醫(yī)用聚丙烯霧度性能的不確定度評(píng)價(jià)*

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(yàn)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(huì)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(jī)械性能等影響[3-4]。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 15810-2019《一次性使用無(wú)菌注射器》[5]，評(píng)價(jià)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(shí)，能觀察到注射器清潔度和完整度，特別針對(duì)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(shí)現(xiàn)注射器外觀檢驗(yàn)的重要指標(biāo)，這就對(duì)注射器具用塑料的物理機(jī)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(guò)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(shí)驗(yàn)中一般僅以偏離入射光2.5°以上的散射光通量計(jì)算霧度。它是用于評(píng)價(jià)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(duì)聚丙烯進(jìn)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(wú)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(guó)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(duì)醫(yī)用級(jí)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(guò)程中的重要研究?jī)?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(yàn)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(guò)程。本文依據(jù)JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[9]及CNAS-GL009：2018《材料理化檢測(cè)測(cè)量不確定度評(píng)定指南及實(shí)例》[10]對(duì)醫(yī)用級(jí)聚丙烯材料的霧度測(cè)量不確定度進(jìn)行分析，根據(jù)霧度的變化評(píng)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(cè)過(guò)程影響因素以及試驗(yàn)方式是否合理做出預(yù)測(cè)；為正確評(píng)價(jià)和使用檢測(cè)數(shù)據(jù)提供依據(jù)，對(duì)測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)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(cè)定儀，儀電物光；C光源(6774K)、A光源(2856K)，霧度分辨力0.01%。

2 實(shí)驗(yàn)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(cè)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(shí)驗(yàn)方法，制備D1型方片試樣(60 mm×60 mm×1 mm)。選擇無(wú)劃痕、無(wú)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(yàn)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(duì)濕度50%±10%的環(huán)境條件狀態(tài)調(diào)節(jié)48 h。同時(shí)，在此標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下完成試驗(yàn)檢測(cè)。

2.2 霧度測(cè)定

將儀器開機(jī)預(yù)熱后，依次檢查待檢霧度片試片，確保試片無(wú)可見的灰塵、油污、異物、劃痕、可見缺陷等；使用卡尺測(cè)量上述樣品的長(zhǎng)、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(cè)試窗口，記錄測(cè)量霧度示值。

3 結(jié)果與討論

3.1 不確定度來(lái)源分析——建立數(shù)學(xué)模型

醫(yī)用聚丙烯塑料片霧度的測(cè)量方法采用霧度測(cè)定儀直接測(cè)量獲得。因此，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境(23/50，2級(jí)容差)條件下，霧度測(cè)量所帶來(lái)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(cè)定儀儀器示值。

3.2 測(cè)量不確定度分量的評(píng)定

經(jīng)分析，使用霧度測(cè)定儀對(duì)聚丙烯塑料片霧度的測(cè)量不確定度來(lái)源[14]主要包括以下四個(gè)方面：

(1)霧度檢測(cè)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(gè)聚丙烯霧度片重復(fù)測(cè)量10次獲得霧度儀器示值；這項(xiàng)指標(biāo)，主要考察在同樣的操作條件和較短時(shí)間間隔內(nèi)，由同一分析人員在霧度測(cè)量時(shí)連續(xù)多次測(cè)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(jì)分析的方法來(lái)獲得，可采用 A類評(píng)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(jī)選取同一批次的10個(gè)聚丙烯塑料片，對(duì)每個(gè)樣品在重復(fù)性條件下測(cè)量7次獲得霧度儀器示值；主要考慮同一批樣品霧度測(cè)量時(shí)導(dǎo)致的所得結(jié)果之間一致性差異。這項(xiàng)指標(biāo)，既能檢驗(yàn)樣品本身霧度特性是否符合規(guī)定要求，也能檢驗(yàn)霧度測(cè)定方法是否滿足準(zhǔn)確、精確的要求。使用統(tǒng)計(jì)分析的方法獲得，采用 A類評(píng)定方法(貝塞爾法)。

(3)霧度檢測(cè)中霧度測(cè)定儀測(cè)量準(zhǔn)確性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3(Hd)：這項(xiàng)指標(biāo)，主要考察具體時(shí)間區(qū)間內(nèi)，檢測(cè)設(shè)備不同測(cè)試項(xiàng)目下的穩(wěn)定性。使用經(jīng)計(jì)量校準(zhǔn)單位給出的儀器校準(zhǔn)證書中擴(kuò)展不確定度來(lái)計(jì)算，按B類方法評(píng)定。

(4)霧度檢測(cè)中由霧度測(cè)定儀的分辨率引入的不確定度分量u4(Hd)：這項(xiàng)指標(biāo)，主要考察檢測(cè)設(shè)備不同測(cè)試項(xiàng)目下的精密程度。由數(shù)顯測(cè)量?jī)x器的示值量化引起，故采用B類方法評(píng)定。

3.3 各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

3.3.1 霧度值測(cè)量結(jié)果(Hd)測(cè)量不確定度的各影響量

(1)霧度檢測(cè)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(jìn)行霧度測(cè)定，對(duì)同一個(gè)聚丙烯塑料片進(jìn)行霧度測(cè)試，重復(fù)測(cè)量10次j=1、2、……、10)。所得的霧度測(cè)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(cè)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(jì)算公式如下：

(1)

(2)

則采用A類貝塞爾法，霧度重復(fù)性測(cè)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(yàn)證樣品均勻性和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指南》，隨機(jī)選取同一批次的10個(gè)(i=1、2、……、10)聚丙烯塑料片，對(duì)每個(gè)樣品在重復(fù)性條件下測(cè)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(cè)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(shí)，每個(gè)樣品的霧度值均具有獨(dú)立性(圖1B)，表明各個(gè)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(méi)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(gè)聚丙烯塑料片，重復(fù)性測(cè)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(duì)上述霧度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)算10組樣品每組7次獨(dú)立測(cè)量的單個(gè)測(cè)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(cè)中霧度測(cè)定儀測(cè)量準(zhǔn)確性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3(Hd)

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

(4)霧度檢測(cè)中由霧度測(cè)定儀的分辨率引入的不確定度分量u4(Hd)

3.3.2 霧度值測(cè)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(dú)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(cè)量結(jié)果(Hd)的擴(kuò)展不確定度

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

U=k×uc(H)=2×0.06%=0.12%

3.3.4 測(cè)量不確定度報(bào)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(jì)算結(jié)果可知，影響聚丙烯塑料片霧度測(cè)量不確定度的主要因素為儀器測(cè)量準(zhǔn)性和操作重復(fù)性。因此在霧度檢測(cè)實(shí)際操作過(guò)程中，首先要確保使用的測(cè)量?jī)x器符合要求，可通過(guò)第三方檢定校準(zhǔn)以及定期參加測(cè)量審核或?qū)嶒?yàn)室間能力比對(duì)確保檢測(cè)測(cè)量的準(zhǔn)確性；其次，需注意篩選符合標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)片材，特別針對(duì)影響霧度值測(cè)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(guò)程中，須依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)操作方法實(shí)施來(lái)減少測(cè)量誤差，必要時(shí)可通過(guò)增加測(cè)量的次數(shù)以獲得較好的測(cè)量不確定度。在檢驗(yàn)檢測(cè)中，同步給出被測(cè)量試片的霧度最佳估計(jì)值和測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，對(duì)評(píng)價(jià)檢測(cè)報(bào)告的可靠性提供科學(xué)指導(dǎo)；同時(shí)，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(píng)價(jià)提供可靠依據(jù)。