王書晗 彭俊 柯浩奇 劉洪偉 徐良

1 深圳市藥品檢驗(yàn)研究院（深圳市醫(yī)療器械檢測(cè)中心） （廣東 深圳 518057）2 深圳市醫(yī)療器械產(chǎn)品檢測(cè)公共服務(wù)平臺(tái) （廣東 深圳 518057）

內(nèi)容提要： 通過對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行體外降解的模擬試驗(yàn)，對(duì)其降解產(chǎn)物進(jìn)行了定性和定量的分析，研究表明，TC4鈦合金中的Al、V、Fe均在人體可接受水平范圍內(nèi)，對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生毒副作用。

醫(yī)用TC4鈦合金具有低的彈性模量、良好的生物相容性和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，在臨床上獲得了廣泛的應(yīng)用，如硬組織替換、血管支架及各種矯形器械等[1]。但是由于Al，V元素具有潛在的細(xì)胞毒性[2,3]，因此不含Al、V元素的新型鈦合金應(yīng)運(yùn)而生。本文對(duì)TC4鈦合金體外降解進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)其降解產(chǎn)物進(jìn)行了定性和定量的分析，對(duì)評(píng)價(jià)TC4鈦合金醫(yī)療器械的生物性能有重要意義。

1.試驗(yàn)材料和方法

1.1 體外降解試驗(yàn)

依據(jù)GB/T 16886.15-2003《醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià) 第15部分：金屬與合金降解產(chǎn)物的定性與定量》，對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行檢測(cè)，所采用TC4材料為Φ10×1mm圓片狀樣品，其化學(xué)成分見表1。

表1. TC4鈦合金化學(xué)成分(Wt.%)

移取600mL試驗(yàn)液（0.9%的氯化鈉水溶液）于五口電解池中，將電解池保持在37?C。輔助電極為鉑電極，參比電極使用飽和甘汞電極（SCE），試驗(yàn)開始之前，以100cm3/min的速度向電解池中充入高純氮?dú)?0min，以降低電解質(zhì)中的含氧量并在試驗(yàn)的全程通氮?dú)狻?/p>

將工作電極浸入試驗(yàn)池至少2h后，立即測(cè)量開路電勢(shì)，該電勢(shì)用來作為測(cè)量動(dòng)態(tài)電勢(shì)的起始電勢(shì)。掃描速度為1.0mVS-1。在電勢(shì)/電流曲線上記錄至最高電勢(shì)2000mV，以評(píng)價(jià)樣品的過鈍化區(qū)范圍。為確保一致性，再反向掃描，回到開路電勢(shì)，然后重復(fù)試驗(yàn)，再掃描至2000mV。以獲得一致的電勢(shì)/電流曲線，由此得到樣品的裂解電勢(shì)Ep。選擇一新的試驗(yàn)樣品施加恒定電勢(shì)，記錄電流/時(shí)間曲線，使用該電解液測(cè)試樣品的降解產(chǎn)物。

1.2 降解產(chǎn)物的定性和定量試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備：取Al標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000ppm）、V標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000ppm）、Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000ppm）、Ti標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000ppm）分別1mL，用2%HNO3溶液定容至500mL，配成2ppm標(biāo)準(zhǔn)溶液。取各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（2ppm）分別0mL、0.25mL、0.5mL、1mL、2.5mL、5mL，用2%HNO3定容至100mL，配成濃度為0ppb、5ppb、10ppb、20ppb、50ppb、100ppb的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

樣品溶液的制備：加入2mLHNO3，利用樣品溶液定容至100mL。

1.3 儀器設(shè)備

電化學(xué)測(cè)量系統(tǒng)（型號(hào)：PARSTAT 2273）電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（型號(hào)：X-Series2）。

2.結(jié)果與分析

圖1示出了實(shí)驗(yàn)樣品的陽極極化曲線，由圖1可見，測(cè)量2個(gè)平行樣品的裂解電勢(shì)，分別為Ep1=1.15V，Ep2=1.2V，取二者平均值作為最終裂解電勢(shì)Ep=1.175V，則用于測(cè)定降解產(chǎn)物的電勢(shì)應(yīng)為Ep+50mV=1.225V。選擇極化時(shí)間分別為1h，可得到圖2所示的電流/時(shí)間曲線。對(duì)該電解液中的電解產(chǎn)物進(jìn)行定性和定量的分析，可見表2。由表2計(jì)算可知，電解液中Al和Ti元素均未檢出，F(xiàn)e為3.3μg，V為1.2μg。

圖1. 1#試驗(yàn)樣品陽極極化曲線（b）2#試驗(yàn)樣品陽極極化曲線

圖2. 在定電勢(shì)下（1.225V）試驗(yàn)1h電流-時(shí)間曲線

表2. 電解液的ICP-MS試驗(yàn)結(jié)果

鋁非人體必須微量元素。由于鋁與老年癡呆癥有密切的聯(lián)系，在生物醫(yī)學(xué)材料中應(yīng)避免該元素的存在[4]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的評(píng)估，規(guī)定鋁的每日攝入量為0～0.6mg/kg。我國(guó)《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)GB2760-2011》中規(guī)定，鋁的殘留量要小于等于100mg/kg。釩屬于人體必須微量元素。釩在人體中能刺激骨髓造血、降血壓、促生長(zhǎng)，參與膽固醇和脂質(zhì)及輔酶代謝。缺釩會(huì)造成膽固醇高、生殖功能低下、貧血、心肌無力、骨骼異常等癥狀。金屬釩毒性很低，但釩化合物對(duì)人及動(dòng)物有中度或高度毒性[5]，釩在人體內(nèi)含量極低，體內(nèi)總量不足1mg。主要分布于內(nèi)臟，尤其是肝、腎、甲狀腺等部位，骨組織中含量也較高。人體對(duì)釩的正常需要量為100μg/d。鐵和鈦均無毒性，對(duì)人體沒有影響。由TC4鈦合金體外降解產(chǎn)物的定性和定量分析得知，TC4材料的降解產(chǎn)物不對(duì)人體產(chǎn)生毒副作用。