YY/T 0652-2016 植入物材料的磨损 聚合物和金属材料磨屑 分离和表征

ICS11.040.40

C35

中华人民共和国医药行业标准

/—/:

YYT06522016ISO178532011

代替/—

YYT06522008

植入物材料的磨损

聚合物和金属材料磨屑分离和表征

ㅤㅤㅤㅤ

—

Wearofimlantmaterials

p

—

PolmerandmetalweararticlesIsolationandcharacterization

yp

(:,)

ISO178532011IDT

2016-01-26发布2017-01-01实施

国家食品药品监督管理总局发布

/—/:

YYT06522016ISO178532011

目次

前言…………………………Ⅲ

引言…………………………Ⅳ

1范围………………………1

2术语和定义………………1

、…………………………

3原理试剂和仪器1

4组织样本中聚合物磨屑和金属磨屑的取样和分析方法………………4

5关节模拟器润滑液中聚合物和金属磨屑的取样和分析方法…………8

6试验报告…………………12

参考文献……………………13

ㅤㅤㅤㅤ

Ⅰ

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YYT06522016ISO178532011

引言

,。,

磨屑的生物反应可导致骨吸收和假体松动从而导致关节植入物失效如要对磨屑进行表征就必

,。

须有一个从组织中提取磨屑的统一方法以确保对磨屑影响的评价有一个统一标准对植入物模拟器

产生的磨屑表征还为正在研究中的植入物的磨损性能和使用性能提供了有价值的信息。

,

本标准中对组织中或模拟器润滑液中的磨屑进行分离和表征的第一种方法是用过滤或嵌入树脂

,()()。

的方法进行磨屑分离然后使用扫描电子显微镜SEM或透射电子显微镜TEM对磨屑进行分析对

,

模拟器中植入物金属磨屑进行分离和表征的另一种方法近期得以发展磨屑可被沉积在晶片上进行

[]

1

,。,,

SEM分析无需过滤或镶嵌本标准出版时第二种方法还未用于对组织中的磨屑进行分离和表征

。,。

两种方法所得结果没有直接对比因此后者没有详细列出

ㅤㅤㅤㅤ

Ⅳ

/—/:

YYT06522016ISO178532011

植入物材料的磨损

聚合物和金属材料磨屑分离和表征

1范围

。

本标准规定了植入人体和模拟器中关节置换植入物所产生的磨屑的取样方法本标准规定了分离

(

和表征聚合物和金属磨屑磨屑来源于翻修手术或验尸时关节置换植入物周围切除的组织或关节模拟

)、。(

器润滑液的仪器试剂和试验方法其中一些步骤可适用于人体体液中磨屑的分离和表征例如关节

滑液)。

;。

本标准中没有对植入物产生的磨损程度进行量化也没有规定任何特定表面的磨损量本标准不

,。

包括磨屑的生物反应也不包括用于评估生物安全性的方法

2术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

2.1

聚合物磨屑olmerweararticle

pyp

植入物的聚合物部件磨损产生的颗粒。

2.2ㅤㅤㅤㅤ

金属磨屑metalweararticle

p

植入物的金属部件磨损产生的颗粒及颗粒状腐蚀产物。

2.3

陶瓷磨屑ceramicweararticle

p

植入物的陶瓷部件磨损产生的颗粒。

、和仪器

3原理试剂

3.1原理

,

聚合物磨屑和金属磨屑通过消化组织样本和模拟器润滑液分离出来再通过清除其他有机物碎屑

提纯得到。

:,。

注分离聚合物磨屑和金属磨屑的方法是不同的将在和中分别描述

4.24.3

,()()()。

收集磨屑采用扫描电子显微镜SEM或透射电子显微镜TEM表征和计数如适用

3.2试剂

,,、。

在分析过程中除非另有说明仅采用公认分析等级的试剂蒸馏水或同等纯度等级的水

,。

为避免外来颗粒污染样品所有的试剂溶液在使用前应采用0.2m或更小孔径的滤膜进行过滤

μ

3.2.1无水乙醇

3.2.2丙酮

100%或用蒸馏水稀释至80%。

1

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YYT06522016ISO178532011

3.2.3蒸馏水

3.2.4固定剂

,。

例如福尔马林用蒸馏水稀释至10%

盐酸溶液,

3.2.5HCl

/。

c=0.01molL

异丙醇水混合液

3.2.6-

33

/及/。

=0.96cm=0.90cm

ρgρg

3.2.7木瓜蛋白酶溶液

/,/()/

木瓜蛋白酶溶于含有乙二胺四乙酸溶液的磷酸

4.8U1.5mL25mmolLEDTA250mmolL

钠缓冲液(H值为7.4)。

p

3.2.8磷酸钠缓冲液

/中含有/乙二胺四乙酸溶液(),值为。

250mmolL25mmolLEDTAH7.4

p

3.2.9蛋白酶K

/,/,。

2mL溶于50mmolLTRIS-HCl缓冲液中得到H值为7.6

gp

:,

注对于从关节模拟器血清润滑液中分离的磨屑试剂的加入量需根据分离磨屑的润滑液中血清百分比和最初的

ㅤㅤㅤㅤ

,。

血清体积来调整见5.3.2

3.2.10树脂

,。

环氧树脂例如EMbed812

十二烷基硫酸钠()

3.2.11SDS

溶于蒸馏水时浓/,,/。

度为2.5100mL或者溶于80%丙酮中浓度为3100mL

gg

氢氧化钠()

3.2.12NaOH

,,/。

NaOH溶液和颗粒c=5molL

3.2.13蔗糖溶液

33333

/、/、/、/和/。

=1.35cm1.17cm1.08cm1.04cm1.02cm

ρggggg

3.2.14TRIS-HCl缓冲液

缓冲液,/,H为值7.6。

TRIS-HCl50mmolLp

3.3仪器

,(),

所有仪器使用之前应清洗并用蒸馏水提前用孔径为0.2m的滤膜过滤清洗三次以去除所有

μ

污染颗粒。

2

/—/:

YYT06522016ISO178532011

3.3.1铝条

3.3.2天平

精度至少为0.1mg。

3.3.3碳胶带

3.3.4离心管

多种尺寸。

3.3.5离心机

3.3.6滤膜

,。

用于过滤试剂和蒸馏水孔径为0.2m

μ

3.3.7过滤装置

3.3.8镀聚醋酸甲基乙烯脂铜网(铜网)

formvar

,()。

200目网格用作透射电子显微镜TEM分析

3.3.9傅里叶变换红外光谱仪()

FTIR

3.3.10加热板

ㅤㅤㅤㅤ

3.3.11无尘布

、

3.3.12移液管微量吸液管和针头

3.3.13偏光显微镜

3.3.14聚碳酸酯膜过滤器

、、、,。

孔径为及用于收集颗粒

10m1m0.1m0.05m0.015m

μμμμμ

扫描电子显微镜()

3.3.15SEM

包括能量弥散射线分析模块()。

XEDXA

3.3.16无菌培养皿

带盖。

3.3.17注射器

粗针头。

3.3.18聚四氟乙烯玻璃陶瓷组织研磨机

透射电子显微镜()

3.3.19TEM

包括能量弥散射线分析模块(DXA)。

XE

3

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YYT06522016ISO178532011

3.3.20超声波细胞粉碎机

配备钛微探针。

3.3.21超声波清洗器

3.3.22水浴锅

搅拌温度控制。

4组织样本中聚合物磨屑和金属磨屑的取样和分析方法

4.1样本的保存和制备

(),,(),

将组织保存在-70℃或更低温度的冰箱中或在室温下保存于固定剂中例如福尔马林3.2.4

()。,

福尔马林用蒸馏水3.2.3稀释至10%需要时将组织解冻在浸提萃取工作之前将试样用蒸馏水清洗

。。

干净将清洗后组织里的多余水分用无尘布吸走

未固定的组织样本应在通用条件下进行处理。

,。

如果发生污染现象用于取出样品的手术器械的特征应记录在案

:,。

注由于样品来源不同样品之间可能存在差异性

4.2聚合物磨屑的分离步骤

4.2.1组织消化

ㅤㅤㅤㅤ

[]

2

。,

假体周围组织中聚乙烯磨屑的分离有许多已知方法这里提到的方法是以Cambell等Tier

ppp

[][]

34

等和Richards等的方法为基础制定的。

,。

消化前用手术刀和刀片将组织切成小片以加速消化将组织放在体积比为2∶1的氯仿和甲醇混

,,。()

合液中24h直至组织沉到容器底部以去除切碎的组织中的油脂取出并用磷酸钠缓冲液3.2.8冲

洗组织样本。

将/溶液()加入到组织样本中(组织中加入的/溶

5molLNaOH3.2.121g10mL5molLNaOH

),()。

液置于65℃的搅拌水浴锅3.3.22中消化至少24h当无可见的固体组织碎片悬浮时可认为消化

完成。

4.2.2聚合物磨屑提纯

4.2.2.1总则

。。

可使用多种方法将聚合物磨屑从消化的组织中提纯使用或中描述的方法

4.2.2.24.2.2.3

4.2.2.2高速离心法提纯聚合物磨屑

,。

本方法可收集粒径为纳米级到几毫米的全部磨屑能够将所有体积的磨屑分离出来将消化后的

,()。。,

组织冷却到4℃加入同等体积冷冻的无水乙醇3.2.1这时可能有盐分沉淀如果出现这种情况

。,。,

加入超纯水直至盐分溶解将溶液放置在4℃环境中并搅拌过夜将溶液在4℃20000g离心力作

。(),。

用下离心2h将上清液移入清洁的无菌管3.3.4在过滤前用400mL超纯水稀释

4.2.2.3超速离心法提纯聚合物磨屑

33333

将蔗糖溶液()(/、/、/、/和/)各

3.2.13=1.35cm1.17cm1.08cm1.04cm1.02cm2mL

ρggggg

4

/—/:

YYT06522016ISO178532011

(),,,

分别加入离心管3.3.4中加入量约为离心管容量的四分之三然后将已消化的组织悬浮液按量等分

,、。

注入每个离心管蔗糖溶液表面在5℃100000g离心力作用下将其离心3h谨慎收集离心管上清

,,。,

液加入无菌管并用65℃蒸馏水稀释残余的蔗糖将稀释后的溶液超声波10min使积聚的磨屑散

,,。

开然后在80℃下加热1h以便溶解蔗糖

33

()(//),

将异丙醇水混合液密度分别为和分别注入各离心管中形成上

-3.2.60.90cm0.96cm

gg

,,、

下两层液体取一定量上一步获得的悬浮液加入各离心管中在20℃100000g离心力作用下离心

。,。()

1h将离心管移出离心机后在两层液体的交界处应看见一层白色磨屑用细尖玻璃移液管3.3.12

,,

插入异丙酮层液间将包含聚乙烯磨屑的微粒层移出至无菌管中超声波10min以使积聚的磨屑分

散开。

,,

如果在不同的超速离心时间和速度下提纯磨屑只要经证实有相同的分离效果并且其验证程序的

,。

结果已形成文件也可按照该方法进行分离

注:。

1第一次超速离心是为了把较轻的聚乙烯磨屑层从较重的组织碎片中分离出来第二次超速离心是通过离心

,。

形成一个细分密度梯度场达到纯化聚乙烯磨屑的目的

:,。

注2这个方法可能无法收集到尺寸较大的聚乙烯颗粒产物使得磨损物不能全部分离出来

4.3金属磨屑的分离步骤

[]

5

,。,

由于金属在强酸和强碱中的可溶性应使用酶消化法下列方法由Catelas等提出与其在早些

[]

6(),

时候开发出的分离关节模拟器润滑液中磨屑的步骤相似参见第章只在开始步骤及使用组织替

5

代血清润滑液导致的所用酶的浓度有些许不同。

[]

7

:,,

注1通过同样步骤分离和表征的组织及关节模拟器磨屑其结果能够直接而精确地进行对比这对于关节模拟

,。

器的有效性是很重要的是该方法的优点

ㅤㅤㅤㅤ

)。(

a用手术刀和刀片将组织切成碎片以加速消化过程将一些小碎片大约2mm×2mm×

2mm)加入2mL的无菌管中。

:(,、

注2组织样本的重量取决于可观察到的病人的全部磨损部位以及用于磨屑分离的组织大小例如肉芽肿囊性

变)。

,。

推荐的组织样本湿重为100m~150m但必要时可调整