医疗器械制造中的生物相容性材料：标准和最佳实践

发布于2023年2月24日

现代医学依赖于各种不同的工具和仪器。从柔性管到纱布，再到耐用的金属夹和假肢，这些装置有多种形状。正如 FDA 监管哪些材料可以在我们的食品和药品供应链中使用一样，他们也监管医疗设备的开发和生产。这意味着工业应用中使用的某些材料不适合用于与我们身体相互作用的产品。

针对特定材料的限制会因地区而异。这意味着获准在美国使用的设备可能不符合欧盟的标准。

虽然并非所有医疗设备都需要生物相容性材料，但许多医疗设备都需要。如果该设备供内部使用，它将比可能有助于手术或暂时与皮肤接触的设备面临更严格的审查。供内部使用的医疗设备的常见示例包括起搏器、假肢、支架、人工髋关节和其他关节置换术。

产品开发团队必须了解哪些生物相容性材料最适合其特定要求，以保护患者的健康和福祉、持续遵守严格的法规并降低风险和责任。以下是医疗器械材料选择的一些关键指南和基本原则。

医疗器械生物相容性材料的监管标准

医疗器械制造商使用的材料和组件必须满足专门针对生物相容性的国际法规 ISO 10993 的严格质量和性能要求。 ISO 10993 提出了一种如何以一致且统一的方式对器械材料进行风险缓解和性能测试的方法。

ISO 指南得到 FDA 的支持。 2020 年 9 月，该机构发布了一份指导文件，为如何实施 ISO 法规并确保 FDA 批准的医疗器械材料符合国际标准提供了建议。

生物相容性是一个复杂且不断发展的主题，几乎没有简单的定义，ISO 10993 指南（10993-1:2018；从 10993-1:2009 更新）的最新更新反映了该领域的最新发展。也许最新版 ISO 10993 中最显着的变化涉及生物相容性的测试方式。

之前的版本提供了用于评估不同设备类型的生物相容性的具体测试，而当前的标准旨在通过风险评估、缓解和管理的综合过程更好地解决医疗设备制造中涉及的许多变量。这使得该标准能够应用于更广泛的动态医疗和制造环境。

ISO 10993 更新还包括有关接触式和非接触式医疗器械的附加或更新信息，以及评估纳米技术、气体通道和可吸收材料的生物相容性的方法。

证明生物相容性通常通过三个阶段的过程来完成：

1. 产品团队制定了生物学评估计划 (BEP)，其中概述了已知风险以及测试或缓解这些问题的策略。本文件满足 ISO 10993-1 对初始风险评估的要求。
2. 对设备的材料和组件进行测试，以解决这些概述的风险，其中可能包括评估设备随时间的磨损情况、材料毒性或设备与液体接触时的运行方式等因素。通常，需要对医疗设备进行各种测试类型和设计控制，以确保设备按预期运行。
3. 产品团队将测试结果和数据分析整合到生物评估报告 (BER) 中，然后将其提交给 FDA 审批。

其他生物相容性挑战

除了遵守 ISO 和 FDA 法规之外，生物相容性医疗器械设计还可能给产品团队带来额外的挑战。医疗器械产品开发团队通常有必须遵守的特定功能或设计相关要求，而将这些要求与材料限制相协调可能是一个耗时且密集的过程。事实上，客户的要求需要一组相互矛盾或相互排斥的材料属性，这并非闻所未闻，产品团队需要进行研究以达成可接受的妥协。

另一个关键挑战涉及生产时间表。毒理学和生物相容性评估所需的测试不会产生简单的通过或失败结果；相反，这些评估共同形成了合规性的证明或进一步研究和评估的建议。由于这需要彻底且有据可查的方法，因此医疗器械的认证和批准过程不能仓促。成功的产品团队是那些拥有满足客户要求的技能和专业知识，同时按照 ISO 和 FDA 法规运作的团队。

选择正确的生物相容性材料的关键考虑因素

在设计和制造生物相容性医疗设备时，需要考虑许多变量和因素，具体细节当然会根据应用而有所不同。然而，选择正确的材料至关重要，因为研究人员发现，30-40% 的设备召回是由材料选择不当造成的。以下是产品团队需要考虑的三个关键因素：

• 材料可用性：  如果医疗设备的设计包含稀缺或难以获得的材料，则可能需要替代解决方案。这有助于保持较低的单位成本，并确保设备能够按时上市。
• 制造流程 ：医疗器械或其组件的材料要求将有助于确定最佳的生产方法。 例如，注塑成型是一种快速且经济高效的方法，可用于制造大量具有良好表面光洁度的精密塑料部件，但对于小批量生产来说可能非常昂贵。 另一方面，数控加工的材料限制很少，但有一些重要的几何限制。同样，增材制造技术的发展正在实现更快的生产和更大的定制化——考虑到医疗行业大规模转向以患者为中心的护理，这是一个特别有价值的品质——尽管值得注意的是，数控加工和增材制造都与相对有限的材料范围兼容。
• 灭菌需求 ：某些医疗设备和工具，例如皮下注射针头和静脉输液管，必须经过消毒才能重新使用。从设计角度来说，这意味着设备必须具有耐灭菌过程的材料。除了要使用的灭菌方法之外，尽早了解设备是否有灭菌要求是避免昂贵的修改和测试的关键。

在医疗器械产品开发过程中保持高效的设计流程

鉴于生物相容性测试和批准需要持续评估，产品开发团队可能需要根据他们的发现调整或重新考虑他们的设计流程。

团队可以通过多种结构方式简化其设计流程。维护准确的材料数据库（其中包括与测试结果、材料毒理学或致癌性以及 ISO 10993 规定的其他特性相关的信息）是创建历史数据档案的第一步，以便在未来的设计工作中进行参考。这样做不仅有助于提高设计过程中的修改效率，还有助于设计团队熟悉与设备的生物相容性和功能要求相关的各种材料。

如果部件材料已选定，但零件几何形状尚未最终确定，则斑块测试是一种可以让团队保持生产力和效率的技术。该技术涉及通过将用于创建最终产品的制造方法生产多个小板。然后，对斑块进行生物相容性测试，包括化学测试和确定材料如何随着时间的推移而分解，同时产品开发人员最终确定零件设计。这有助于为后续评估奠定基础，并可以加快监管审批流程。

为工作选择合适的制造合作伙伴

最新 ISO 10993 中包含的更新流程力求最大程度地减少不必要的测试，同时仍然保证产品团队能够考虑相关因素（例如设备设计、设备材料的物理和化学特性，甚至制造过程）如何影响设备的质量及其满足患者需求的能力。有效的医疗设备制造所需的繁琐设计、开发和监管流程可能会给产品团队带来重大挑战，这就是为什么与 SyBridge 这样经过考验的制造商合作是有益的。

SyBridge 是一个创新的按需数字制造平台，拥有与医疗设备设计团队合作将安全、可靠的产品推向市场的丰富经验。我们的技能和技术已用于创建尖端假肢、高精度手术模型等，我们的团队准备提供从设计和原型制作阶段到生产和实施的 360 度咨询和支持服务。准备好开始了吗？ 立即联系我们的团队。