ISO 10993-15:2000標(biāo)準(zhǔn)概述

人體環(huán)境通常含有鈉、鉀、鈣和鎂的陽離子以及氯化物、碳酸氫鹽、磷酸鹽和有機(jī)酸的陰離子，濃度一般在2×10-3-150×10-3mol之間。同時(shí)還存在一系列有機(jī)大分子，如蛋白質(zhì)、酶和脂蛋白。在這樣的生物環(huán)境中，金屬材料可能會(huì)發(fā)生降解，而且不同的降解產(chǎn)物可能以不同的方式與生物系統(tǒng)相互作用。因此，降解產(chǎn)物的鑒定和定量對于評估醫(yī)療器械生物學(xué)性能非常重要。本標(biāo)準(zhǔn)適用于在體外加速降解測試中，評估金屬或合金醫(yī)療器械由于化學(xué)改變產(chǎn)生的降解產(chǎn)物，并為測試設(shè)計(jì)提出了基本要求。

降解測試方法

1. 總原則

為了鑒定和定量醫(yī)療器械中金屬和合金的降解產(chǎn)物，本標(biāo)準(zhǔn)描述了兩個(gè)過程：第一個(gè)過程是動(dòng)電位測試和恒電位測試結(jié)合，用于研究材料的一般電化學(xué)行為，同時(shí)確定電位/電流密度曲線上的某些特定點(diǎn)（如擊穿點(diǎn)Ep）；第二個(gè)過程是浸入測試，用于化學(xué)降解測試材料，并產(chǎn)生待分析的降解產(chǎn)物。

2. 先決條件

電化學(xué)降解速率對于測試條件、儀器、樣本條件和制備中的細(xì)小變動(dòng)都非常敏感。因此，電化學(xué)降解試驗(yàn)應(yīng)該由經(jīng)驗(yàn)豐富的實(shí)驗(yàn)人員，在配備適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，包括維護(hù)和校準(zhǔn)測試設(shè)備，以及驗(yàn)證設(shè)備方法和操作條件。

測試和樣本制備

1.  測試溶液（電解質(zhì)）

選擇的測試溶液（電解質(zhì)）應(yīng)和醫(yī)療器械的預(yù)期用途相匹配，其中用到的所有化學(xué)物質(zhì)都必須是分析級別，且溶解于2級水中。通常，首選的電解質(zhì)溶液是等滲的0.9%生理鹽水，其它選擇包括人造唾液或人造血漿（本標(biāo)準(zhǔn)的附錄C列舉了具體配方，見下圖）。

2. 測試樣本制備

首先，測試樣本必須來源于最終產(chǎn)品或其組分，且至少為兩份（考慮到兩種測試方法），同時(shí)樣本制備要符合ISO 10993-12標(biāo)準(zhǔn)要求，這是首要前提。其次，材料組成、加工和表面處理都會(huì)對降解速率產(chǎn)生影響，所以測試樣本的形狀和表面積都至關(guān)重要。

具體來說，測試樣本如果以最終產(chǎn)品為參照，那么可選擇圓形、矩形截面條或扁平試樣、或單個(gè)自由表面用于測試；如果以產(chǎn)品組分為參照，則對形狀沒有要求，但要在可控條件下測試。暴露在電解質(zhì)中的樣本表面積，精度要優(yōu)于10％，以保證準(zhǔn)確性且可重復(fù)測量降解速率。特別要注意的是，樣本的表面狀態(tài)要和終產(chǎn)品完全一致，并記錄在報(bào)告中。

電化學(xué)測試

1. 儀器和裝置

在電化學(xué)測試中，用到的儀器和裝置主要包括：測試皿、恒電位掃描儀、電位測量儀、電流測量儀、工作電極、反電極、參比電極和pH計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)附錄B給出了電解槽的示意圖，如下。

2. 樣本制備和測試條件

將測試樣本安裝在防水電極支架中，讓樣本表面僅與電解質(zhì)接觸。注意避免由于在安裝件和樣品之間形成縫隙而產(chǎn)生腐蝕條件。在測試之前，用乙醇超聲清洗樣品10-15分鐘，并用2級水沖洗后轉(zhuǎn)移至測試池中，然后用電解質(zhì)溶液填滿測試池。

如果電化學(xué)行為在10℃-50℃范圍內(nèi)對溫度敏感，則將電解質(zhì)電池保持在(37±1)℃環(huán)境下。在開始測試前，用約100cm3/min的速率通入無氧氮?dú)饣驓鍤獠簧儆?0分鐘，來降低電解質(zhì)中的氧氣濃度。同時(shí)，通過鼓泡氣體或機(jī)械攪拌，避免電解質(zhì)溶液產(chǎn)生濃度梯度。如果使用氣體攪拌，注意不要讓氣泡粘附在測試樣本表面。另外，因?yàn)榇帕嚢杵鲿?huì)干擾電化學(xué)測試皿，所以要評估其對測試的影響。

3. 動(dòng)電位測量

在浸入工作電極后，測量開路電位不少于2小時(shí)。掃描速率應(yīng)為1.0mV/s，但在掃描速率影響不大的測試中，可提高到10mV/s。記錄電位/電流密度曲線，至最大值為2000mV或最大電流密度為1.0mA.cm-2。為確保一致性，反轉(zhuǎn)掃描至開路電位，然后重復(fù)測試回到2000mV或1.0mA.cm-2。如果曲線不可再現(xiàn)，則繼續(xù)循環(huán)5-10次。記錄對數(shù)電流密度/電位曲線和擊穿電位(Ep)，

4. 恒電位測量

在測試時(shí)間內(nèi)，將新測試樣品保持在恒定電極電位，并記錄電流密度/時(shí)間曲線。 用于確定降解產(chǎn)物的電位應(yīng)為擊穿電位(Ep)+50mV。根據(jù)所研究的材料，極化持續(xù)時(shí)間應(yīng)為1小時(shí)或5小時(shí)。測量并記錄電解液的體積。

浸入測試

浸入測試用到的裝置主要是測試皿和pH計(jì)。在測試過程中，測試樣品應(yīng)放在單獨(dú)的玻璃容器中，選擇合適的尺寸使電解質(zhì)體積/樣品表面積比應(yīng)小于1ml/cm2，且完全覆蓋樣品，樣品不能接觸玻璃表面。樣品制備過程中，應(yīng)盡量避免生物污染。在測試開始時(shí)，測量含有測試樣品的電解質(zhì)的pH值，然后密閉測試皿以防止蒸發(fā)，并在(37±1)℃下保持(7±1)天。最后取出樣品并測量殘留電解質(zhì)的pH值。

測試分析和測試報(bào)告

在低功率顯微鏡（>50X）下觀察測試樣品，記錄樣品表面的變化。使用足夠靈敏度（至少為1x106）的分析方法，例如原子吸收、ICP或質(zhì)譜法對電解質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析，記錄并報(bào)告在量化限度以上檢測到的成分。如果存在可能有生物危害的成分，但未進(jìn)行量化，則需要進(jìn)行其他分析。此外，在分析中應(yīng)考慮反電極上的沉積物。

最終，一份完整的測試報(bào)告應(yīng)該至少包括以下內(nèi)容：1）測試樣品的完整識(shí)別，包括化學(xué)成分；2）樣品暴露表面積與電解質(zhì)體積比；3）電解質(zhì)組成和pH，用于電化學(xué)測試的天然或參比電極的描述；4）用于浸入試驗(yàn)的電解質(zhì)組成、初始和最終pH；5）電解質(zhì)溫度；6）電流密度與電位曲線；7）開路電位；8）擊穿電位Ep和擊穿電位下的電流密度；9）掃描率；10）電流密度與時(shí)間曲線，總測試時(shí)間；11）曲線描述；12）樣品表面或電解質(zhì)的變化描述；13）電解質(zhì)中降解元素的分析結(jié)果，包括降解速率，以ug/cm^2/h（靜電試驗(yàn)）或mg/cm^2/7天（浸入試驗(yàn)）進(jìn)行記錄報(bào)告；14）電解質(zhì)的化學(xué)分析方法；15）參比電極類型；16）測試時(shí)間、人員姓名和簽名；17）保密協(xié)議18）原始數(shù)據(jù)保存；19）數(shù)據(jù)偏移說明。