CN109827951A

CN109827951A - 一种评价镍钛合金金属植入物镍释放的方法

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Publication number: CN109827951A
Application number: CN201910066724.9A
Authority: CN
Inventors: 刘斌; 吴长岩; 刘栋; 秦洋; 薄晓文; 刘莉莉
Original assignee: Shandong Quality Inspection Center for Medical Devices
Current assignee: Shandong Quality Inspection Center for Medical Devices
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2039-01-24
Also published as: CN109827951B

Abstract

本发明涉及一种评价镍钛合金金属植入物镍释放的方法，包括：(1)将待测样品浸入盐酸溶液中，处理40～42天，取出样品，获得处理后溶液；(2)配制镍离子标准浓度梯度溶液，检测镍离子标准溶液并绘制镍离子标准曲线；(3)检测处理后溶液，根据镍离子标准曲线计算处理后溶液中镍离子的浓度，并计算镍离子每天释放的质量数值m，根据m判断样品是否合格。本发明首次采用人工配制的溶液模拟体内环境，通过评估在该模拟环境中的镍含量评价由镍钛合金制备的医疗器械的镍释放量是否合规，实验结果较为接近体内镍离子释放的真实值，评价结果较为准确，具有广阔的应用前景。

Description

一种评价镍钛合金金属植入物镍释放的方法

技术领域

本发明涉及一种评价镍钛合金金属植入物镍释放的方法，属于医疗器械检测技术领域。

背景技术

镍钛合金是一种形状记忆合金，形状记忆合金是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金。它的伸缩率在20％以上，疲劳寿命达1*10的7次方，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，其耐腐蚀性优于目前最好的医用不锈钢，因此可以满足各类工程和医学的应用需求，是一种非常优秀的功能材料。记忆合金除具有独特的形状记忆功能外，还具有耐磨损、抗腐蚀、高阻尼和超弹性等优异特点。

制成可植入的心血管装置(支架和封堵器)的几种合金中，镍是一种重要的成分，比如316L不锈钢含镍14％，MP35N含镍35％，镍钛合金含镍55％。这些合金当中由于有镍的存在，增加了金属合金的很多特性。镍钛合金有其独特的强弹性和形状记忆性。镍钛合金的超弹性能够使它本身在经历很强的挤压后充分的弹性恢复，一些自动膨胀的装置就是依靠镍钛的形状记忆功能。由于镍钛合金具有如此多的优异性能，因此在很多人体内的医疗器械上都有应用。比如，胆道支架，心脏支架，血管支架，输尿管支架，肠道支架，冠状动脉支架，食道支架，气管支架，封堵器等等。其产品可谓种类繁多，应用甚广。

镍钛合金植入物需要长期放置在人体心脏内和动脉导管内，其安全性和潜在风险必须严格考虑并予以重视。2017年10月27日世界卫生组织国际癌症研究机构公示的致癌物清单中，镍化合物在一类致癌物清单中，金属镍和含有66-67％镍、体内植入镍金属和镍合金在2B类致癌物清单中。而先心病封堵器的使用人群多是婴幼儿，其群体的特殊性更应该关注镍的一系列危害作用。

此外，镍是最常见的致敏性金属，易引起皮炎和湿疹，一旦致敏无限期延续。而长期植入体内的镍钛合金释放出的镍离子，因为直接接触人体血液器官和组织，相对于皮肤胃肠道吸收可能对患者带来更为严重的危害，更应高度关注它的安全性问题。据相关文献报道,镍引起炎症,导致癌症,引起神经衰弱,导致系统紊乱,此外,镍还有降低生育能力、致畸和致突变作用。现在医疗器械领域并没有标准和指导原则对其进行控制，美国FDA也仅仅是近一两年才关注植入金属镍的释放，还没有形成一定的规范性法规和标准，市场监管也是一个空白，实际情况又急需对其加强监管。国际上饰品及纺织行业已经发现了镍的过敏反应，并颁布了相关法规规避其风险。借鉴其经验，非常有必要建立医疗器械领域的镍离子安全评价体系。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种评价镍钛合金金属植入物镍释放的方法。

本发明技术方案如下：

一种评价镍钛合金金属植入物镍释放的方法，步骤如下：

(1)将待测样品浸入质量百分比浓度为0.005％的盐酸溶液中，在36～38℃、150～200rpm的条件下，处理40～42天，取出样品，获得处理后溶液；

(2)配制镍离子标准浓度梯度溶液，检测镍离子标准溶液并绘制线性相关系数r≥0.996的镍离子标准曲线；

(3)检测步骤(1)中处理后溶液，根据步骤(2)中的镍离子标准曲线计算处理后溶液中镍离子的浓度，并计算镍离子每天释放的质量数值m；

当镍离子每天释放的质量数值＞20μg/天时，待测样品为不合格；

当镍离子每天释放的质量数值≤20μg/天时，待测样品为合格。

根据本发明优选的，所述步骤(1)中的处理条件为：在37℃、180rpm的条件下，处理41天。

根据本发明优选的，所述步骤(2)中，镍离子标准浓度梯度溶液的浓度为0.1，0.5，1.0，2.0，4.0，15.0μg/mL。

所述标准溶液可以为普通市售产品，如购自国家有色金属及电子材料分析测试中心，GSB04-1740-2004，浓度为1000μg/mL。

根据本发明优选的，所述步骤(2)中，绘制镍离子标准曲线的过程如下：

谱线设置为221.648nm，在电感耦合等离子体发射光谱仪上测定镍离子标准浓度梯度溶液，系统自动生成线性相关方程及线性相关系数:

Y＝71710X-1223.0

式中：Y为浓度，X为光度值，r＝0.9999.

根据本发明优选的，所述步骤(3)中，计算处理后溶液中镍离子的总浓度的步骤如下：

将步骤(1)制得的处理后溶液在电感耦合等离子体发射光谱仪上进行检测，谱线设置为221.648nm，测其浓度n，浓度单位为ug/mL，根据如下公式计算镍离子每天释放的质量数值：

m＝n×V/d

式中：m为镍离子每天释放的质量数值，单位μg；

n为处理后溶液的镍离子浓度，单位ug/mL；

V为处理后溶液的总体积，单位mL；

d为处理天数。

有益效果

本发明首次采用人工配制的溶液模拟体内环境，通过评估在该模拟环境中的镍含量评价由镍钛合金制备的医疗器械的镍释放量是否合规，填补了目前没有评价该指标的空白；通过本发明的方法进行样品的检测，实验结果较为接近体内镍离子释放的真实值，评价结果较为准确，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是山羊全血、山羊血清、PBS、SBF、H₂O做为浸提介质不同时间点镍离子释放量曲线图；

图2是质量浓度为1％的HNO₃、质量浓度为1％的HCL做为浸提介质不同时间点镍离子释放量曲线图；

图3是质量浓度为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％的HCL做为浸提介质不同时间点镍离子释放量曲线图；

图4是质量浓度为0.005％、0.007％的HCL做为浸提介质不同时间点镍离子释放量曲线图；

图5是质量浓度为0.005％、0.007％、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％的HCL和山羊全血做为浸提介质不同时间点镍离子释放量曲线图；

图6是镍钛合金和镍铬合金在质量浓度为0.005％的HCL中不同时间点镍离子释放量曲线图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步阐述，但本发明所保护范围不限于此。

试剂来源

无菌抗凝山羊血购自上海羽朵生物公司；

山羊血清购自上海羽朵生物公司；

盐酸(J.T.Baker,A.C.S.Reagent)，

硝酸(J.T.Baker,A.C.S.Reagent),

PBS购自Sigma公司,power)，

SDF(Simulated Body Fluids，自行配制)

设备来源

安东帕微波消解仪(Microwave Reaction System Multiwave Pro)

mili-Q纯水机

控温摇床(4000i control，产地德国)

Precisa电子天平(XT220A)

电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP，Thermo Scientific，iCAP 6000series)

实施例1

样品为普通市售心脏封堵器的镍钛合金丝

镍钛合金样品植入人体心血管中，首先与血液接触，随着不断的内皮化，其逐渐的被包埋，随后与血清接触减少，随着最终的完全内皮化，其仅仅与人体体液接触。所以初步设计了7种浸提镍钛金属丝的介质，分别是山羊全血，山羊血清，1％HNO₃，1％HCL，PBS缓冲溶液，模拟人工体液，水。称取7份2.0g镍钛合金丝，放入25ml离心管中，每份加入20ml上述浸提介质，旋紧盖子，37℃180r/min振摇，定时取出全部浸提介质，然后补充新鲜的浸提介质，继续振摇。测定取出的浸提介质中镍离子的含量，做其含量与时间的释放曲线，根据镍的释放曲线确定出最合适的浸提介质。

实验过程

称取7份2.0g镍钛合金丝，放入25ml离心管中，每份加入20ml上述浸提介质，旋紧盖子，37℃180r/min振摇，定时取出全部浸提介质，然后补充新鲜的浸提介质，继续振摇。

山羊全血中镍的测定：山羊全血基质复杂，无法直接用ICP测定，需要消解后测定。取2mL山羊全血，加5mLHNO₃，2mLH₂O₂,放置过夜后置高压微波消解仪消解。消解条件为：安东帕微波消解仪，900W，升温30min，保持90min，内部温度不超过160℃，外部温度不超过180℃。消解后赶酸定容至20mL。同法制备空白。

山羊全血测定回收率：取某时间段的山羊全血2mL两份，一份消解，一份加标准浓度的Ni(1000μg/mL)溶液5μl,然后消解，赶酸后定容至25mL。测两份溶液中Ni含量，计算其镍回收率。

山羊血清中镍的测定：取血清样品5mL，稀释至20mL，直接测定。

山羊血清回收率的测定：取5mL某时间点的样品，稀释至25mL。取5mL稀释后的样品，加1μg Ni(10μg/mL Ni,0.1mL)，定容至10mL，测定其Ni浓度。另取5mL稀释后的样品，直接加水定容至10mL，测定其Ni浓度，计算其回收率。

其他浸提介质中Ni的浓度直接测定，选取合适的镍谱线，配制一系列标准曲线，测定其结果后计算线性相关系数大于0.995之后，在相同谱线下测定未知浓度的镍离子含量，回收率可以用直接加标的方法测定。

经检测，7种浸提介质不同时间点镍含量数据如表1和图1、图2所示，单位μg/g：

表1

回收率数据如表2所示，单位μg/g：

表2

介质	加标前浓度	加标后浓度	加标浓度	回收率
					1％HCL	2.122	3.0384	1.0	91.64
山羊全血	0.0344	0.2294	0.2	97.5
					血清	0.0351	0.1244	0.1	89.3
1％HNO3	0.4239	0.9277	0.5	100.76
					PBS	2.4929	3.0453	0.5	110.48
PBS	2.0277	2.4806	0.5	90.58
					SBF	0.3224	0.7485	0.5	85.22
水	1.0184	2.1258	1.0	110.74

由以上结果及7种浸提介质中的镍含量图表和释放时间曲线可以看出，1％HNO₃和1％HCL作为考察的体外浸提介质，其镍离子的释放量太大，无法作为参考的浸提介质。山羊全血作为最接近体内的生理环境，无疑是最好的浸提介质，在检测时寻找与其镍释放量相当的溶液，可以作为考察镍释放风险安全性的可靠数据。水、PBS、SBF的镍释放量几乎相当，可是与山羊全血相比，山羊全血中镍的释放是水、PBS、SBF的3-4倍，故水、PBS、SBF不易作为考察体外浸提的介质。考虑到浸提介质的安全性和配制的简便性，选用盐酸溶液作为浸提介质，但是需要把1％的盐酸作进一步稀释，考察其在168h的镍释放与山羊全血在168h相当，因此，配置4个浓度段的盐酸溶液，分别是质量百分比浓度为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％的盐酸溶液，其镍的含量和释放曲线如图3和表3所示，单位μg/g：

表3

由以上结果可以看出，最低浓度的盐酸0.01％，其镍释放还是山羊全血镍释放量的6倍多，继续稀释盐酸溶液至0.005％和0.007％，考察其镍释放。其浓度释放量如表4所示，单位ug/g，释放曲线如图4所示：

表4

把山羊全血和6种浓度的盐酸溶液的镍释放量和释放时间曲线拟合在一起，如表5和图5所示，单位ug/g：

表5

由以上结果可以看出，可以看出质量百分比浓度为0.005％的盐酸溶液，其镍离子释放量在168H内为山羊全血释放量的2倍多一点，为107.13/41.96＝2.55倍。考虑到误差、偏移和加严考察，故选取0.005％HCL为最佳浸提介质，可以完全有效的代替山羊全血，考察植入人体镍钛金属的生物安全性评价。

实施例2

镍离子标准溶液：配制镍离子标准溶液,标准物质的来源及编号：购自国家有色金属及电子材料分析测试中心，GSB04-1740-2004，浓度为1000ug/mL,有效期至2020年7月29日，精密量取一定体积的该标准溶液，用三次水稀释，配制一系列镍离子标准浓度梯度溶液0.1，0.5，1.0，2.0，4.0，15.0ug/mL。

样品：Y1(室间隔缺损封堵器，威海维心医疗设备有限公司，型号：WXVSDMD-22)，Y2(左心耳封堵器，上海形状记忆合金材料有限公司，型号：LAFDQ-26，批号：LAAC20160120)，Y3(房间隔缺损封堵器，上海形状记忆合金材料有限公司)，三种镍钛成品植入物为考察对象，每个样品平行两份，分别记录如下：Y1-1(0.72g)，Y1-2(0.71g)，Y2-1(0.59g)，Y2-2(0.59g)，Y3-1(0.91g)，Y3-2(0.91g)；采用如下方法进行评价：

一种评价镍钛合金金属植入物镍释放的方法，步骤如下：

(1)将待测样品浸入体积为10ml的质量百分比浓度为0.005％的盐酸溶液中，在37℃、180rpm的条件下，处理41天，取出样品，获得处理后溶液；

(2)配制镍离子标准溶液，测定镍离子标准溶液并绘制线性相关系数r≥0.996的镍离子标准曲线；绘制镍离子标准曲线的过程如下：

设置谱线为221.648nm，在电感耦合等离子体发射光谱仪上测定镍离子标准浓度梯度溶液，系统自动生成线性相关方程及线性相关系数:

Y＝71710X-1223.0

式中：Y为浓度，X为光度值，r＝0.9999。

(3)将步骤(1)制得的处理后溶液在电感耦合等离子体发射光谱仪上进行检测，谱线设置为221.648nm，测其浓度n，浓度单位为ug/mL，根据如下公式计算镍离子每天释放的质量数值：

m＝n×V/d

式中：m为镍离子每天释放的质量数值，单位μg；

n为处理后溶液的镍离子浓度，单位ug/mL；

V为处理后溶液的总体积，单位mL；

d为处理天数；

结果如表6所示：

表6介质为0.005％HCL样品41天的镍释放结果

根据步骤(2)中的镍离子标准曲线计算处理后溶液中镍离子的总浓度，然后将总浓度除以处理天数，得到镍离子每天释放的浓度数值；

当镍离子每天释放的浓度数值＞20ug/天时，待测样品为不合格；

当镍离子每天释放的浓度数值≤20ug/天时，待测样品为合格。

由表6的数据可以看出，41天的释放总量，除以41均明显小于20ug/天，因此本实施例中的三种镍钛金属植入物样品都是符合安全级别的合格产品。

对比例

为了考察本发明所述方法针对检测样品种类的特异性，特别选取了镍铬合金即Cr15Ni60作为对比，采用实施例2的方法进行检测，分别在1，6，24，48，72，120，168h取其溶液测定镍离子的浓度，求其浓度释放曲线，与镍钛合金在同样条件下的释放曲线对比如表7和图6所示：

表7

	1	6	24	48	72	120	168
								镍铬合金丝	2.21	3.78	4.69	5.44	6.6	8.03	9.11
镍钛合金丝	5.36	15.42	42.49	58.95	69.99	87.83	107.13

由表7和图6可以看出，在相同的浸提介质0.005％HCL和相同的浸提条件37℃、180rpm，镍铬合金和镍钛合金其镍的释放是截然不同的，镍钛合金是镍铬合金释放率的10倍多；因此，本方法所选取的介质及相关的实验条件和评价标准是与检测样品的合金种类密切相关的，具有明显的特异性。

Claims

1.一种评价镍钛合金金属植入物镍释放的方法，其特征在于，步骤如下：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的处理条件为：在37℃、180rpm的条件下，处理41天。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，镍离子标准浓度梯度溶液的浓度为0.1，0.5，1.0，2.0，4.0，15.0μg/mL。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，绘制镍离子标准曲线的过程如下：

Y＝71710X-1223.0

式中：Y为浓度，X为光度值，r＝0.9999。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，计算处理后溶液中镍离子的总浓度的步骤如下：

m＝n×V/d

式中：m为镍离子每天释放的质量数值，单位μg；

n为处理后溶液的镍离子浓度，单位ug/mL；

V为处理后溶液的总体积，单位mL；

d为处理天数。