本发明主要涉及医疗器械材料热稳定性评价的，具体地说，本发明涉及一种基于挥发性有机物(voc)评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法。
背景技术：
1、临床上应用的呼吸面罩属于无源医疗器械产品，在我国按照第ⅱ类医疗器械管理，包括一次性使用和重复使用的呼吸面罩，产品可以以无菌形式或非无菌形式提供。使用时，医疗人员将呼吸面罩固定于患者面部，呼吸面罩通过呼吸管路与呼吸机相连或直接连接简易呼吸器，以此作为气体进入患者体内的气路通道，气体通过气路通道后从鼻、口进入患者呼吸系统，因此，呼吸面罩是医疗气体通路的重要组成部分。呼吸面罩通常由头带、额垫、主体、弯管、密封垫和接口组成。根据临床适用情况，也可包括额垫调节器、排气口、防窒息阀。其结构示意如图9所示。
2、在使用呼吸面罩进行通气的医疗救治过程中，医疗气体经气路持续不断地进入人体呼吸系统，起到特定治疗作用的同时，也会引入将气路材料产生的潜在污染物代入人体的风险。根据我国医药行业标准yy/t 1778.1-2021/iso 18562-1:2017《医疗应用中呼吸气体通道的生物相容性评价第1部分：风险管理过程中的评价和试验》，呼吸面罩属于含有气体通路的医疗器械，因此，在评价该产品安全性和有效性时，制造商需要根据标准的要求对可能影响生物相容性方面的风险进行识别、评估和控制。气体通路带来的潜在污染物主要包括由气路材料内表面释放到气体中的颗粒物质、挥发性有机物(voc)和冷凝物中的可滤沥物。呼吸面罩的气体通道一般由弯管、面罩主体、面罩密封垫组成，其中，弯管、面罩主体等硬质组件可采用聚碳酸酯、聚氯乙烯高分子材料，软质的面罩密封垫可使用硅胶材料。这些材料在合成或注塑过程中，需要添加不同的有机添加剂或加工助剂，以达到柔韧性、稳定性等方面的特定要求，这都增加了呼吸面罩气路材料voc释放的可能。过量的voc随着气流进入呼吸系统后，不仅会对呼吸系统产生刺激作用，还会迅速进入血液系统，给人体带来不同程度的毒性侵害。
3、从保护患者免受气体通路释放的过量voc侵害的角度出发，iso18562-3:2017《医疗应用中呼吸气体通道的生物相容性评价第3部分：挥发性有机化合物(voc)排放试验》对医疗器械呼吸气体通道的voc释放试验及验收标准做了规范和指导。其中，该标准要求将医疗器械、部件或配件保持在临床额定温度下评估voc排放，以使释放的voc种类和释放量达到最大化。与此同时，标准还特别强调该额定温度的选择，要保证在此温度下的气路材料不产生新的voc污染物，即气路材料达到热稳定状态。然而，制造商对呼吸面罩产品的稳定性研究内容并不包括基于voc变化的热稳定性。根据我国现行医疗器械注册法规的要求，制造商要以稳定性研究结果作为产品使用温度的确定依据，且呼吸面罩产品的热稳定性研究内容主要包括两部分：一是研究产品高温处理后是否符合产品技术要求规定的性能指标；二是研究高温后产品包装系统的性能。而voc释放研究属于生物学评价的研究内容，该内容参考iso 18562-3:2017等相关标准仅研究制造商规定的额定温点下的voc释放情况，而这一温度的选择尚且缺少基于voc的稳定性研究支撑。由此可见，从医疗器械风险评估的角度，呼吸面罩生物学特性中voc释放性能尚未形成可靠的研究闭环，极易导致试验测试得到的voc排放结果并不能真实反映患者实际使用呼吸面罩过程中的真实voc释放情况，存在影响患者用械安全的风险。因此，无论是制造商完善呼吸面罩的安全性评价体系，还是医疗器械监管部门对呼吸面罩产品质量的监督抽检，都亟须一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，以补充呼吸面罩气路材料热稳定性研究内容的不足和检验评价方法的缺失。
4、目前，呼吸面罩voc检测主要参考iso 16000-6:2021《室内空气-第6部分：通过吸附剂管上的主动采样、热脱附和使用ms或ms fid的气相色谱法测定室内和试验室空气中的有机化合物(vvoc、voc、svoc)》，使用气相色谱-质谱仪检测器在线热脱附对voc进行鉴别和定量，以及参考iso 16000-3:2011《室内空气-第3部分：室内空气和试验室空气中甲醛和其他羰基化合物的测定-主动采样法》，通过联用二极管阵列检测器的液相色谱法测量醛和酮的排放。这两种方法检测前，首先根据iso 18562-3:2017，将呼吸面罩置于密闭环境(如烘箱)中，高温下通气流带出呼吸面罩释放的voc，同时，使用吸附收集装置(如tenax ta管、dnph滤芯等)富集气流中的voc。完成voc采集后，还要通过热解析或有机溶剂洗脱的方式将voc释放，才能进入到气相色谱-质谱或液相色谱等检测系统进行分析。这些方法存在设备昂贵、对操作人员技术要求高和样本前处理复杂的问题，而且，如果用于热稳定性研究，需要在不同温度点下重复检测voc，会进一步加剧试验的复杂性，在呼吸面罩气路材料热稳定研究中的应用性不强。另外，所述现有voc检测试验方法，会将呼吸面罩整体放入密闭环境进行气流采样，不区分气路通道不同组件的材质，导致检测得到的voc种类和释放量大于实际进入患者呼吸系统的voc种类和释放量，voc评价结果缺乏客观性。
5、顶空-气相色谱-离子迁移谱(hs-gc-ims)检测技术整合了顶空进样技术及气相色谱-离子迁移谱的技术特点。样品在线孵化和自动顶空进样方式，简化了样品前处理过程，减小了人为误差，除了配套的顶空进样瓶外，无需其他耗材，检测成本低。样品连续进样能够实现前后样品的孵化和检测过程在时间上的重叠，缩短检测时间。气相色谱-离子迁移谱对voc进行气相色谱和离子迁移的两次分离，能够有效分离结构相似的voc组分，且检测灵敏度可达到ppm级浓度水平，获得的气相保留时间-离子迁移时间-离子峰强度的三维数据，经设备内置软件处理得到可视化的三维立体谱图，人机交互效果良好。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明提供一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，借助hs-gc-ims检测呼吸面罩气路材料在不同温度下释放的voc，运用主成分分析(pca)、正交偏最小二乘判别分析(opls-da)多元统计分析方法，对气路材料voc组成随温度的动态变化进行分析，评价呼吸面罩气路材料的热稳定性。本发明提供的方法，可用于判定制造商规定的呼吸面罩使用温度上限的合理性和生物学评价中voc释放实验额定温度设置的合理性，为制造商提供呼吸面罩产品稳定性研究的新方法，也为医疗器械监管提供产品质量监管的新抓手，进一步保障呼吸面罩佩戴者的用械安全和生命健康。
2、本发明采用以下的技术方案：
3、(1)呼吸面罩气路材料分组
4、判定呼吸面罩与气路有内表面接触的结构组件；
5、进一步地，所述的呼吸面罩与气路有内表面接触的结构组件参照呼吸面罩产品说明书载明的产品使用方法和结构组成确定；
6、进一步地，所述的与气路有内表面接触的结构组件至少包括呼吸面罩的弯管、面罩主体和面罩密封垫。
7、将呼吸面罩产品拆解。
8、将与气路有内表面接触的结构组件按照产品主要原材料分组。
9、(2)设定热稳定性评价温度
10、设定热稳定性评价温度范围为20～50℃；
11、在所述的热稳定评价温度范围内选定热稳定性试验温度点至少5个，且选定的试验温度点应包括20℃和呼吸面罩使用温度上限值。
12、(3)供试样品制备
13、剪取步骤(1)确定的呼吸面罩各气路材料组中的结构组件1.0±0.1g置于顶空瓶中，密封顶空瓶，置于顶空进样器样品盘相应位置，准备进样；
14、进一步地，所述的呼吸面罩各气路材料组中的结构组件优选该材料组内气路接触面积最大的结构组件；
15、进一步地，所述的呼吸面罩各气路材料组中的结构组件的供试样品数量根据稳定性试验温度点数量设置；
16、进一步地，所述的顶空进样器样品盘相应位置的样品排列规则为热稳定性试验温度点由低到高，且每个试验温度下依次放置各气路材料组的供试样品，如表所示。
17、表1样品设置1
18、
19、
20、表1中的代表省略。
21、(4)空白质控样品与校准样品制备
22、a)空白质控样品
23、空气顶空瓶密封，置于顶空进样器样品盘相应位置，准备进样；
24、进一步地，所述的空气顶空瓶为载有实验室空气的顶空瓶；
25、b)校准样品
26、吸取校准品30μl置于顶空瓶中，加入30μl纯化水，密封顶空瓶，混匀，置于顶空进样器样品盘相应位置，准备进样；
27、进一步地，所述的校准品由酮的c3～c8同系物标准物质等体积混合配制。
28、(5)顶空-气相色谱-离子迁移谱测定
29、将上述步骤(3)和步骤(4)制备的全部样品进行顶空-气相色谱-离子迁移谱分析；
30、进一步地，所述的顶空-气相色谱-离子迁移谱测定参数为：样品孵化温度为20～50℃，样品孵化时间为15min，孵化器转速为500rpm；色谱柱为长15m、内径0.53mm、膜厚1μm的mxt-5金属毛细管气相色谱柱，电离源为氚(3h)，色谱柱温度为60℃，载气和吹扫气体均为纯度大于99.999％的氮气，初始流量为2ml/min，保留2min后，经18min升至100ml/min；漂移管温度为45℃，进样针温度为85℃，顶空气体进样体积为0.5ml，迁移谱漂移气体流量为150ml/min，样品分析时间为30min；
31、进一步地，所述的样品孵化温度为根据所述的热稳定性试验温度点设置。
32、检测收集气相保留时间、离子迁移时间、离子峰强度数据。
33、(6)数据分析
34、提取上述步骤(3)检测收集的气相保留时间、离子迁移时间、离子峰强度数据，绘制供试样品voc的三维地形图；
35、进一步地，所述的提取为顶空-气相色谱-离子迁移谱仪器内嵌软件进行数据选取；
36、进一步地，所述的供试样品voc的三维地形图分别以离子迁移时间、气相保留时间、离子峰强度作为x-轴、y-轴、z-轴。
37、以步骤(4)制备的校准样品检测数据做校正，归一化数据，数据转换为气相保留时间、相对离子迁移时间、离子峰强度。
38、以步骤(4)制备的空白质控样品检测数据做背景扣除。
39、使用顶空-气相色谱-离子迁移谱仪器内嵌软件和数据库对步骤(3)制备的供试样品voc做定性分析，建立呼吸面罩气路材料在不同孵育温度下的指纹谱图。
40、将提取的呼吸面罩气路材料voc的离子峰强度检测数据组成矩阵进行主成分分析(pca)，数据降维处理，取前贡献率最大的两个主成分的得分数用于可视化分析，建立供试呼吸面罩气路材料基于voc的热稳定性趋势图；
41、进一步地，所述的呼吸面罩气路材料基于voc的热稳定性趋势图为呼吸面罩气路材料voc组成随样品孵化温度的变化趋势图。
42、(7)热稳定性评价
43、根据步骤(6)建立的呼吸面罩气路材料基于voc的热稳定性趋势图，进行呼吸面罩气路材料的热稳定性分类；
44、进一步地，所述的呼吸面罩气路材料的热稳定性分类包括线性热稳定材料和非线性热稳定材料；
45、进一步地，所述的线性热稳定材料的特征为材料voc主成分分析数据点随温度升高而移动，各温度点数据不聚集；
46、进一步地，所述的非线性热稳定材料的特征为材料voc主成分分析数据点随温度升高呈现分组性聚集。
47、判定生物学评价中呼吸面罩voc释放实验额定温度设置和呼吸面罩使用温度上限值设置的合理性；
48、进一步地，所述的判定生物学评价中呼吸面罩voc释放实验额定温度设置和呼吸面罩使用温度上限值设置的合理性的方法为：当呼吸面罩气路材料仅为所述的线性热稳定材料时，如呼吸面罩使用温度上限值与生物学评价中voc释放实验额定温度相同，则判定为合理；当呼吸面罩气路材料包括所述的非线性热稳定材料时，如呼吸面罩使用温度上限值时材料voc的主成分分析点与20℃时材料voc的主成分分析点聚集成组，且呼吸面罩使用温度上限值与生物学评价中voc释放实验额定温度相同，则判定为合理。
49、进一步地，所述的当呼吸面罩气路材料仅为所述的线性热稳定材料时，呼吸面罩气路材料热稳定性评价结束；
50、进一步地，所述的当呼吸面罩气路材料包括所述的非线性热稳定材料时，使用正交偏最小二乘判别分析(opls-da)确定所述的非线性热稳定材料热稳定性差异特征voc，呼吸面罩气路材料热稳定性评价结束；
51、进一步地，所述的热稳定性差异特征voc为满足预测变量重要性投影vip大于1.00且假设检验p值小于0.05的化合物。
52、本发明具有的有益效果是：
53、1.提供的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，该方法可应用于判定呼吸面罩气体通路生物学评价中voc释放试验额定温度设置的合理性，判定呼吸面罩使用温度上限值设置的合理性，为呼吸面罩制造商提供一种可靠的热稳定性研究方法，为医疗器械监管部门对呼吸面罩产品质量的安全性监管提供依据，进一步保障呼吸面罩佩戴患者的产品使用安全和身体健康；
54、2.提供的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，具有样品前处理简单、成本低、人为误差小的优点。本发明提供的供试样品制备，仅包括手动进行供试样品的裁剪、称量，后直接封入顶空进样瓶，前处理过程简单；顶空-气相色谱-离子迁移谱检测设备根据预设的检测参数条件全自动完成样品孵化、顶空进样和数据检测，无需额外的被测物富集及解析，该过程无需人工参与，降低了耗材成本和人员技术要求，减小了人为因素引入的实验误差，具有成本低、人为误差小的优点；
55、3.提供的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，将呼吸面罩气路材料进行判别和分组，具有评价结果代表性强、应用价值高的优点。本发明提供的基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，仅筛选并针对呼吸面罩气体通路组件进行热稳定评价，检测分析的voc为真实经气路进入人体呼吸系统的voc，以该方法确定或评价合理的呼吸面罩使用温度上限，能够确保生物学评价中voc释放研究的完整性，voc释放评价结果为患者使用呼吸面罩的生物学安全性研究提供数据支撑，具有实际应用价值高的优点；
56、4.提供的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，充分发挥顶空-气相色谱-离子迁移谱检测灵敏度高的技术优势以及主成分分析、正交偏最小二乘判别分析的数据降维处理分析优点，适合分析医疗器械气体通路组件及组件材料的复杂voc组分体系，为本发明提供方法的应用奠定了技术基础。
1.一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，其特征在于，所述的呼吸面罩与气路有内表面接触的结构组件参照呼吸面罩产品说明书载明的产品使用方法和结构组成确定。
3.根据权利要求1所述的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，其特征在于，所述的呼吸面罩与气路有内表面接触的结构组件至少包括呼吸面罩的弯管、面罩主体和面罩密封垫。
4.根据权利要求1所述的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，其特征在于，所述的呼吸面罩各气路材料组中的结构组件优选该材料组内气路接触面积最大的结构组件。
5.根据权利要求1所述的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，其特征在于，所述的呼吸面罩各气路材料组中的结构组件的供试样品数量根据稳定性试验温度点数量设置。
6.根据权利要求1所述的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，其特征在于，所述的校准品由酮的c3～c8同系物标准物质等体积混合配制。
7.根据权利要求1所述的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，其特征在于，所述的顶空-气相色谱-离子迁移谱测定参数为：样品孵化温度为20～50℃，样品孵化时间为15min，孵化器转速为500rpm；色谱柱为长15m、内径0.53mm、膜厚1μm的mxt-5金属毛细管气相色谱柱，电离源为氚(3h)，色谱柱温度为60℃，载气和吹扫气体为纯度大于99.999％的氮气，初始流量为2ml/min，保留2min后，经18min升至100ml/min；漂移管温度为45℃，进样针温度为85℃，顶空气体进样体积为0.5ml，迁移谱漂移气体流量为150ml/min，样品分析时间为30min。
8.根据权利要求1所述的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，其特征在于，所述的呼吸面罩气路材料基于voc的热稳定性趋势图为呼吸面罩气路材料voc组成随样品孵化温度的变化趋势图。
9.根据权利要求1所述的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，其特征在于，所述的热稳定性差异特征voc为满足预测变量重要性投影vip大于1.00且假设检验p值小于0.05的化合物。
10.根据权利要求1所述的一种基于voc评价呼吸面罩气路材料热稳定性的方法，其特征在于，
