醫(yī)用聚丙烯霧度性能的不確定度評價*

肖 娟，劉 佳，李 冰，魯志龍，陳皓楠，徐昕榮

(華南理工大學(xué)，醫(yī)療器械研究檢驗中心，廣東 廣州 510006)

醫(yī)用聚丙烯(PP)作為一種醫(yī)用高分子材料，高程度結(jié)晶度的立體規(guī)整性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱塑性等內(nèi)在特性，使得其塑料制品被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥器械方面，如一次性注射器、輸血管、輸液管等[1-2]。由于此類制品一般會與人體(如體液、血液以及皮膚等)發(fā)生直接的接觸并傳輸相應(yīng)的液體，因此除了必須具備生物相容性外，還應(yīng)考慮物理機械性能等影響[3-4]。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 15810-2019《一次性使用無菌注射器》[5]，評價注射器的外觀要求：須在一定的照度下，肉眼觀察注射器的外套應(yīng)有足夠的透明度，能清晰地看到基準(zhǔn)線；同時，能觀察到注射器清潔度和完整度，特別針對微小的微粒、異物、毛邊、毛刺、塑流、缺損等雜質(zhì)或缺陷，也需達(dá)到清晰分辨。優(yōu)異的光學(xué)性能是實現(xiàn)注射器外觀檢驗的重要指標(biāo)，這就對注射器具用塑料的物理機械性能中霧度特性提出具體使用需求。

霧度，通常表現(xiàn)為塑料內(nèi)部或表面由于光散射造成的云霧狀混濁的外觀形態(tài)。特定光源的光透過平面狀試樣而偏離入射光方向的散射通量與透射光通量的比值通常用于定義材料的霧度，但實驗中一般僅以偏離入射光2.5°以上的散射光通量計算霧度。它是用于評價塑料透光性和清澈程度的重要指標(biāo)(ASTM D 1003-92)。

由于不同生產(chǎn)廠家采用了鏈聚方式、混合添加以及加工工藝等不同處理方式對聚丙烯進行改性，使得不同的聚丙烯塑料也就具有了不同的霧度性能[3,6-7]。普通聚丙烯材料的潔凈衛(wèi)生性能無法達(dá)到醫(yī)療器械制品的要求，兼之光學(xué)性能較差，因此，我國制定YY/T 0242-2007《醫(yī)用輸液、輸血、注射器具用聚丙烯專用料》[8]的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，作為對醫(yī)用級聚丙烯材料光學(xué)性能的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)。

醫(yī)用材料性能的研究與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定是研發(fā)過程中的重要研究內(nèi)容之一，貫穿于研發(fā)與臨床使用完整生命周期。在醫(yī)用材料質(zhì)量控制研究中，分析方法學(xué)的開發(fā)與驗證具有嚴(yán)格的“把關(guān)”作用，是判斷材料性能研究方法的科學(xué)、合理以及內(nèi)在特性適用性的關(guān)鍵過程。本文依據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[9]及CNAS-GL009：2018《材料理化檢測測量不確定度評定指南及實例》[10]對醫(yī)用級聚丙烯材料的霧度測量不確定度進行分析，根據(jù)霧度的變化評判一次性注射器、輸血管、輸液管等醫(yī)用聚丙烯塑料的光學(xué)性能檢測過程影響因素以及試驗方式是否合理做出預(yù)測；為正確評價和使用檢測數(shù)據(jù)提供依據(jù)，對測量結(jié)果的質(zhì)量，實驗室檢測能力提升具有重要意義。

1 儀器與材料

醫(yī)用聚丙烯塑粒料，燕山石化；超純水；SGW-820霧度測定儀，儀電物光；C光源(6774K)、A光源(2856K)，霧度分辨力0.01%。

2 實驗方法

2.1 小方試片(D1型)的制備

取3.5 kg醫(yī)用聚丙烯顆粒，采用《聚丙烯(PP)模塑和擠出材料 第2部分：試樣制備和性能測定》(GB/T 2546.2)[11]及《熱塑性塑料材料注塑試樣的制備 第3部分：小方試片》(GB/T 17037. 3)[12]中規(guī)定的實驗方法，制備D1型方片試樣(60 mm×60 mm×1 mm)。選擇無劃痕、無可見缺陷的試片，使用去離子水清潔干凈后吹干；將上述聚丙烯塑料片放置于恒溫恒濕箱中，再按照《塑料 試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境》(GB/T 2918-2018)[13]規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，溫度(23±2) ℃和相對濕度50%±10%的環(huán)境條件狀態(tài)調(diào)節(jié)48 h。同時，在此標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下完成試驗檢測。

2.2 霧度測定

將儀器開機預(yù)熱后，依次檢查待檢霧度片試片，確保試片無可見的灰塵、油污、異物、劃痕、可見缺陷等；使用卡尺測量上述樣品的長、寬、厚等樣品尺寸；最后將被檢醫(yī)用聚丙烯塑料片放置于儀器測試窗口，記錄測量霧度示值。

3 結(jié)果與討論

3.1 不確定度來源分析——建立數(shù)學(xué)模型

醫(yī)用聚丙烯塑料片霧度的測量方法采用霧度測定儀直接測量獲得。因此，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境(23/50，2級容差)條件下，霧度測量所帶來的不確定度數(shù)學(xué)模型如下：

H=Hd

式中：H為醫(yī)用聚丙烯塑料片霧度值；Hd為霧度測定儀儀器示值。

3.2 測量不確定度分量的評定

經(jīng)分析，使用霧度測定儀對聚丙烯塑料片霧度的測量不確定度來源[14]主要包括以下四個方面：

(1)霧度檢測中操作人員在重復(fù)性條件下引入的不確定度分量u1(Hd)：具體為采用同一個聚丙烯霧度片重復(fù)測量10次獲得霧度儀器示值；這項指標(biāo)，主要考察在同樣的操作條件和較短時間間隔內(nèi)，由同一分析人員在霧度測量時連續(xù)多次測量導(dǎo)致的所得結(jié)果之間一致性差異；由于是采用統(tǒng)計分析的方法來獲得，可采用 A類評定方法(貝塞爾法)求出。

(2)聚丙烯塑料片樣品不均勻性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2(Hd)：具體為隨機選取同一批次的10個聚丙烯塑料片，對每個樣品在重復(fù)性條件下測量7次獲得霧度儀器示值；主要考慮同一批樣品霧度測量時導(dǎo)致的所得結(jié)果之間一致性差異。這項指標(biāo)，既能檢驗樣品本身霧度特性是否符合規(guī)定要求，也能檢驗霧度測定方法是否滿足準(zhǔn)確、精確的要求。使用統(tǒng)計分析的方法獲得，采用 A類評定方法(貝塞爾法)。

(3)霧度檢測中霧度測定儀測量準(zhǔn)確性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3(Hd)：這項指標(biāo)，主要考察具體時間區(qū)間內(nèi)，檢測設(shè)備不同測試項目下的穩(wěn)定性。使用經(jīng)計量校準(zhǔn)單位給出的儀器校準(zhǔn)證書中擴展不確定度來計算，按B類方法評定。

(4)霧度檢測中由霧度測定儀的分辨率引入的不確定度分量u4(Hd)：這項指標(biāo)，主要考察檢測設(shè)備不同測試項目下的精密程度。由數(shù)顯測量儀器的示值量化引起，故采用B類方法評定。

3.3 各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

3.3.1 霧度值測量結(jié)果(Hd)測量不確定度的各影響量

(1)霧度檢測中操作人員在重復(fù)性條件下引入的不確定度分量u1(Hd)。

采用C光源進行霧度測定，對同一個聚丙烯塑料片進行霧度測試，重復(fù)測量10次j=1、2、……、10)。所得的霧度測量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 聚丙烯塑料片操作人員霧度測量重復(fù)性

表1中，樣品霧度算數(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算公式如下：

(1)

(2)

則采用A類貝塞爾法，霧度重復(fù)性測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(2)聚丙烯塑料片樣品不均勻性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2(Hd)

參照CNAS-GL03:2006《能力驗證樣品均勻性和穩(wěn)定性評價指南》，隨機選取同一批次的10個(i=1、2、……、10)聚丙烯塑料片，對每個樣品在重復(fù)性條件下測量7次(j=1、2、……、7)。所得的霧度數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 聚丙烯塑料片霧度測量重復(fù)性

如圖1A所示，樣品同一批次樣品霧度穩(wěn)定在15%±2%的區(qū)間范圍內(nèi)，表明同一批次樣品霧度較均勻，且組間樣品均值和方差差異較小。同時，每個樣品的霧度值均具有獨立性(圖1B)，表明各個樣品的霧度值均不受其它樣品的影響。此外，如圖1C所示，霧度平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差與樣品大小沒有明顯的線性關(guān)系，但是總體樣品的偏差維持在一定水平，表明樣品總體的霧度均勻程度也是在一定范圍之內(nèi)的。

圖1 分析同一批次的10個聚丙烯塑料片，重復(fù)性測量7次的霧度示值(A)，每組樣品霧度平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差(B)，霧度平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差與樣品大小的關(guān)系(C)

采用單因子方差分析法對上述霧度檢測結(jié)果進行統(tǒng)計處理，分析結(jié)果見表3。

表3 霧度單因子方差分析

由表3可知，F(xiàn)臨界值F0.05(9, 60)=2.04，而計算得到的F值為2.07，該值大于F臨界值F0.05(9, 60)。這表明在0.05顯著性水平下，此批次聚丙烯樣品需要考慮由樣品不均勻性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2(Hd)。

按公式(3)計算10組樣品每組7次獨立測量的單個測得值的合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.2442。

合并標(biāo)準(zhǔn)偏差：

(3)

(3)霧度檢測中霧度測定儀測量準(zhǔn)確性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3(Hd)

霧度測定儀的校準(zhǔn)證書給出的擴展不確定度為：U=0.4%，(k=2)。因此，儀器測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量為：

(4)霧度檢測中由霧度測定儀的分辨率引入的不確定度分量u4(Hd)

3.3.2 霧度值測量結(jié)果(Hd)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總

由于上述各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量相互獨立，各不相關(guān)。因此合成不確定度uc(H)為各標(biāo)準(zhǔn)不確定度平方加和后開方所得，即：

=0.06%

3.3.3 霧度值測量結(jié)果(Hd)的擴展不確定度

在置信概率95%的情況下，使用霧度測定儀測定聚丙烯塑料片霧度值的包含因子k=2，則擴展不確定度U：

U=k×uc(H)=2×0.06%=0.12%

3.3.4 測量不確定度報告

此批次醫(yī)用聚丙烯樣品的霧度為H=(14.42±0.12)%，k=2。

4 結(jié) 論

根據(jù)上述計算結(jié)果可知，影響聚丙烯塑料片霧度測量不確定度的主要因素為儀器測量準(zhǔn)性和操作重復(fù)性。因此在霧度檢測實際操作過程中，首先要確保使用的測量儀器符合要求，可通過第三方檢定校準(zhǔn)以及定期參加測量審核或?qū)嶒炇议g能力比對確保檢測測量的準(zhǔn)確性；其次，需注意篩選符合標(biāo)準(zhǔn)的實驗片材，特別針對影響霧度值測量結(jié)果的外觀(如灰塵、油污、異物、劃痕、可見缺陷等)以及厚度因素應(yīng)加以嚴(yán)格控制；最后，在人員操作過程中，須依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的實驗操作方法實施來減少測量誤差，必要時可通過增加測量的次數(shù)以獲得較好的測量不確定度。在檢驗檢測中，同步給出被測量試片的霧度最佳估計值和測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，對評價檢測報告的可靠性提供科學(xué)指導(dǎo)；同時，也為醫(yī)療器械廠家聚丙烯產(chǎn)品光學(xué)性能的質(zhì)量評價提供可靠依據(jù)。