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| 增材制造技術(shù)在醫療器械領(lǐng)域的應用實(shí)現了骨科植入器械復雜的結構設計，如多孔結構、解剖部位匹配等，為骨科植入器械的生產(chǎn)工藝提供了新的選擇。然而，因工藝及原材料的改變，在采用金屬粉末的增材制造打印工藝過(guò)程中常會(huì )出現粉末熔融不徹底或打印完成后粉末在產(chǎn)品結構上附著(zhù)等情況，從而引入了新的生物學(xué)風(fēng)險。因此，為使產(chǎn)品具有良好的生物相容性，生產(chǎn)企業(yè)應為增材制造植入器械制定有效的清洗工藝過(guò)程，并建立保證清洗有效的清洗評價(jià)標準，對于采用后處理工藝的產(chǎn)品，還會(huì )有其他不溶顆粒物質(zhì)引入，因此對包括原材料粉末、噴砂介質(zhì)和其他碎屑的殘留不溶顆粒檢查是評價(jià)產(chǎn)品清洗工藝的一個(gè)重要指標。本文圍繞金屬增材制造骨科植入醫療器械，對其不溶顆粒殘留評價(jià)方法及相關(guān)影響因素進(jìn)行研究，并總結了對不溶顆粒殘留評價(jià)過(guò)程中應關(guān)注的技術(shù)問(wèn)題。 一、不溶顆粒殘留評價(jià)方法 目前對于不溶顆粒殘留的評價(jià)方法還沒(méi)有相適應的國家及行業(yè)標準，基于增材制造技術(shù)的工藝特征，目前可考慮采用的評價(jià)方法有光學(xué)檢查、顯微鏡檢查、Micro-CT檢查等。 （一）光學(xué)檢查法 若產(chǎn)品結構的單元晶格排列允許全厚度光透過(guò)，可測定重復單元晶格的多孔結構中殘留不溶顆粒的存在。 a) 對齊部件，使單元的常規開(kāi)放空間與光源和成像設備對齊。光源可以是燈臺或光纖燈； b) 使用顯微鏡聚焦功能確保開(kāi)放空間的清晰可視化。堵塞或封閉的孔隙將被遮蔽并且可能表明殘留的材料被困在晶格結構內； c) 可以對堵塞的孔隙進(jìn)行可見(jiàn)區域觀(guān)察。 （二）顯微鏡檢查 用體視顯微鏡、金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡觀(guān)察樣品。 a) 較薄的多孔結構（兩個(gè)孔徑及以下的厚度）可以進(jìn)行無(wú)損觀(guān)察�？赏ㄟ^(guò)體視顯微鏡、金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡直接觀(guān)察殘留不溶顆粒； b) 較厚的多孔結構內部可使用透明嵌入介質(zhì)嵌入，實(shí)現內部顆粒物固定，用標準金相分析的方法進(jìn)行切割，并通過(guò)金相顯微鏡或SEM圖像來(lái)量化殘留顆粒； 鑲嵌時(shí)應進(jìn)行確認，以確保不會(huì )在切割過(guò)程中引入鑲嵌介質(zhì)的松散不溶顆粒。用無(wú)齒鋸或線(xiàn)切割沿指定位置切割出檢驗平面，觀(guān)察是否殘留不溶顆粒附著(zhù)在器械上。 （三）Micro-CT檢查 在高度復雜的器械中存在殘留不溶顆粒，可采用Micro-CT評估。 a) 掃描分辨率應足夠高，以便能夠分辨出產(chǎn)品微孔結構； b) 掃描方法和一致性會(huì )極大地影響對不同零件或批次準確復制成像測試的能力。掃描方法和后處理應在相同設計和材料的樣本之間保持一致。應使用標準參考材料定期進(jìn)行掃描校準； c) 應使用標準化和經(jīng)過(guò)驗證的程序對掃描數據的閾值進(jìn)行處理，以最大限度地提高部件材料、殘留不溶顆粒與周?chē)橘|(zhì)之間的對比度，并使用經(jīng)過(guò)驗證的程序對可存在的偽影進(jìn)行去除。在對固體組分邊界處的閾值進(jìn)行處理期間需要特別注意。 我們對上述方法進(jìn)行了驗證研究，在研究的過(guò)程中發(fā)現，上述方法都具有相應局限性。光學(xué)檢查法僅能確認是否有殘留不溶顆粒存在，不用于表征材料是否完全固化在結構中，也無(wú)法確定在正常使用中是否容易脫落，這些方面的評價(jià)可采取其他分析方法；顯微鏡檢查法可觀(guān)察表面凹凸結構或金相平面的形貌，適合觀(guān)察微小結構，如多孔梁上附著(zhù)的微小未熔融顆粒。采用顯微鏡觀(guān)察，顯微圖像形貌應可明確區分產(chǎn)品結構和殘留不溶顆粒的特征。若使用透明嵌入介質(zhì)，應注意介質(zhì)的適用性，如介質(zhì)的可嵌入性；在采用Micro-CT檢查時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)應選擇與產(chǎn)品相適應的Micro-CT設備進(jìn)行檢測，應保證獲得清晰的圖像，為保證結果的準確性，可考慮如設備、圖像質(zhì)量等方面的要求。 對不溶顆粒殘留情況的評價(jià)需結合產(chǎn)品特點(diǎn)選擇相適應的評估技術(shù)，若上述方法不足以反映殘留不溶顆粒物去除情況應考慮采用其他評估技術(shù)進(jìn)行分析。 二、不溶顆粒殘留評價(jià)考慮因素 （一）產(chǎn)品結構的影響 產(chǎn)品結構決定了其是否存在不溶顆粒殘留，若為實(shí)體結構，不溶顆粒只存在于表面，清洗更容易去除；若為多孔結構，則多孔結構的孔徑、孔隙率、結構單元設計以及打印方式都會(huì )對產(chǎn)品孔隙結構的致密性產(chǎn)生影響，從而影響產(chǎn)品清洗的難易程度。因此，應結合產(chǎn)品結構和不溶顆粒形態(tài)、尺寸等特點(diǎn)，分析產(chǎn)品能清洗出殘留不溶顆粒的可能性。 （二）不溶顆粒殘留種類(lèi)的明確 清洗方法的確定取決于工藝引入的需清洗的物質(zhì)，因此對清洗效果及不溶顆粒殘留的評價(jià)應先明確工藝引入的不溶顆�；蛐滦纬傻牟蝗茴w粒，目前對于增材制造及后處理工藝產(chǎn)生在制造部件（器械）中的不溶顆粒物質(zhì)包括原材料粉末、噴砂介質(zhì)和其他碎屑等。這類(lèi)物質(zhì)不只游離在產(chǎn)品結構中，還可能因為工藝的原因與產(chǎn)品結構表面接合，可能在清洗過(guò)程中發(fā)生脫落，或在植入人體后脫落。原材料粉末通常為球形，尺寸分布窄，但經(jīng)燒結、熔化和后處理粉末顆粒的表觀(guān)形狀和尺寸會(huì )發(fā)生改變，通常在不溶顆粒殘留評價(jià)過(guò)程中很難將殘留的粉末材料與后處理和后續制造操作產(chǎn)生的顆粒物區分開(kāi)來(lái)。因此，生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行不溶顆粒殘留評價(jià)時(shí)，應該明確加工工藝過(guò)程中所引入的物質(zhì)，以及最終打印完成后可能殘留的物質(zhì)，針對其組成、形態(tài)等特征選擇與之相適應的不溶顆粒殘留評價(jià)方法。 （三）不溶顆粒殘留的分析研究 在明確和區分殘留不溶顆粒的種類(lèi)、大小、形態(tài)后，確定殘留不溶顆粒在產(chǎn)品中可能存在的部位，如由于金屬粉末粒徑小，粉末殘留可能會(huì )滯留在產(chǎn)品的內部結構中，或在構建期間緊鄰組件的粉末部分地燒結到表面。對殘留粉末與產(chǎn)品的接合情況進(jìn)行分析，包括游離粉末或非游離粉末，對非游離狀態(tài)的粉末殘留應進(jìn)行脫落風(fēng)險評價(jià)。若產(chǎn)品進(jìn)行清洗以后，發(fā)現無(wú)法將不溶顆粒殘留完全去除，則應對剩余不溶顆粒殘留是否會(huì )在產(chǎn)品植入人體后引發(fā)炎癥反應進(jìn)行分析，若不會(huì )引發(fā)反應，這些不溶顆粒殘留實(shí)際上也是可以接受的。 三、總結 對金屬增材制造骨科植入器械不溶顆粒殘留的去除是每個(gè)研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)和科研機構必須面對的問(wèn)題，通常金屬增材制造骨科植入器械的清洗過(guò)程是先利用高壓噴射的方式去除內部殘留未熔的金屬粉末，然后再利用高壓水沖擊方式或超聲波震蕩方式對剩余的金屬粉末進(jìn)行清洗，經(jīng)過(guò)多次清洗去除不溶顆粒。目前增材制造技術(shù)在醫療器械行業(yè)的日益突出，為有效降低金屬增材制造骨科植入器械臨床使用風(fēng)險，不斷完善相應生產(chǎn)質(zhì)量管理體系是對產(chǎn)品質(zhì)量的基本保證，建立科學(xué)、有效的清洗過(guò)程是對產(chǎn)品質(zhì)量保障的關(guān)鍵環(huán)節。 對不溶顆粒殘留的評價(jià)可用于對清洗效果的評價(jià)，生產(chǎn)企業(yè)既需根據產(chǎn)品特點(diǎn)判定不溶顆粒殘留評價(jià)方法的適用性，還需確認不溶顆粒殘留評價(jià)方法對其識別是否有效。結合金屬增材制造骨科植入器械的結構特點(diǎn)及現有的清洗工藝，加快科學(xué)、有效、標準的不溶顆粒殘留評價(jià)方法的建立，一方面可用于引導生產(chǎn)企業(yè)解決相關(guān)技術(shù)瓶頸，另一方面幫助加強質(zhì)量體系的過(guò)程控制�？傊�，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量是降低產(chǎn)品臨床風(fēng)險的重要措施。 |
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