王京君，李伯龍,2，孫其眾，張 悅，李浩鵬，李夢媛，王連才，沈以凌，代 培

(1.輻射新材料北京市重點實驗室，北京市射線應(yīng)用研究中心，北京 100015；2.北京市輻射中心，北京 100875)

2020年初，新型冠狀病毒引發(fā)的肺炎疫情肆虐，抗“疫”前線的醫(yī)護(hù)人員對醫(yī)用一次性防護(hù)服等醫(yī)療物資提出了急迫需求。隨著疫情的擴(kuò)散，各地醫(yī)療物資需求激增，醫(yī)用一次性防護(hù)服緊缺。除了原材料因素外，目前醫(yī)用防護(hù)服的消毒滅菌工藝也是限制其生產(chǎn)效率的重要因素。由于國內(nèi)醫(yī)用防護(hù)服采用傳統(tǒng)環(huán)氧乙烷滅菌工藝，該工藝滅菌后，需要對產(chǎn)品進(jìn)行7～14 d解析，以釋放出殘留的有毒環(huán)氧乙烷，這大幅增加了醫(yī)用防護(hù)服及口罩的生產(chǎn)周期，無法迅速滿足抗“疫”工作的需要。針對這種情況，我國啟動了《醫(yī)用一次性防護(hù)服輻照滅菌應(yīng)急規(guī)范(臨時)》和《醫(yī)用一次性防護(hù)服輻照滅菌參考流程》，并在全國范圍內(nèi)推廣防護(hù)服輻照滅菌工藝。使用輻照滅菌技術(shù)后，防護(hù)服的滅菌周期從14 d減少到1 d，大幅縮短了生產(chǎn)周期，緩解了防護(hù)服供需矛盾，受到行業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注[1-2]。

輻照滅菌作為一項安全、綠色、高效的物理消毒方式，在歐美發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器材的滅菌中，使用普及率大于40%，中國約為10%[3]。與傳統(tǒng)環(huán)氧乙烷滅菌工藝相比，輻照消毒滅菌的主要優(yōu)勢有：1) 綠色環(huán)保，無化學(xué)氣體排放，無污染，處理對象無環(huán)氧乙烷殘留；2) 滅菌徹底，γ射線及電子束具有較強(qiáng)的穿透力，在一定劑量條件下能殺死各種微生物；3) 常溫即可進(jìn)行滅菌，是一種“冷加工”法，特別適合一些熱敏材料，如塑料制品、尼龍、化纖制品、生物制品等；4) 滅菌速度快，操作簡便，相比傳統(tǒng)環(huán)氧乙烷滅菌，輻照滅菌無需解析，可不間斷的連續(xù)作業(yè)，有利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；5) 可在產(chǎn)品包裝完成后進(jìn)行消毒滅菌，避免發(fā)生二次污染[4-5]。

未來輻照滅菌工藝將逐步取代環(huán)氧乙烷滅菌工藝[6]。根據(jù)蒙特利爾公約規(guī)定，要在全球范圍內(nèi)逐步禁止使用環(huán)氧乙烷[7]。歐美國家不斷探索替代環(huán)氧乙烷的新方法，2019年美國食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration, FDA)還向全球公開征集替代環(huán)氧乙烷的滅菌方案[8]。目前國內(nèi)環(huán)氧乙烷滅菌仍然占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。

一次性防護(hù)服材料因其所使用的原材料不同而具有不同的性能，按原材料類型來分，主要有聚丙烯紡粘布、聚酯纖維與木漿的復(fù)合水刺布、聚丙烯紡粘-熔噴-紡粘復(fù)合非織造布，即復(fù)合無紡布(Spunbond Meltblown Spunbond Nonwovens, SMS)或復(fù)合無紡布SMS無紡布的技術(shù)延伸(Spunbond+Meltblown Meltblown Spunbond Nonwovens, SMMS)、閃蒸法一次性成型非織造布、聚乙烯透氣膜和非織造布復(fù)合布等[9]。

以上材料生產(chǎn)的醫(yī)用防護(hù)產(chǎn)品能適應(yīng)現(xiàn)有環(huán)氧乙烷滅菌工藝條件，但并不完全具備輻照滅菌的適應(yīng)性。防護(hù)服在材料選擇上和生產(chǎn)工藝上均與傳統(tǒng)的環(huán)氧乙烷滅菌工藝相匹配，經(jīng)過環(huán)氧乙烷滅菌處理后，防護(hù)服材料性能可以滿足國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求[6]。但是有關(guān)醫(yī)用防護(hù)材料的耐輻照性能的研究國內(nèi)外都鮮有報道，輻照滅菌工藝對一次性防護(hù)服使用的非織造纖維材料力學(xué)性能、抗液體滲透性能和過濾效率等關(guān)鍵性能的影響未進(jìn)行深入研究。為了充分發(fā)揮輻照技術(shù)在防護(hù)服滅菌工藝的先進(jìn)性，亟需對防護(hù)服材料的輻射效應(yīng)開展研究。

防護(hù)服所用材料不同，性能存在較大差異，輻照工藝的選擇對其滅菌能力、機(jī)械性能及防護(hù)性能也存在影響，本文選取國內(nèi)防護(hù)服生產(chǎn)廠家廣泛使用的SMS材料和SMMS材料，研究滅菌劑量輻照后材料的耐輻照性，綜合性評價放置不同時間下，受輻照影響較為顯著的指標(biāo)(表觀形貌和力學(xué)性能)和與防護(hù)密切相關(guān)的性能(液體阻隔性能和過濾效率)的衰減變化情況，以期對輻照加工服務(wù)企業(yè)和防護(hù)服生產(chǎn)企業(yè)為社會提供高質(zhì)量的醫(yī)療防護(hù)材料提供參考。

1 主要材料與儀器

1.1 主要材料

市售醫(yī)用一次性防護(hù)服主要以聚丙烯為主體材料，本文主要選取材料：國內(nèi)廠家A生產(chǎn)的由聚丙烯、紡粘無紡布和聚乙烯透氣膜組成的醫(yī)用一次性防護(hù)服。

1.2 主要儀器

電子掃描顯微鏡：日本JEOL JCM-500；萬能試驗機(jī)：美斯特 SANS；血液穿透性能測試儀：上海程斯 CSI-286A；抗水滲透-靜水壓測試儀：東莞思泰AATCC127-2003；自動濾料檢測儀：美國TSI-8130。

1.3 輻照裝置

采用設(shè)計裝運量1.85×1017Bq，拖軌式γ射線輻照裝置。

2 實驗方法

選取國內(nèi)廠家A生產(chǎn)的醫(yī)用一次性防護(hù)服材料，用1.85×1017Bq60Co輻照裝置產(chǎn)生的γ射線源進(jìn)行輻照滅菌處理，結(jié)合廠家防護(hù)服初始菌含量和無菌保證水平的要求，本實驗建立的滅菌劑量為25 kGy，輻照時間為5 h。

2.1 外觀形貌表征

通過電子掃描顯微鏡對防護(hù)服的形貌進(jìn)行測試。將防護(hù)服關(guān)鍵部位裁剪為5 mm×5 mm的樣品，粘在樣品臺的導(dǎo)電膠上，進(jìn)行1 min的噴金處理，在電壓10 kV、放大倍數(shù)為100倍條件下進(jìn)行觀察。

2.2 力學(xué)性能

采用萬能試驗機(jī)對防護(hù)服的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率進(jìn)行測試。從每一件防護(hù)服樣品剪取兩組試樣，一組為縱向試樣，另一組為橫向試樣。取樣時盡量避開折痕較多的部位，裁剪尺寸為300 mm×50 mm，拉伸速率為100 mm/min。

2.3 抗合成血液滲透性能

采用血液穿透性能測試儀對防護(hù)服材料進(jìn)行抗合成血液滲透性能測試。在每一件防護(hù)服樣品上隨機(jī)采取3片75 mm×75 mm的實驗樣品。將樣品正常外表面面向?qū)嶒灢鄯湃氩蹆?nèi)，組裝并擰緊穿透實驗槽。將50 mL的合成血液注入實驗槽內(nèi)，將一定壓力的空氣從上部入口輸入到穿透實驗槽內(nèi)，保持5 min，觀察是否有合成血液滲出。

2.4 抗水滲透性能

采用抗水滲透-靜水壓測試儀對防護(hù)服材料的抗水滲透性能進(jìn)行測試。將試樣水平放置，且不鼓起，把試樣夾緊在實驗壓頭中，使織物實驗面與水接觸。然后對試樣增加水壓，織物表面承受水壓的面積為100 cm2，水壓上升速率為(60±3) kPa/min，觀察是否出現(xiàn)滲水跡象。

2.5 顆粒物過濾效率

采用自動濾料檢測儀對防護(hù)服的過濾效率進(jìn)行測試。用夾具將防護(hù)服材料氣密鏈接在檢測裝置上，檢測開始后，記錄初始的過濾效率。檢測應(yīng)一直持續(xù)到過濾效率達(dá)到最低點或者濾料上累積(200±5) mg顆粒物為止，連續(xù)記錄過濾效率結(jié)果。

對未輻照和輻照滅菌處理之后的防護(hù)服材料進(jìn)行以上表征測試。命名“輻照-×× d”代表輻照滅菌處理后放置“××”天后的防護(hù)服樣品。

3 結(jié)果與討論

3.1 外觀形貌表征

醫(yī)用一次性防護(hù)服材料內(nèi)層為熔噴聚丙烯材料，通過掃瞄式電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)照片(圖1)可以看出，未輻照的防護(hù)服熔噴纖維粗細(xì)均勻，與熱熔壓紋之間連接緊密，沒有缺陷。輻照滅菌處理后，熔噴纖維并未出現(xiàn)降解斷裂情況，與壓紋之間連接也未出現(xiàn)斷裂。放置60 d后，同樣未出現(xiàn)脫絲或者斷裂的情況。說明輻照滅菌過程并未對防護(hù)服材料的形貌包括熔噴纖維和熱熔壓紋造成破壞。

圖1 輻照前后防護(hù)服纖維與壓紋形貌SEM照片F(xiàn)ig.1 The SEM images of fiber and embossing of protective clothing before and after irradiation

3.2 力學(xué)性能測試

雖然輻照滅菌過程對材料的形貌和阻隔性能影響不大，但是輻照對SMS或SMMS中的聚丙烯熔噴纖維的降解作用，在力學(xué)拉伸過程中就會突顯出來。由于防護(hù)服材料的力學(xué)性能直接決定防護(hù)服能否正常使用，因此本文對輻照滅菌處理后防護(hù)服橫向和縱向力學(xué)性能進(jìn)行重點考察，防護(hù)服材料輻照前后斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率分別示于圖2、圖3。由圖2、圖3可知，未輻照的防護(hù)服材料其斷裂強(qiáng)力為70 N(橫向)和131 N(縱向)，斷裂伸長率為70.5%(橫向)和87%(縱向)，由此可見防護(hù)服材料的縱向力學(xué)性能優(yōu)于橫向力學(xué)性能。輻照處理后，無論橫向還是縱向的力學(xué)性能均有所下降，因為聚丙烯屬于輻照降解型聚合物，伽馬射線的輻照會造成聚丙烯分子鏈的斷裂，會降低力學(xué)性能。輻照處理后的斷裂強(qiáng)力最多下降24.3%(橫向)和21.4%(縱向)，斷裂伸長率最多下降35.5%(橫向)和46%(縱向)。雖然下降的較多，但是國標(biāo)GB/T 19082-2009要求防護(hù)服關(guān)鍵部位材料的斷裂強(qiáng)力≥45 N，斷裂伸長率≥15%，本文中經(jīng)過輻照滅菌處理的防護(hù)服材料滿足要求。

圖2 輻照前后防護(hù)服材料橫向和縱向斷裂強(qiáng)力Fig.2 The horizontal and vertical breaking force of protective clothing materials

圖3 輻照前、后防護(hù)服材料橫向和縱向斷裂伸長率Fig.3 The horizontal and vertical elongation at break of protective clothing materials

3.3 抗合成血液穿透性能測試

患有傳染病的患者其血液中可能帶有傳染性極強(qiáng)的病毒，因此醫(yī)用一次性防護(hù)服阻隔血液滲透的性能十分重要，本文對抗合成血液滲透性能進(jìn)行測試，結(jié)果列于表1。未輻照和輻照-0 d的防護(hù)服材料的抗合成血液滲透等級均為6級，放置30 d后，材料阻隔血液滲透的能力略有下降，等級下降至5級。當(dāng)輻照滅菌放置60 d后，抗合成血液滲透等級為4級，根據(jù)國標(biāo)GB/T 19082-2009規(guī)定達(dá)到3級即為合格，因此滿足防護(hù)服合格產(chǎn)品要求。

3.4 抗水滲透性能測試

除了血液之外，其他一些醫(yī)療過程中產(chǎn)生的污水同樣也有可能攜帶傳染性病菌，因此本文對抗水滲透性能進(jìn)行測試分析，防護(hù)服材料輻照前、后液體阻隔性能列于表1。由表1可知，未輻照的防護(hù)服其阻隔水分的能力很強(qiáng)，高達(dá)27 kPa，但經(jīng)過25 kGy的輻照滅菌處理后，其抗水滲透性能降低至15 kPa，放置60 d后，為13 kPa，根據(jù)國標(biāo)GB/T 19082-2009要求，防護(hù)服的抗水滲透性能要高于1.67 kPa，輻照后的防護(hù)服是合格產(chǎn)品。因此可以初步判斷，輻照對材料的抗水滲透性能有所影響，但是輻照后放置不同時間的防護(hù)服性能變化甚微，說明后效應(yīng)的影響很小，且抗水滲透性能遠(yuǎn)高于國標(biāo)要求。

表1 防護(hù)服材料輻照前、后液體阻隔性能Table 1 Barrier properties of protective clothing materials liquid before and after irradiation

3.5 顆粒物過濾效率測試

醫(yī)務(wù)人員在工作時接觸具有潛在感染性的空氣中的顆粒物同樣也會有被傳染的風(fēng)險。因此，醫(yī)用一次性防護(hù)服材料應(yīng)具有隔離有害超細(xì)粉塵的作用，進(jìn)而保證醫(yī)護(hù)人員的安全和保持環(huán)境清潔。輻照滅菌前、后防護(hù)服的過濾效率測試結(jié)果列于表2。從表2中可以看出，無論是未輻照還是輻照處理過的防護(hù)服其過濾效率均≥99.8%，說明輻照滅菌對醫(yī)用一次性防護(hù)服材料的過濾效率幾乎沒有影響。

表2 防護(hù)服材料輻照前、后過濾效率Table 2 Filtration efficiency of protective clothing materials liquid before and after irradiation

4 結(jié)論

本文分別對比了輻照前、輻照后放置0、14、30、60 d后的防護(hù)服材料樣品的形貌和性能。結(jié)果表明，輻照效應(yīng)對材料的抗合成血液滲透、抗水滲透和過濾效率并未造成明顯影響。所考察的性能指標(biāo)尤其是力學(xué)性能在輻照滅菌處理后雖有下降，但完全滿足國標(biāo)GB/T 19082-2009要求，進(jìn)而明確A廠家防護(hù)服本體材料經(jīng)過輻照滅菌處理后產(chǎn)品質(zhì)量合格。從疫情爆發(fā)至今，已有上千萬件醫(yī)用防護(hù)服經(jīng)過輻照滅菌處理并使用，未接到防護(hù)服生產(chǎn)廠家或醫(yī)療機(jī)構(gòu)關(guān)于輻照滅菌處理的防護(hù)服質(zhì)量不合格的反饋。因此結(jié)合實際使用情況和實驗數(shù)據(jù)，輻照滅菌工藝能夠滿足防護(hù)服關(guān)鍵性能的基本要求。