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醫療器械及組件都是由各種材料制成。在國家標準 GB/T 16886-1醫療器械生物學評價（等同于ISO 10993-1）中，對器械制備材料明確提出了兩個重要問題：一是材料是否安全；二是材料的理學、化學、電學、形態學和力學等特性，是否滿足預期的功能。

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特性，因此材料化學表征可以評價醫療器械的不同特性。本系列文章主要針對材料化學表征進行大體的闡述。

材料化學表征的意義

醫療器械的生物相容性以前主要是通過動物的體內測試來評估。但是，隨著動物保護和福利意識的增強，更加靈敏的分析設備和分析方法的出現，用儀器或其他體外方法部分替代動物試驗，并明確材料中潛在的毒性物質，確保患者的使用安全，越來越成為全球的共識和監管機構的要求。根據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，先對材料進行化學表征，并比較它們和現有的臨床使用材料之間的差別。

通過對材料的分析，來檢測可能遷移到患者體內的化學物質和類型。最后通過對這些化學物質的毒理評估，結合體內測試的數據，更好的整體評估材料生物相容性。

通過以上分析，材料化學表征和性能檢測可以建立化學性能和生物相容性的關系，確立材料滿足生物學試驗要求的基本規格要求，并達到以下目的：

(1)確定材料的規格；

(2)鑒別不符合要求的材料；

(3)在研究的早期及時發現潛在的問題；

(4)減少不必要的動物試驗；

(5)確保不同批次材料的一致性。

材料化學表征的原則

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

如果能獲得這些資料，材料的表征和化學性能檢測可以只進行部分試驗或只通過文獻分析。如果不能獲得這些資料，則應采用適當的試驗方法對材料進行分析，以獲得材料的化學成分的數據，并對其毒性進行風險分析。材料化學表征的完成，需要化學分析工作者和毒理學家的密切配合，化學工作者提供必要的定性和定量數據，毒理學家利用毒理數據庫和經驗，對這些數據進行評估并確定器械是否安全。

化學表征的步驟

步驟1—定性信息收集

監管部門要求對器械或材料及其預期目的進行描述。這部分信息最好從原料供應商處獲得，任何加工助劑（例如脫模劑）的信息還需要從其他有關人員（包括加工商和組件制造商）處獲得，更多的信息和數據可以大大降低所需要的材料化學表征測試項目，鑒別材料化學組分可能引起的毒性危害，并進行風險評定。

步驟2—材料等同性

醫療器械可以是一個企業自有的產品，也可以是市場上獲得的商業化產品。研究者可以搜集已有的大量信息和數據，并將醫療器械和已知的材料信息共同羅列在一個電子表格或者數據庫中進行評估。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家進行風險評估。因此材料等同性最大的挑戰就是獲得相關的信息和評估其完整性。如同定性信息，獲得更多的數據不僅能夠讓研究者少走彎路，也能讓企業節約很多資源。

步驟3—定量信息

當定性信息不夠充分，不能進行毒理學分析時，研究者應當設計完整的實驗方案對材料進行化學分析，以得到材料的化學成分、添加劑、殘留物、雜質及降解物等可提取物。

步驟4—定量風險評估

在得到化學物質實際的暴露量后，研究者應進行風險評估，來確認材料中的該化學物質是否對人體會產生危害。風險評估工作一般需要由毒理學家完成。詳細的評估過程可以參考GB/T 16886-17。

步驟5— 估計臨床接觸的化學物

此評估是根據臨床接觸和使用的情況，測定浸出化學物質的接觸程度并預估其接觸總量，從而判定器械和材料是否安全。所用的浸提條件應形成文件并進行論證。

材料化學表征的方法

材料的物理表征方法，主要使用紅外分析、熱差分析等手段對材料進行鑒別；通過力學測試儀器對抗張強度、壓縮強度、剪切強度和彎曲強度等參數進行測定；通過硬度計測定反映材料抗壓性能的指標硬度；通過光學顯微鏡、掃描電鏡和原子力顯微鏡測定和組織或血液接觸的材料表面的特性等。

材料的化學表征和物理表征方法不同，主要采用在規定條件下，制備組件或者材料的浸提液進行理化分析和儀器分析。理化分析主要是一些非特異性測試項目，通常的指標有非揮發物含量、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試項目，試驗采用的儀器方法快速高效，具有很好的相關性、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）測量材料的分子量分布；氣相色譜-火焰離子化檢測器/質譜 檢測器連用(GC-FID/MS)，用于測定揮發性和半揮發性化學物質；液相色譜-質譜連用技術(LC-MS)用于測定非揮發性化學物質；原子吸收光譜（AAS）和電感耦合等離子體質譜或發射光譜法（ICP-MS/OES）可以測定浸提液中金屬元素雜質的含量。

另外，可以根據醫療器械和人體接觸的部位和時間來確定需要測試的項目。對于和人體表面接觸使用時間短的器械，可以進行萃取物和FTIR分析檢測，例如與皮膚和粘膜接觸的檢查手套、血壓計袖帶和內窺鏡等醫療器械；對于接觸時間長和植入體內的醫療器械，則根據不同的用途進行相應的檢測。例如，和血液直接和間接接觸的醫療器械（透析器及其管路和體外循環管路），需要中等程度的化學性能檢測；而體內植入的醫療器械則需要全面嚴格的化學性能的檢測。