ISO 10993-15:2000標準概述

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

降解測試方法

1. 總原則

為了鑒定和定量醫療器械中金屬和合金的降解產物，本標準描述了兩個過程：第一個過程是動電位測試和恒電位測試結合，用于研究材料的一般電化學行為，同時確定電位/電流密度曲線上的某些特定點（如擊穿點Ep）；第二個過程是浸入測試，用于化學降解測試材料，并產生待分析的降解產物。

2. 先決條件

電化學降解速率對于測試條件、儀器、樣本條件和制備中的細小變動都非常敏感。因此，電化學降解試驗應該由經驗豐富的實驗人員，在配備適當的實驗室中進行，包括維護和校準測試設備，以及驗證設備方法和操作條件。

測試和樣本制備

1.  測試溶液（電解質）

選擇的測試溶液（電解質）應和醫療器械的預期用途相匹配，其中用到的所有化學物質都必須是分析級別，且溶解于2級水中。通常，首選的電解質溶液是等滲的0.9%生理鹽水，其它選擇包括人造唾液或人造血漿（本標準的附錄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品或其組分，且至少為兩份（考慮到兩種測試方法），同時樣本制備要符合ISO 10993-12標準要求，這是首要前提。其次，材料組成、加工和表面處理都會對降解速率產生影響，所以測試樣本的形狀和表面積都至關重要。

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

電化學測試

1. 儀器和裝置

在電化學測試中，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。標準附錄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接觸。注意避免由于在安裝件和樣品之間形成縫隙而產生腐蝕條件。在測試之前，用乙醇超聲清洗樣品10-15分鐘，并用2級水沖洗后轉移至測試池中，然后用電解質溶液填滿測試池。

如果電化學行為在10℃-50℃范圍內對溫度敏感，則將電解質電池保持在(37±1)℃環境下。在開始測試前，用約100cm3/min的速率通入無氧氮氣或氬氣不少于30分鐘，來降低電解質中的氧氣濃度。同時，通過鼓泡氣體或機械攪拌，避免電解質溶液產生濃度梯度。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，因為磁力攪拌器會干擾電化學測試皿，所以要評估其對測試的影響。

3. 動電位測量

在浸入工作電極后，測量開路電位不少于2小時。掃描速率應為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，反轉掃描至開路電位，然后重復測試回到2000mV或1.0mA.cm-2。如果曲線不可再現，則繼續循環5-10次。記錄對數電流密度/電位曲線和擊穿電位(Ep)，

4. 恒電位測量

在測試時間內，將新測試樣品保持在恒定電極電位，并記錄電流密度/時間曲線。 用于確定降解產物的電位應為擊穿電位(Ep)+50mV。根據所研究的材料，極化持續時間應為1小時或5小時。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。在測試過程中，測試樣品應放在單獨的玻璃容器中，選擇合適的尺寸使電解質體積/樣品表面積比應小于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，應盡量避免生物污染。在測試開始時，測量含有測試樣品的電解質的pH值，然后密閉測試皿以防止蒸發，并在(37±1)℃下保持(7±1)天。最后取出樣品并測量殘留電解質的pH值。

測試分析和測試報告

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或質譜法對電解質進行定性和定量分析，記錄并報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，但未進行量化，則需要進行其他分析。此外，在分析中應考慮反電極上的沉積物。

最終，一份完整的測試報告應該至少包括以下內容：1）測試樣品的完整識別，包括化學成分；2）樣品暴露表面積與電解質體積比；3）電解質組成和pH，用于電化學測試的天然或參比電極的描述；4）用于浸入試驗的電解質組成、初始和最終pH；5）電解質溫度；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）電流密度與時間曲線，總測試時間；11）曲線描述；12）樣品表面或電解質的變化描述；13）電解質中降解元素的分析結果，包括降解速率，以ug/cm^2/h（靜電試驗）或mg/cm^2/7天（浸入試驗）進行記錄報告；14）電解質的化學分析方法；15）參比電極類型；16）測試時間、人員姓名和簽名；17）保密協議18）原始數據保存；19）數據偏移說明。