医疗器械制造中的生物相容性材料：标准与最佳实践
发布于2023年2月24日
现代医学依赖各种工具和器械。从柔性管到纱布、耐用金属夹和假肢，这些设备形态各异。正如FDA监管食品药品供应链可用材料，也监管医疗器械开发和生产。这意味着某些工业应用材料不适用于与人体接触的产品。
特定材料限制因地区而异。这意味着美国批准使用的设备可能不符合欧盟标准。
并非每个医疗器械都要求生物相容性材料，但许多需要。若设备用于体内，将面临比手术辅助或瞬时接触皮肤的设备更严格审查。内植入医疗器械常见例子包括起搏器、假体、支架、人工髋关节和其他关节置换。
产品开发团队了解哪些生物相容性材料最适合其特定需求至关重要，以保护患者健康福祉、实现持续符合严格法规、降低风险和责任。以下是医疗器械材料选择的关键指南和基本原则。
医疗器械生物相容性材料监管标准
医疗器械制造商使用的材料和组件必须满足国际法规ISO 10993严格质量和性能要求，该标准专门针对生物相容性。ISO 10993规定了一致、统一的器械材料风险缓解和性能测试方法。
人工关节等进入体内的设备面临严格性能和安全要求。
ISO指南获FDA背书。2020年9月，FDA发布指导文件，建议如何实施ISO法规，确保FDA批准的医疗器械材料与国际标准对齐。
生物相容性是复杂演进主题，鲜有简单定义。ISO 10993最新更新（10993-1:2018；更新自10993-1:2009）反映领域最新发展。最新版最重大变化或许在于生物相容性测试方式。
旧版为不同器械类型生物相容性评估提供特定测试，现行标准通过全面风险评估、缓解和管理流程，更好应对医疗器械制造诸多变量。这使标准适用于更广泛的动态医疗和制造语境。
ISO 10993更新还包含接触/非接触医疗器械的新增/更新信息，以及评估纳米技术、气体通路、可吸收材料生物相容性的方法。
证明生物相容性通常通过三阶段过程：
- 产品团队制定生物学评价计划（BEP），概述已知风险及测试或缓解策略。此文件满足ISO 10993-1初始风险评估要求。
- 测试器械材料和组件以应对概述风险，可包括评估器械随时间磨损、材料毒性、器械接触体液时运行等因素。常需多种测试类型和医疗器械设计控制以确保器械按预期功能。
- 产品团队整合测试结果和数据分析为生物学评价报告（BER），提交FDA审批。
额外生物相容性挑战
除达成ISO和FDA合规外，生物相容性医疗器械设计还给产品团队带来额外挑战。医疗器械产品开发团队常有特定功能或设计相关要求，将这些要求与材料限制协调可能耗时费力。事实上，客户要求导致相互矛盾或互斥的材料性能组合并不罕见——产品团队须研究找到可接受妥协。
另一关键挑战涉及生产时间线。毒理学和生物相容性评估所需测试不产生简单通过/失败结果；这些评估共同构建合规证明或进一步研究评估建议。因需彻底且文档化方法，医疗器械认证审批流程不可急躁。成功产品团队是那些具备技能和专业知识、在遵循ISO和FDA法规前提下满足客户要求的团队。
选择正确生物相容性材料的关键考量
某些医疗器械需由能耐受灭菌的材料制成。
设计和制造生物相容性医疗器械涉及众多变量和因素，具体细节当然随应用而异。然而选择正确材料至关重要，研究发现30-40%设备召回源于不当材料选择。以下是产品团队三大关键考量：
- 材料可得性： 若医疗器械设计包含稀缺或难获取材料，可能需替代方案。这有助于控制单件成本、确保器械按时上市。
- 制造工艺： 医疗器械或其组件的材料要求将帮助确定最优生产方法。注塑成型例如是快速、具成本效益创建大量精密塑料组件、良好表面光洁度的手段，但小批量生产极昂贵。CNC加工材料限制极少但有显著几何限制。同样，增材制造技术发展实现更快生产和更大定制——考虑到医疗领域大规模转向以患者为中心护理，此质量极有价值——但需注意CNC和增材制造兼容材料范围相对有限。
- 灭菌需求： 某些医疗器械和工具（如皮下注射针、静脉输液管）再次投入使用前必须灭菌。设计层面意味材料须耐受灭菌工艺。尽早知晓器械是否有灭菌要求——及将使用何种灭菌方法——是避免昂贵修改和测试的关键。
医疗器械产品开发中保持高效设计流程
鉴于生物相容性测试和审批需持续评估，产品开发团队可能需基于发现调整或重新思考设计流程。
团队可通过几种结构化方式精简设计流程。维护包含测试结果、材料毒理/致癌性、ISO 10993规定其他特性的准确材料数据库，是创建历史数据档案的第一步，可在未来设计工作中回溯参考。这不仅有助于提高设计过程修改效率，也帮助设计团队熟悉与器械生物相容性和功能要求相关的各种材料。
若组件材料已选定但零件几何未最终确定，斑块测试是让团队保持高效的技术。该技术涉及用将创建最终产品的制造方法生产多个小斑块。斑块随后接受生物相容性测试——包括化学测试和确定材料随时间降解情况——同时产品开发者完成零件设计。这有助于为后续评估奠基，可加速法规审批流程。
选择正确制造合作伙伴
最新ISO 10993包含的更新流程旨在最小化不必要测试，同时保证产品团队能核算器械设计、器械材料理化特性、甚至制造工艺如何影响器械质量和满足患者需求能力。有效医疗器械制造所需的严格设计、开发、监管流程给产品团队带来重大挑战，这正是为何与像SyBridge这样经验可靠的制造商合作有益。
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