针对钛合金3D打印医疗器械技术特点的综合性能评价和风险.ppt

1、王春仁 M.D.生物材料与组织工程室, 中国食品药品检定研究院,新型医用耗材研究 进展和分类原则,内容提要 一、生物材料产业介绍 二、新型生物材料器械 三、3D打印医疗器械 四、器械分类原则,一、产业现状,我国药品和医疗器械消费比例为10:7，发达国家1:1。 医疗器械是低能耗、低污染、高利润和高附加值产品。 世界医疗器械年增长在5-8%。 中国13-15%。,产业现状,全国医疗器械企业13141家 17%三类医疗器械 57%为二类医疗器械 26%为一类医疗器械,产业现状,生物材料类医疗器械约占40%。 光机电类医疗器械占45%。 体外诊断试剂15%。,产业现状,医疗器械 生物材料 2000年

2、： 1726亿美元， 200亿美元 2003年： 2193亿美元， 560亿美元 2005年： 3000亿美元， 967亿美元 2008年： 3250亿美元， 1301亿美元 2009年： 3553亿美元， 1464亿美元 2012年： 4494亿美元， 1850亿美元 2015-2020 年预计年增长12%,二、新型生物材料器械的研究方向,1、介入器械 （1）介入血管内降解支架 镁合金支架， 聚乳酸支架， 铁降解支架。,1、介入器械 （2）介入心脏瓣膜,几种常见的介入式生物瓣膜,a b c 介入式生物瓣植入术中的释放过程 a 输送导管将介入式生物瓣输送到病变瓣膜位置 b 从输送导管上开始释放

3、介入式生物瓣 c 释放后，撤出输送导管,1、介入器械 （3）射频消融导管 （4）药物球囊导管 （5）血管栓塞微球 （6）左心耳封堵器,2 新型无增塑剂材料 （1）新型无毒增塑剂 增塑剂DEHP 代用品的研究, 如苯甲酸酯类、环氧酯类、柠檬酸酯类、己二酸酯类等。 （2）热塑性弹性体 如乙烯醋酸乙烯酯共聚物（ethylvinyl acetate，EVA）、聚烯烃（PE、PP）、聚氨酯、硅树脂、TPU以及这些材料的共混物和多层复合材料。 （3）新型加工工艺 复合材料加工技术，多层挤压技术。,3 纳米材料和器械 纳米生物材料: 是指以医疗为目的，和生物系统相作用，用于诊断、治疗、修复或替换机体中的组织

4、、器官或增进其功能的纳米材料。 纳米材料的尺寸: 0.1nm-100nm。 纳米金属材料：纳米银, 纳米银敷料、凝胶。 纳米高分子材料：纳米乳胶。 纳米陶瓷材料：纳米羟基磷灰石。 纳米复合材料：纳米银导尿管。,4 含药组合器械 （1）含药血管支架 （2）含抗生素骨水泥 （3）肝素涂层血管导管 （4）磺胺嘧啶敷料、纳米银敷料,4 再生医学生物材料 牙组织再生材料：Bio-Gide, Bio-Oss 骨诱导再生材料: 含BMP骨诱导材料 组织诱导再生膜：胶原膜、PLA膜 神经再生导管：壳聚糖、胶原材料,5 原位凝胶产品 即在位凝胶，是一类以溶液状态给药后，能在用药部位立即发生相转变，由液态转化形成

5、非化学交联半固体凝胶的制剂。 原位凝胶分为温度敏感型、pH 敏感型以及离子敏感型等。 原位凝胶可应用于皮肤、眼部、鼻腔、口腔、阴道、直肠等多种途径给药。在美容、组织填充、组织工程等方面的应用。,6 其他组合器械 1 无针头注射器 2 胰岛素泵 3 体外心脏辅助装置 4 神经刺激电极,6 可降解生物材料及其制品 （1）金属材料： 镁合金 （2）生物降解陶瓷为- 磷酸三钙 （3）天然生物材料：胶原蛋白、纤维素、透明质酸钠、海藻酸钠、壳聚糖 （4）合成材料：聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸(PGA) 和它们的共聚物PLGA （5）复合材料：,三、3D打印医疗器械质量控制要点,市场现状 中国:0 欧美: 预

6、期产品类型 定型产品批量生产 （复杂结构、特征多孔结构） 个性化产品 逆向工程学+3D打印,个性化髋关节臼杯,商业化臼杯类产品,个性化下颌骨植入体,1. 3D打印医疗器械产品风险性分析,2. 基于现行行业标准的方法学验证和性能分析,原料性能分析,显微结构的各向异性 力学性能的各向异性,材料生长方向（Z轴）,三维电脑模型,3D打印,尺寸精确性 加工参数，不同加工位置，辅助结构设计，应力形变等,缺陷分析：孔隙和裂纹 加工参数选择，不同加工位置，摆放方式，应力集中等,孔隙率差异,开裂和变形示例,未完全烧结粉末 后处理方式，评价方法,电化学抛光前,电化学抛光后,生物相容性评价方法,二维组织切片,三维结

7、构重建,钛合金3D打印医疗器械,1 基于现行行业标准的方法学验证和产品安全性评价 2 针对钛合金3D打印医疗器械技术特点的综合性能评价和风险 原材料性能研究 3D打印钛合金材料 加工位置、摆放方向对材料显微结构、力学性能和孔隙以及裂纹等缺陷的影响和评价方法的建立。 理化性能稳定性分析。 3D打印钛合金医疗器械性能 同型号产品不同部位，或是同炉不同高度部位取样的显微结构、化学成分分析。 同型号产品不同典型表面粗糙度分析，表面形貌分析。 使用性能和安全性评价: 散粉清除效果、尺寸精确度、力学性能以及生物相容性分析。 缺陷分析： 裂纹以及孔隙评价。,聚乳酸3D打印血管支架：,材料鉴别和化学性能：成型

8、前后材料成分差异；并对成型后产品的溶剂残留进行分析。 使用性能：尺寸、机械性能以及轴向收缩率，径向收缩率，柔顺性。初步探索批量生产产品性能稳定性。 体外降解性能：设计并验证合理的体外降解实验方法，对产品的降解性能进行科学评价。 药物涂层性：药物涂层的及其降解性能的综合评价。 生物相容性：生物相容性和体内降解性能。,四 分类原则,管理分类：按风险程度由低到高，医疗器械的管理类别依次分为第一类（类），第二类（类）和第三类（类）。,判定医疗器械分类，依据其预期目的，通过结构特征、是否接触人体(时间)、使用形式、使用状态依次逐级归类进行: 1 根据结构特征的不同，分为无源医疗器械和有源医疗器械； 2

9、根据是否接触人体，分为接触人体器械和非接触人体器械； 3 根据不同的结构特征和是否接触人体，医疗器械的使用形式包括以下情形： 无源接触人体器械：液体输送器械、改变血液体液器械、医用敷料、侵入器械、重复使用手术器械、植入器械、避孕和计划生育器械、其他无源接触人体器械； 无源非接触人体器械：护理器械、医疗器械消毒清洁器械、其他无源非接触人体器械； 有源接触人体器械：能量治疗器械、诊断监护器械、液体输送器械、电离辐射器械、有源植入器械、其他有源接触人体器械； 有源非接触人体器械：检验室仪器设备、独立软件、医疗器械消毒灭菌设备、其他有源非接触人体器械；,无源接触人体器械：根据使用时限分为暂时使用、短期

10、使用、长期使用； 接触人体的部位分为皮肤或腔道（口）、创伤或组织、血液循环系统或者中枢神经系统； 1.暂时：医疗器械预期的连续使用时间在24小时以内； 2.短期：医疗器械预期的连续使用时间在24小时（含）以上、30日以内； 3.长期：医疗器械预期的连续使用时间在30日（含）以上； 4.连续使用时间：医疗器械按预期目的，不间断的实际作用时间；根据临床需要，使用未改变预期目的的同种医疗器械替换时，仍然应视为“连续使用”,1 如果同一医疗器械适用两个或两个以上的分类，应当采取最高分类；由多个医疗器械组成的医疗器械包，其分类应当与包内分类最高的医疗器械分类一致； 2 符合医疗器械定义的医疗器械附件，其分类应当综合考虑其对配套的主体医疗器械安全性、有效性的影响； 3 监控或者影响医疗器械主要功能的医疗器械，其分类与被监控、影响的医疗器械的分类一致； 4 以医疗器械作用为主的药械组合产品，按照第三类医疗器械管理；,5 无菌提供的医疗器械，其管理类别不应低于第二类； 6 医