四、理化表征（一）一般原则医疗器械的材料表征包括化学、物理、形态学和表面等性质的表征（GB/T 16886.18和GB/T 16886.19），纳米材料表现出独特的性质取决于它们的大小、结构和表面性质等不同于常规材料。因此，参与组成器械的纳米材料的理化性质表征是完成生物学评价的重要一步，可以指导应用纳米材料医疗器械生物学评价试验方案的制定，也对医疗器械中新的纳米材料进行有效筛选给出建设性意见。 ISO/TR 13014列出了以下毒理学试验中需要表征的工程化的纳米材料的特性：化学成分、纯度、尺寸和尺寸分布、聚集和团聚状态、形状、表面积、表面化学、表面电荷、溶解度和分散度等。 附加属性的表征可以根据医疗器械的设计、预期用途和磨损特性来表示。如结晶、孔隙度、氧化还原电位、（光）催化、自由基的形成潜力和辛醇/水系数（未必适用于固体材料）等。 除了上述理化表征，表面具有纳米结构的医疗器械可能需要从形态学上进行表征。对于表面结构的有效表征所需测量的参数取决于特定的应用。如对应用纳米多孔材料的医疗器械的表征包含但不限于以下信息：孔隙或空隙的尺寸和结构、密度和分布等。 （二）表征参数与方法ISO/TR 13014提供了与纳米材料相关的生物学评价参数的详细信息和每个参数进行定量和/或定性分析的方法。随着对纳米材料的不断研究和探索，其表征方法也将不断改进优化，故以上内容应根据需要进行动态调整。 结合几种方法可以同时研究颗粒大小、形状、结构、组成成分和表面性质。单一的表征方法可能无法提供准确的评价参数（例如粒径分布、表面配体和表面电荷等），建议使用微观和宏观多种方法用于一个特定理化参数的表征。但需要注意，可能对特定属性使用不同方法所获得的结果不能直接比较，并且目前几乎没有统一方法对纳米材料进行理化评价以辅助形成可靠的试验方案。申请人宜在医疗器械中纳米材料的类型、形式以及医疗器械预期用途的基础上选择表征的方法。 由于纳米材料的表征往往是科学和技术上的挑战，因此，申请人宜考虑实验室的质量保证体系和最优方案。纳米材料理化表征手段的选择、表征结果和纳米材料特性的解释分析应该由经过培训且有经验的专业人员进行。在分析过程中，宜谨慎考虑样品制备以确保所获得的数据来自该器械中有代表性的材料。如有可能，申请人宜在理化表征中采用可获得的适当的参照材料，以便对分析仪器设备和试验方法进行校正和检验。表征过程的各个环节应仔细记录，以确保结果的可追溯性和可重复性。若有必要，所用方法应进行方法学验证被证实能恰当用于纳米材料的研究。有关应用纳米材料的医疗器械理化性质表征的具体内容，将在本系列指导原则第二部分：应用纳米材料的医疗器械理化表征指导原则中给出。 五、生物学评价本指导原则仅给出应用纳米材料医疗器械生物学评价的概述。有关具体内容，将在本系列指导原则第三部分：应用纳米材料的医疗器械生物学评价指导原则中给出。 相比于常规材料，纳米材料在样品制备时会有溶解性和分散性的区别，因此可能需要考虑纳米材料在样品制备时的特殊性；由于纳米材料被认为可能穿越所有的保护屏障，包括血脑屏障和胎盘屏障等，因此可能需要考虑纳米材料的全身毒性，特别是中枢神经毒性和生殖毒性；“纳米分子冠”的形成，可能会影响其生物响应、动力学、蓄积和毒性等生理效应；有些纳米材料具有类佐剂特性，可能会对免疫系统产生影响，需要关注免疫毒性；血液中纳米材料暴露的时间间隔不同可能改变其毒代动力学特征。因此，应用纳米材料的医疗器械生物学评价内容，在兼顾常规器械评价内容的基础上，重点考虑与纳米材料有关的其他问题，如样品制备，吸收、分布、代谢和排泄/清除（ADME）、全身毒性、中枢神经毒性和免疫毒性等。 （一）样品制备样品制备是对医疗器械最终产品及其制造过程中使用的材料进行表征和/或生物学试验时的一个关键的多步骤过程，包括对器械有代表性取样、浸提液制备，制备的试验材料的贮存和稳定性检测等，应重点关注应用纳米材料医疗器械的最终产品在样品制备不同阶段的理化性质。样品制备具体内容详见GB/T16886.12。 与常规材料相比较，纳米材料样品制备时应该考虑的因素包括表面特性增加了其反应性，溶解性和分散性的区别，聚集物或团聚物的形成和微量杂质的污染（微量杂质可能对纳米材料理化特性和毒理学特性具有潜在的影响）等。另外，纳米材料有吸附到容器表面的可能性。由重力引起的扩散和重力沉降也会影响纳米材料（当发生团聚或聚集、或纳米材料由致密物质组成等）到细胞的输送率。纳米毒理学的剂量单位可能不是传统的质量浓度，而是纳米颗粒数量或总表面积。 针对这些问题，有必要针对应用纳米材料的医疗器械制定可靠的样品制备方案。 在样品制备时，需要仔细分析来确定一个特殊的纳米材料在规定的实验条件下是否完全分散、和/或部分溶解（如一些金属）还是完全溶解，因为微溶或不溶的纳米材料可能以颗粒的形式分散存在于实验体系中。分散可能引起一种不同于从化学成分预测的分子、离子或元素毒性的反应；而可溶性的纳米材料可能出现与相同分子或元素组成的常规材料相似的反应。 纳米材料的分散性受纳米材料之间和/或与其所处环境相互作用的影响，分散的纳米材料不一定仅以原形存在，也可能以聚集体或团聚体的形式存在；纳米材料的粉末和气溶胶形式通过表面电荷或空间效应则变得不稳定。因此，试验样品稳定性是纳米材料生物学评价中获得准确、可靠的试验结果的关键因素之一。 电解质浓度、pH范围、离子强度或分子成分（如血清蛋白分子等）对浸提液制备有显著影响。因此，生物学评价试验中应用的分散条件应尽可能与生理条件一致。 在应用纳米材料医疗器械的成品或原材料的表征、动物实验或体外试验时，需要进行样品制备。制备的具体方法可能因接触途径和剂量选择的不同而有差异。在试验样品制备和接触方式的记录或报告内容中至少应包含以下内容： ——试验材料的鉴定、贮存和稳定性，包括批与批之间的差异性； ——浸提介质的化学组成； ——合适的剂量单位选择； ——原料分散剂制备的样品在给予动物（和/或细胞、器官、组织）之前的表征。 作为一般原则，样品制备的细节和所选用方法的基本原理应当详细记录。 （二）医疗器械中纳米材料的释放一般来说，纳米材料从医疗器械中释放的最大潜力与器械本身设计相关： ——预期的纳米材料释放； ——由游离纳米材料组成和/或含游离纳米材料，例如用于热疗的氧化铁纳米颗粒、用于伤口敷料的纳米银和骨填料中的纳米材料等。 某些器械可能涉及多种释放途径，宜综合考虑释放特征进行分析。 1.脱落 当纳米材料作为医疗器械涂层时，应考虑脱落的风险，如作为伤口敷料的纳米银等。 2.降解释放 含有或者不含纳米材料的医疗器械，通过水解反应、催化反应或磨损等降解方式，可能会引起纳米材料的释放。当纳米材料作为涂层或包埋在可降解基质中时，可降解材料的生物分解会导致纳米材料的释放，不含纳米材料的医疗器械通过降解可能导致纳米颗粒物的产生。 当纳米材料可能通过器械的降解产生时，可参考GB/T16886.9对医疗器械潜在降解产物进行定性和定量研究。根据GB/T16886.9附件A关于包含的对降解研究考虑的需要，如果需要，降解研究应考虑： a）器械被设计为可吸收的；或 b）器械的预期植入时间超过三十天，或 c）该材料（多个）系统的相关信息提示其与机体接触的过程中可释放有毒物质。 GB/T16886.13、14和15分别包含了聚合物、陶瓷、金属以及合金降解的一般性原则。 伴有离子释放的腐蚀也可能导致纳米材料的释放。对于某些纳米材料，已知释放的离子可以形成新的纳米材料。 3.磨损释放 来自于器械降解、磨损或加工处理过程中，以及在生产过程中未使用纳米材料，但医疗器械（或部件）在临床使用过程中通过降解、磨损或在原位处理过程中（如医疗器械原位研磨、抛光等）产生纳米材料。许多医疗器械都可能随着长时间使用导致磨损和纳米结构成分（如颗粒等）释放至周围环境。因此，如果下述条件适用时，应合理论述由磨损释放的纳米材料： a）该器械是纳米材料，或 b）该器械有纳米材料涂层，或 c）该器械中，其正常使用的情况下，与生物组织产生摩擦或其组件或与骨填充物或复合物之间产生摩擦，或者可能 d）生产过程中的残留物可能包括纳米材料。 应当注意的是，尽管在制造某些医疗器械时不会使用纳米材料，但由于磨损可致该医疗器械（例如植入物和牙科填充材料）产生纳米材料。 4.原位处理释放 无论医疗器械是否含有纳米材料，该器械进行原位处理时，例如在牙科处理时（例如抛光，研磨）也可能产生纳米材料。 因此，应在类似于预定用途的生理条件下对可能释放的纳米材料进行全面的鉴定和表征。且应在生理环境下，对纳米材料的释放动力学、数量、迁移和生物蓄积性进行评估。 在情形3和4，即磨损释放和原位处理释放的情况下，医疗器械本身不适用本指导原则。但在考虑此类医疗器械的不良事件和使用风险时，可参考本指导原则适用部分对可能由产生的纳米材料进行研究分析。 （三）毒代动力学1.一般原则 如果从医疗器械中释放的纳米材料可以被吸收（Absorption）、分布（Distribution）、代谢（Metabolism）和/或排泄（Excretion），即需要进行毒代动力学（ADME）的研究。纳米材料的毒代动力学研究可指导生物学评价试验设计及结果解读，应被视为应用纳米材料医疗器械风险评估的一部分。GB/T 16886.16给出了关于如何开展毒代动力学研究的框架。对于应用纳米材料医疗器械的毒代动力学研究，还需要考虑纳米材料的理化性质、表面特性（如化学和电荷）、接触途径、剂量效应、动物模型、研究周期、浸提方法和分析技术/手段等因素。 在进行毒代动力学研究时，申请人需说明影响该研究设计、试验结果和结果解读的因素。
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