示。7μl 水滴存在較為明顯的變形，但膜的兩個(gè)表面接觸角仍能接近150?，表現(xiàn)出很強(qiáng)的疏水性能。

2.2 PVDF 過濾膜的疏水性能

圖1. PVDF 過濾膜表面的接觸角（20?C）

圖2. 水溫對(duì)阻水壓力的影響關(guān)系圖

圖3. 溶液對(duì)最大阻液壓力的影響關(guān)系圖（30?C）

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，疏水性能是評(píng)價(jià)過濾膜材料的重要指標(biāo)之一，并以阻水壓進(jìn)行表示。對(duì)此，我們首先對(duì)PVDF 過濾膜的阻水壓進(jìn)行考察。一方面，考慮到在醫(yī)療護(hù)理和救助過程中，其環(huán)境溫度一般是不固定的，會(huì)受多種因素影響，如季節(jié)、溫度調(diào)節(jié)設(shè)備和室內(nèi)外等因素。另一方面，溫度變化也會(huì)對(duì)水的表面張力、粘度和密度等物理性能產(chǎn)生重大影響，尤其是表面張力會(huì)明顯影響到過濾材料的疏水性能。我們?cè)诓煌疁亍?5KPa 水壓和15mins 的作用時(shí)間對(duì)過濾膜進(jìn)行檢測(cè)，未見液體滲漏跡象，可以判斷過濾膜的疏水性能能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。膜的兩個(gè)表面略有差異，約在1KPa 以內(nèi)。另外，我們將水溫作為變量，考察過濾膜的最大阻水壓與溫度的關(guān)系，結(jié)果如圖2 所示。從圖2 中可以得出：過濾膜具有優(yōu)異的疏水性能，最大阻水壓最低約為28KPa，且隨著水溫的升高，過濾膜的阻水壓逐漸降低。由10?C 時(shí)的30KPa 以上降低到28KPa 左右，下降幅度約為3KPa。其原因可歸結(jié)為：隨著溫度的升高水的表面張力降低，導(dǎo)致膜的阻水壓降低。

2.3 溶液組成對(duì)PVDF 過濾膜疏水性能的影響

在實(shí)際輸液過程中，大多使用生理鹽水、葡萄糖水和兩種混合溶液進(jìn)行藥物輸注，因此考察不同溶液對(duì)過濾材料的疏水性影響是十分必要的，結(jié)果如圖3 所示。鹽和糖的加入使膜的阻液壓力提升，并且隨著鹽和糖濃度的提高而增加，其中以NaCl 最為明顯。由于鹽糖1:1 混合溶液中鹽和糖的濃度均低于各自混合前濃度，其阻液壓力介于兩者之間，但仍高于純水。所用的過濾膜未改變，只是改變了液體組成就能夠明顯影響到膜的疏水性能，其原因可歸結(jié)為：鹽和糖的加入能夠提高水的表面張力，使得膜的阻液壓力提升。由此推測(cè)：加入可以提高水表面張力的藥物，有利于膜的阻液性能；相反，會(huì)使膜的阻液性能表現(xiàn)不佳，尤其是加入使水表面張力降低過多的藥物和溫度較高季節(jié)時(shí)，易出現(xiàn)“合格產(chǎn)品”的“漏液不合格”現(xiàn)象。

2.4 PVDF 過濾膜的耐液浸泡性能

輸液過程往往需要較長(zhǎng)時(shí)間才能結(jié)束，過濾膜的長(zhǎng)久長(zhǎng)效的阻液性能尤為重要。本文采用將過濾膜在20cm 深的液體中浸泡數(shù)小時(shí)后膜的增重情況來考察過濾膜的長(zhǎng)時(shí)間耐液浸泡性能。浸泡后將膜取出發(fā)現(xiàn)：膜表面會(huì)有分散的小液珠粘附，并且浸泡溫度越低、時(shí)間越短，粘附的水珠越少。相同溫度、時(shí)間和壓力下，從膜的增重情況可以得到：（1）浸泡4h 后，過濾膜表面幾乎無粘附情況，其增重比例接近于0，基本在稱量誤差左右；（2）浸泡17h 后，鹽糖混合溶液的增重比例較單獨(dú)是鹽和糖溶液時(shí)高；（3）過濾膜表面拭干后，即使浸泡19h 膜幾乎無增重；（4）在使用水作為測(cè)試液體時(shí)，由于水的表面張力比其他鹽糖及其混合液表面張力低，浸泡17h 后會(huì)有少量水進(jìn)入膜基體內(nèi)部，其增重比例約為8%。而短時(shí)浸泡4h 時(shí)，性能表現(xiàn)與鹽和糖溶液相當(dāng)，并未有水進(jìn)入膜基體內(nèi)部。由此可見，以上分析結(jié)果與圖1 和2 所示結(jié)果相一致?？梢耘袛噙^濾膜具有優(yōu)異的超疏水和低粘附性能，受氣層的保護(hù)液體很難進(jìn)入膜基體內(nèi)部或?qū)⒛け砻鏉?rùn)濕。取出后，由于表面張力的作用使液體成單獨(dú)的小球狀分散并少量粘附在膜表面，不會(huì)對(duì)過濾膜孔造成嚴(yán)重堵塞而影響透氣性能。

2.5 PVDF 過濾膜的表面形貌

超疏水性，一方面依賴于材料表面的化學(xué)組成—疏水性基團(tuán)；另一方面依賴于材料表面的仿生結(jié)構(gòu)——微納米結(jié)構(gòu)。我們對(duì)膜進(jìn)行SEM 表征，如圖4 所示，可以清晰的看到：支撐纖維表面具有納米尺度的小凸起，且其余部分為PVDF 所填充并具有同樣的微納米結(jié)構(gòu)。這兩方面共同作用賦予了過濾膜優(yōu)良的超疏水性能。而其表面的豐富的多孔結(jié)構(gòu)，必將提供良好的透氣性能和截留性能，這些性能將在后續(xù)的工作中進(jìn)行研究。

圖4. PVDF 過濾膜的表面形貌

3.結(jié)論

通過測(cè)試表明，由于膜表面的低表面能和特殊的微納米結(jié)構(gòu)賦予PVDF 過濾膜優(yōu)異的疏水性能和長(zhǎng)久耐液浸泡性能，40?C 時(shí)最低阻水壓力約為28KPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)YY0770.2—2009 最低15KPa 的要求。這些性能大大提高了過濾膜的環(huán)境適應(yīng)性，為安全、順利、高效輸液提供了保障。

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