血液透析导管中残留单体二苯基甲烷二异氰酸酯的检测

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0070

中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (6): 927-931.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0070

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血液透析导管中残留单体二苯基甲烷二异氰酸酯的检测

黄元礼，孙雪，柯林楠，王春仁

中国食品药品检定研究院医疗器械所，北京市 102629

收稿日期:2018-01-12 出版日期:2018-02-28 发布日期:2018-02-28
通讯作者: 柯林楠，硕士，副主任技师，中国食品药品检定研究院医疗器械所，北京市 102629
作者简介:黄元礼，2015年中国医学科学院药物研究所毕业，药学硕士，助理研究员，主要从事医疗器械化学性能评价研究以及组织工程产品、生物材料性能评价研究。
基金资助:
国家重点研发计划(2016YFC1101202)

Detection of residual diphenylmethane diisocyanate monomer in a hemodialysis catheter

Huang Yuan-li, Sun Xue, Ke Lin-nan, Wang Chun-ren

Laboratory of Medical Devices, the National Institutes for Food and Drug Control, Beijing 102629, China

Received:2018-01-12 Online:2018-02-28 Published:2018-02-28
Contact: Ke Lin-nan, Master, Associate chief technician, Laboratory of Medical Devices, the National Institutes for Food and Drug Control, Beijing 102629, China
About author:Huang Yuan-li, Master, Research assistant, Laboratory of Medical Devices, the National Institutes for Food and Drug Control, Beijing 102629, China
Supported by:
the National Key Research and Development Program of China, No. 2016YFC1101202

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

可耐受摄入量(tolerable intake，TI)：在规定时间周期内，根据体质量计算的被认为不会明显危害健康的对一种物质的日平均摄入量，通常用毫克每千克每日表示[mg/(kg•d)]。

可耐受接触(tolerable exposure，TE)：可耐受摄入量，体质量和应用因子的乘积，其中，应用因子表示考虑医疗器械使用频次和与其他预期含有同一种物质的医疗器械一起使用时的数值。

背景：目前，含聚氨酯医疗器械的质量控制文件和技术标准中均未明确残留单体二苯基甲烷二异氰酸酯(diphenylmethane diisocyanate，MDI)的控制指标及检测方法，考虑到MDI对人体具有致癌的潜在风险，为控制该类产品的安全有效性，应及早建立质量标准。

目的：建立测量血液透析导管中残留单体MDI的测试方法，分析该产品的MDI溶出量对人体是否存在风险。

方法：取血液透析导管样品用乙酸乙酯加热回流，采用气相色谱法分析MDI含量。色谱条件为：DB-5 MS色谱柱(30 m×0.25 mm)，起始温度60 ℃，保持5 min，然后以15 ℃/min升至280 ℃，保持6 min；进样口温度280 ℃；检测器：FID，温度 280 ℃；载气：氦气，99.999%。

结果与结论：MDI在4.970-99.40 mg/L(r=0.999 64)范围线性关系良好；平均加标回收率为100.9%，相对标准偏差(RSD)=3.2%(n=6)。3批样品的MDI残留量低于可耐受接触量。该方法灵敏、快速、准确、专属性强，可为血液透析导管的质量标准研究提供依据。

ORCID: 0000-0001-8992-3909(黄元礼)
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 血液透析导管, 气相色谱, 残留单体, 二苯基甲烷二异氰酸酯, 生物材料

Abstract:

BACKGROUND: In the current quality control file or technical standards of the hemodialysis catheter, the indicators of the component contents and detection methods of the residual diphenylmethane diisocyanate (MDI) monomer are undefined. To ensure the safety and effectiveness of these products, we should try to establish and improve the quality standards.

OBJECTIVE: To establish a method for determination of the residual MDI monomer in a hemodialysis catheter by gas chromatography (GC), and to analyze the bio-security of the MDI.

METHODS: Samples collected in the hemodialysis catheter were heated to reflux with ethyl acetate and the residual MDI content was analyzed by the GC. The GC separation was performed on a DB-5 MS column (30 m×0.25 mm), the temperature of which rose by program. The initial temperature was 60 ℃, maintained for 5 minutes, rose to 280 ℃ with a rate of 15 ℃/min, and maintained for 6 minutes. The temperature of the Injector and FID detector was both 280 ℃. Carrier gas was 99.999% nitrogen.

RESULTS AND CONCLUSION: The linearity was achieved in the range of 4.970-99.40 mg/L (r=0.999 64) for MDI. The mean recovery rate was 100.9% with the relative standard deviation of 3.2% (n=6). The residue of MDI monomer in the three batches of samples was lower than the tolerable exposure. Therefore, it is a sensitive, rapid, accurate, specific method that can be used for the quality control of the residual MDI monomer in the hemodialysis catheter.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

Key words: Renal Dialysis, Catheters, Indwelling, Chromatography, Gas, Polyamines, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

黄元礼，孙雪，柯林楠，王春仁. 血液透析导管中残留单体二苯基甲烷二异氰酸酯的检测[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(6): 927-931.

Huang Yuan-li, Sun Xue, Ke Lin-nan, Wang Chun-ren . Detection of residual diphenylmethane diisocyanate monomer in a hemodialysis catheter[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(6): 927-931.

图/表（结果） 3

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引言

二苯基甲烷二异氰酸酯(diphenylmethane diisocyanate，MDI)在工业上广泛用于制造硬质泡沫、热塑性聚氨酯弹性体、涂料、粘合剂、弹性纤维、建筑材料等。由MDI合成的聚氨酯是医疗器械产品用到的重要材料之一^[1-3]。

MDI因2个异氰酸酯基团在苯环上的位置不同，有4,4'-MDI，2,4-MDI和2,2'-MDI等异构体。制备聚氨酯所用MDI以4,4'-MDI为主。4,4'-MDI以气体形态存在时，具有一定的毒性，会刺激皮肤、眼睛和呼吸道，引起人类哮喘、过敏性肺炎和上呼吸道炎症等疾病。在外源性代谢活化的作用下，MDI会引起大鼠伤寒沙门氏杆菌TA100突变，不存在活化的情况下不会引起突变；但MDI增加了姐妹染色单体互换的频率和人淋巴细胞染色体畸变，因此MDI具有致突变性。有研究表明，亚慢性毒性、慢性毒性、致癌性试验中，MDI均有毒性反应，其气体对小鼠的最小安全剂量(No observed adverse effect level，NOAEL)为0.19 mg/m³ ^[4-5]。

4,4'-MDI分子式为(C₆H₄NCO)₂CH₂，带有两个异氰酸酯基(-N=C=O)，化学结构如图1。MDI固体形态时，通过对小鼠重复给药发现，4,4'-MDI在与血液接触后，会迅速分解，主要降解产物为4,4'-二氨基二苯甲烷(4,4'-MDA)，分子式为C₁₃H₁₄N₂，化学结构如图2。

国际癌症研究机构(IARC)将MDI分级为3，即对人体不具备致癌性，而MDA的分级为2B，即可能对人体致癌。

国内外对MDI的研究主要放在环境中MDI对人体的影响，医疗器械中MDI的测量未见报道。近年来，血液透析患者不断增多，血液透析技术发展迅速，据相关资料显示，血液透析患者已经超过30万人。血管通路是保证血液透析治疗可以实施的先决条件，同时也是血液透析治疗造成患者并发症甚至死亡的重要原因^[6-7]。血液透析导管是一种埋置于人体体内，辅助血液透析治疗的一种医疗器械。埋置血液透析导管建立血管通路进行血液透析是近年来临床常用的一项技术。由于需要使用血液透析导管的患者属重症患者，对有毒有害物质的代谢能力低，因此，评价产品中的MDI很有必要。

实验使用的静脉导管依照其使用说明，埋置周期为 30 d，每周透析3次，每次持续4 h。导管主要材质为聚氨酯，其可能出现的残留单体为4,4'-MDI。采用乙酸乙酯对静脉导管进行浸提，检测MDI的溶出量，并假设全部MDI降解为MDA时，MDA的含量是否会对人体造成危害。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

材料方法

讨论

3.1 研究对象的选择随着透析事业的发展，血液透析导管的应用日益普及。有统计表明，在美国约27%的血液透析患者采用血液透析导管作为长期的血管通路^[8-9]。

血液透析导管中的管路部分是由聚氨酯制成。聚氨酯材料因其特殊的化学结构、良好的机械性能、生物相容性和血液相容性，用于医学领域已经有50余年的历史^[10]，涉及的医疗器械包括人工心脏瓣膜、人工肺、骨粘合剂、人工皮肤、烧伤敷料、绝缘线、缝线、导管、人工血管、输液管路等^[11-12]。聚氨酯合成采用MDI，合成后的产品有可能存在MDI残留，MDI与水反应会产生对人体有害的物质MDA，MDA属于芳香胺类物质，可经一系列活化作用使人体的DNA发生结构及功能变化，具有致癌性^[13]。

透析患者的免疫功能、代谢能力相对较差，如摄入过多致癌物质，会加重患者的病情，导致患者出现更多并发症。因此考察血液透析导管中MDI残留量是否安全是十分有必要的。

3.2 研究方法的选择目前，检测MDI的常用方法有分光光度法、气相色谱方法、气相色谱-质谱联用法、高效液相色谱方法、离子交换色谱法、毛细管电泳法等^[14]。分光光度法测试的原理是通过氧化异氰酸酯形成重氮盐，再发生偶氮显色反应^[15-17]，但检测限较高，不适合对MDI单体残留的检测。气相色谱法是检测异氰酸酯类化合物的经典方法^[18-23]，该方法具有操作简单、分析速度快、分离效果好、灵敏度高及适用范围广等特点。气质联用法具有气相色谱法的高分离效果，又具有质谱准确鉴别化合物的特点，目前已经广泛应用^[24-26]。高效液相色谱法同样是一项高效、快速的分离技术，现在使用非常广泛。液相色谱法检测异氰酸酯主要分为衍生化和直接检测^[27-32]，但考虑到MDI本身不稳定，衍生化过程造成的测试误差，液相色谱法的测试回收率并不高。离子交换法和毛细管电泳法检测MDI近年来发展迅速^[33-34]，但资料较少，普及性不高。

此次实验结合国标《GB 18583-2001室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量》中的方法，采用气相色谱法检测MDI单体残留量，该方法满足实验需求。

浸提介质的选择：MDI溶于苯、甲苯、氯苯、硝基苯、丙酮、乙醚、乙酸乙酯、二噁烷等，参考《GB 18583-2001室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量》中对MDI含量检测的方法，选择乙酸乙酯作为浸提溶液。

浸提方式选择：参考《GB 18583-2001室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量》中对MDI含量检测的方法，以及《GB//T 16886.12-2005 医疗器械生物学评价第12部分：样品制备与参照样品》

3.3 测试结果的分析美国毒物和疾病登记署(ATSDR)及美国国家卫生基金会(NSF)评估了MDA的毒性^[28]。ATSDR未给出非经口途径致癌性的每日安全剂量(minimal risk level，MRL)，但给出了短期每日安全剂量值，根据小鼠重复给药12周得到的最小安全剂量值为8.3 mg/(kg•d)，采用不确定因子100(100=10×10，10为物种间差异，10为人体间差异)，最小安全剂量值/100，计算得到短期每日安全剂量值为0.08 mg/(kg•d)。

在经口途径致癌性研究中，NSF依据美国环保署(U.S.EPA)在2005年发布的对致癌物质的风险评价指导原则，通过动物实验建立评估数学模型可得到MDA的BMDL₁₀(出现10%肝癌发病率的基准剂量可信下限)为 0.67 mg/(kg•d)，依据此数值可得致癌斜率因子为 0.15 mg/(kg•d)。

通过以上2种数据，选取最低限量值作为MDA的可耐受摄入量TI值，即0.08 mg/(kg•d)。采用GB/T 16886.17-2005《医疗器械生物学评价第17部分：可沥滤物允许限量的建立》中公式推导，可耐受限量TE=TI×m×UTF，UTF=CEF×PEF，m代表医疗器械接触群体的体质量，以体质量70 kg计，CEF为多器械因子，缺省值为0.2。PEF为比例接触因子，PEF=nexp/nuse，nexp代表一种器械接触类别的天数，nuse代表器械的使用时间，该产品埋置于人体接触30 d，使用1个月后更换即nexp=30，nuse=30，故PEF=1，即UTF=0.2。采用更严格的可耐受摄入量TI值计算可耐受限量TE值，则TE值应大于0.08×70×0.2=1.12 mg/d，即33.6 mg/使用周期/套。

此次实验MDI在乙酸乙酯中溶出最高值2.647 mg/套，考虑到溶剂为乙酸乙酯，同时采用回流的方式对MDI进行提取，提取条件较为严苛，此时，若溶出MDI全部分解成MDA，数值较低，因此可认为该产品MDI溶出量在安全范围内。

3.4 研究展望随着近年来人们对聚氯乙烯材料安全性的担忧，含聚氨酯材料的医疗器械产品数量随之增多，但聚氨酯材质的安全性评价较少，早期研究多在机械性能及生物相容性等方向，对聚氨酯的残留单体MDI研究较少，现有对MDI的研究主要集中于食品及建材领域，由于食品及建材领域与人体的接触途径不同，其对聚氨酯的单体残留研究并不完全适用于医疗器械。因此在现有基础上，进一步研究用于医疗器械领域的聚氨酯的生物安全性评价十分必要。该实验选取一种医疗器械进行研究，相对于聚氨酯在医疗器械领域的使用范围，还有很大差距，因此在后续的研究中，应补充产品的种类，丰富实验数据，完善评价医用聚氨酯中MDI生物安全性的方法。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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