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醫(yī)療器械及組件都是由各種材料制成。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 16886-1醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià)（等同于ISO 10993-1）中，對(duì)器械制備材料明確提出了兩個(gè)重要問(wèn)題：一是材料是否安全；二是材料的理學(xué)、化學(xué)、電學(xué)、形態(tài)學(xué)和力學(xué)等特性，是否滿足預(yù)期的功能。

材料的安全取決于材料的生物相容性，而生物相容性又主要取決于材料的化學(xué)特性，因此材料化學(xué)表征可以評(píng)價(jià)醫(yī)療器械的不同特性。本系列文章主要針對(duì)材料化學(xué)表征進(jìn)行大體的闡述。

材料化學(xué)表征的意義

醫(yī)療器械的生物相容性以前主要是通過(guò)動(dòng)物的體內(nèi)測(cè)試來(lái)評(píng)估。但是，隨著動(dòng)物保護(hù)和福利意識(shí)的增強(qiáng)，更加靈敏的分析設(shè)備和分析方法的出現(xiàn)，用儀器或其他體外方法部分替代動(dòng)物試驗(yàn)，并明確材料中潛在的毒性物質(zhì)，確保患者的使用安全，越來(lái)越成為全球的共識(shí)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的要求。根據(jù)GB/T 16886-18（等同于ISO 10993-18）的建議，目前較合理的方式是在選擇器械制備材料前，先對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)表征，并比較它們和現(xiàn)有的臨床使用材料之間的差別。

通過(guò)對(duì)材料的分析，來(lái)檢測(cè)可能遷移到患者體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)和類型。最后通過(guò)對(duì)這些化學(xué)物質(zhì)的毒理評(píng)估，結(jié)合體內(nèi)測(cè)試的數(shù)據(jù)，更好的整體評(píng)估材料生物相容性。

通過(guò)以上分析，材料化學(xué)表征和性能檢測(cè)可以建立化學(xué)性能和生物相容性的關(guān)系，確立材料滿足生物學(xué)試驗(yàn)要求的基本規(guī)格要求，并達(dá)到以下目的：

(1)確定材料的規(guī)格；

(2)鑒別不符合要求的材料；

(3)在研究的早期及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題；

(4)減少不必要的動(dòng)物試驗(yàn)；

(5)確保不同批次材料的一致性。

材料化學(xué)表征的原則

在進(jìn)行材料化學(xué)表征前，有必要充分了解材料合成的詳細(xì)資料，這些資料包括：在合成過(guò)程中采用的聚合單體和溶劑；在材料制備過(guò)程中加入的添加劑以及加工助劑；醫(yī)療器械的滅菌方法（尤其是可能影響材料性質(zhì)的輻照滅菌方法）；可降解材料在預(yù)期使用條件下的降解過(guò)程；從材料中可能釋放的潛在降解產(chǎn)物等。

如果能獲得這些資料，材料的表征和化學(xué)性能檢測(cè)可以只進(jìn)行部分試驗(yàn)或只通過(guò)文獻(xiàn)分析。如果不能獲得這些資料，則應(yīng)采用適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方法對(duì)材料進(jìn)行分析，以獲得材料的化學(xué)成分的數(shù)據(jù)，并對(duì)其毒性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。材料化學(xué)表征的完成，需要化學(xué)分析工作者和毒理學(xué)家的密切配合，化學(xué)工作者提供必要的定性和定量數(shù)據(jù)，毒理學(xué)家利用毒理數(shù)據(jù)庫(kù)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估并確定器械是否安全。

化學(xué)表征的步驟

步驟1—定性信息收集

監(jiān)管部門(mén)要求對(duì)器械或材料及其預(yù)期目的進(jìn)行描述。這部分信息最好從原料供應(yīng)商處獲得，任何加工助劑（例如脫模劑）的信息還需要從其他有關(guān)人員（包括加工商和組件制造商）處獲得，更多的信息和數(shù)據(jù)可以大大降低所需要的材料化學(xué)表征測(cè)試項(xiàng)目，鑒別材料化學(xué)組分可能引起的毒性危害，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定。

步驟2—材料等同性

醫(yī)療器械可以是一個(gè)企業(yè)自有的產(chǎn)品，也可以是市場(chǎng)上獲得的商業(yè)化產(chǎn)品。研究者可以搜集已有的大量信息和數(shù)據(jù)，并將醫(yī)療器械和已知的材料信息共同羅列在一個(gè)電子表格或者數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行評(píng)估。如果得到的信息足夠多，研究者可以直接將信息交由毒理學(xué)家進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。因此材料等同性最大的挑戰(zhàn)就是獲得相關(guān)的信息和評(píng)估其完整性。如同定性信息，獲得更多的數(shù)據(jù)不僅能夠讓研究者少走彎路，也能讓企業(yè)節(jié)約很多資源。

步驟3—定量信息

當(dāng)定性信息不夠充分，不能進(jìn)行毒理學(xué)分析時(shí)，研究者應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)方案對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)分析，以得到材料的化學(xué)成分、添加劑、殘留物、雜質(zhì)及降解物等可提取物。

步驟4—定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在得到化學(xué)物質(zhì)實(shí)際的暴露量后，研究者應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，來(lái)確認(rèn)材料中的該化學(xué)物質(zhì)是否對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生危害。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作一般需要由毒理學(xué)家完成。詳細(xì)的評(píng)估過(guò)程可以參考GB/T 16886-17。

步驟5— 估計(jì)臨床接觸的化學(xué)物

此評(píng)估是根據(jù)臨床接觸和使用的情況，測(cè)定浸出化學(xué)物質(zhì)的接觸程度并預(yù)估其接觸總量，從而判定器械和材料是否安全。所用的浸提條件應(yīng)形成文件并進(jìn)行論證。

材料化學(xué)表征的方法

材料的物理表征方法，主要使用紅外分析、熱差分析等手段對(duì)材料進(jìn)行鑒別；通過(guò)力學(xué)測(cè)試儀器對(duì)抗張強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定；通過(guò)硬度計(jì)測(cè)定反映材料抗壓性能的指標(biāo)硬度；通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和原子力顯微鏡測(cè)定和組織或血液接觸的材料表面的特性等。

材料的化學(xué)表征和物理表征方法不同，主要采用在規(guī)定條件下，制備組件或者材料的浸提液進(jìn)行理化分析和儀器分析。理化分析主要是一些非特異性測(cè)試項(xiàng)目，通常的指標(biāo)有非揮發(fā)物含量、酸堿度(緩沖能力)、紫外吸光度和濁度等。

儀器分析則是一些特異性測(cè)試項(xiàng)目，試驗(yàn)采用的儀器方法快速高效，具有很好的相關(guān)性、靈敏性，并且可以提供非常有用的確定信息，以保證材料的安全和生物相容性。例如，常用是凝膠滲透色譜方法（GPC）測(cè)量材料的分子量分布；氣相色譜-火焰離子化檢測(cè)器/質(zhì)譜 檢測(cè)器連用(GC-FID/MS)，用于測(cè)定揮發(fā)性和半揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)；液相色譜-質(zhì)譜連用技術(shù)(LC-MS)用于測(cè)定非揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)；原子吸收光譜（AAS）和電感耦合等離子體質(zhì)譜或發(fā)射光譜法（ICP-MS/OES）可以測(cè)定浸提液中金屬元素雜質(zhì)的含量。

另外，可以根據(jù)醫(yī)療器械和人體接觸的部位和時(shí)間來(lái)確定需要測(cè)試的項(xiàng)目。對(duì)于和人體表面接觸使用時(shí)間短的器械，可以進(jìn)行萃取物和FTIR分析檢測(cè)，例如與皮膚和粘膜接觸的檢查手套、血壓計(jì)袖帶和內(nèi)窺鏡等醫(yī)療器械；對(duì)于接觸時(shí)間長(zhǎng)和植入體內(nèi)的醫(yī)療器械，則根據(jù)不同的用途進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)。例如，和血液直接和間接接觸的醫(yī)療器械（透析器及其管路和體外循環(huán)管路），需要中等程度的化學(xué)性能檢測(cè)；而體內(nèi)植入的醫(yī)療器械則需要全面嚴(yán)格的化學(xué)性能的檢測(cè)。