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CONSULTA A USUARIOS DE LA FEUM 2017-4 Página 1 de 16 DISPOSITIVOS MÉDICOS
COMENTARIOS Con fundamento en el numeral 4.11.1 de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SSA1-2010, se publica el presente proyecto a efecto de que los interesados, a partir del 1º de noviembre y hasta el 31 de diciembre de 2017, lo analicen, evalúen y envíen sus observaciones o comentarios en idioma español y con el sustento técnico suficiente ante la CPFEUM, sito en Río Rhin número 57, colonia Cuauhtémoc, código postal 06500, Ciudad de México. Fax: 5207 6890 Correo electrónico: [email protected].
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MONOGRAFÍA NUEVA
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PRUEBAS DE BIOCOMPATIBILIDAD (APÉNDICE INFORMATIVO) IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE PRODUCTOS DE DEGRADACIÓN DE METALES Y ALEACIONES
1. ALCANCE Este apéndice proporciona guías respecto a requerimientos generales
para el diseño de pruebas para identificación y cuantificación de
productos de degradación de dispositivos médicos metálicos
terminados o muestras de material correspondiente terminada como
listas para uso clínico. Es aplicable únicamente para aquellos
productos de degradación generados por alteración química del
dispositivo metálico terminado en una prueba de degradación
acelerada in vitro. Debido a la naturaleza acelerada de estas pruebas,
los resultados de prueba pueden no reflejar el comportamiento del
material o implante en el cuerpo. Las metodologías químicas descritas
son un medio para generar productos de degradación para mayores
evaluaciones.
Este apéndice no es aplicable a los productos de degradación
inducidos por estrés mecánico aplicado.
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Nota: la degradación inducida mecánicamente, tal como el desgaste,
debe ser cubierta en el estándar específico del producto apropiado.
Donde los estándares grupales de producto proporcionan
metodologías específicas para el producto aplicable para la
identificación y cuantificación de productos de degradación, aquellos
estándares deben ser considerados.
Debido al amplio rango de materiales metálicos usados en
dispositivos médicos, se identifican técnicas analíticas específicas
para la cuantificación de productos de degradación. La identificación
de oligoelementos (< 10 - 6) contenidos en el metal o aleación
especifico no se aborda en este apéndice, ni sus requerimientos
específicos para niveles aceptables de productos de degradación se
proporcionan en este apéndice.
Este apéndice no aborda la actividad biológica de los productos de
degradación; vea en su lugar las clausulas aplicables al ISO 10993-1
e ISO 10993-17.
2. REFERENCIAS NORMATIVAS Los siguientes documentos normativos contienen provisiones que, en
referencia de este texto, constituye provisiones de este Estándar
Internacional. Para referencias fechadas, enmiendas subsecuentes a, o
revisiones de cualquiera de estas aplicaciones no aplican. Sin
embargo, grupos a acuerdos basados en este Estándar Internacional se
alientan a investigar la posibilidad de aplicar las ediciones más
recientes de los documentos normativos indicados a continuación.
Para referencias sin fecha, la última edición del documento normativo
referenciado aplica. Los miembros de ISO e IEC mantienen registro
de Estándares Internacionales validos en la actualidad.
ISO 3585, Vidrio de borosilicato 3.3 – Propiedades. ISO 3696, Agua para uso de laboratorio analítico – Métodos de
especificación y de prueba.
ISO 8044, Corrosión de metales y aleaciones – Términos básicos y
definiciones.
ISO 10993-1, Evaluación biológica de dispositivos médicos – Parte
1: Evaluación y prueba dentro de un proceso de gestión de riesgos.
ISO 10993-3, Evaluación biológica de dispositivos médicos – Parte
9: Marco de referencia para la identificación y cuantificación de
productos de degradación potenciales.
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ISO 10993-12, Evaluación biológica de dispositivos médicos – Parte
12: Preparación de muestra y materiales de referencia.
ISO 10993-13, Evaluación biológica de dispositivos médicos – Parte
13: Identificación y cuantificación de productos de degradación de
dispositivos médicos poliméricos.
ISO 10993-14, Evaluación biológica de dispositivos médicos – Parte
14: Identificación y cuantificación de productos de degradación de
cerámica.
ISO 10993-16, Evaluación biológica de dispositivos médicos – Parte
16: Diseño del estudio de toxicoxinética de productos de degradación
y lixiviables.
3. TÉRMINOS Y DEFINICIONES Por los propósitos de este apéndice, los términos y definiciones
proporcionados en el ISO 8044, ISO 10993-1, ISO 10993-9, ISO
10993-12 y lo siguiente, aplican.
Aleación: material compuesto de un elemento metálico con una o más
adiciones de otros elementos metálicos y/o no metálicos.
Electrolito: solución conteniendo iones con la capacidad de conducir
corriente eléctrica.
Potencial del circuito abierto: Potencial de un electrodo medido con
respecto a un electrodo de referencia u otro electrodo cuando no fluye
corriente hacia o por él.
Potencial del límite pasivo: Ea potencial de electrodo del límite
positivo del rango pasivo. Véase figura 1.
Potencial de ruptura: Ep potencial de electrodo crítico por encima
de donde se encuentra ocurriendo o localiza corrosión transpasiva.
Véase figura 1.
4. MÉTODOS DE PRUEBA DE DEGRADACIÓN 4.1. General Para identificar y cuantificar los productos de degradación a partir de
metales y aleaciones en dispositivos médicos, se describe una
combinación de dos procedimientos. La elección del procedimiento
de prueba debe ser justificada acorde a la función del dispositivo
médico. El primer procedimiento descrito es una combinación de una
prueba potenciodinámica y una prueba potencioestática. El segundo
procedimiento descrito es una prueba de inmersión.
La prueba potenciodinámica es usada para determinar el
comportamiento electroquímico general del material bajo
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consideración y determinar algunos puntos específicos (Ea y Ep) en la
curva de potencial/densidad de corriente.
La prueba de inmersión es usada para degradar químicamente el
material de prueba para generar productos de degradación a ser
analizados.
Existe la posibilidad de pérdida de una capa de un sustrato metálico
debido a la degradación, los productos de degradación potenciales del
material de sustrato deben ser considerados, así como la capa misma.
En adición, si un sustrato metálico abrigado con un material no
metálico es probado, los requerimientos del ISO 10993-13 y/o ISO
10993-14 deberán considerarse en orden de determinar los productos
de degradación potenciales de la capa.
Los productos de degradación identificados y cuantificados forman
las bases para evaluación de respuesta biológica y, de ser apropiados,
estudios toxicocinéticos acorde con el ISO 10993-16.
4.2. Prerrequisitos Las tasas de reacciones de degradación electroquímica son sensibles
a variaciones pequeñas en condiciones de prueba, instrumentación,
condiciones de muestra y preparación. Por ello, las pruebas de
degradación electroquímica deberán llevarse a cabo en un laboratorio
equipado apropiadamente por personal experimentado y calificado.
Esto incluye el mantenimiento apropiado y calibración del equipo de
prueba. Los métodos y condiciones de operación del equipo deberán
ser validados también.
Nota: el cumplimiento de las condiciones de prueba para estabilidad,
tiempo de encendido, etc., puede demostrarse por conformidad 1).
5. PREPARACIÓN DE REACTIVOS Y MUESTRA 5.1. Documentación muestra La composición general del material(es) bajo prueba deberá ser
documentada.
5.2. Solución de prueba (electrolito) La solución de prueba (electrolito) a ser usada deberá ser apropiada
para el uso intencionado del dispositivo médico. Todos los químicos
deberán ser de grado analítico y ser disueltos en agua de grado 2
acorde con el ISO 3696.
La primera elección para el electrolito deberá ser una solución acuosa
isotónica de 0.9 % de cloruro de sodio. Otros electrolitos pueden ser
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usados, tales como saliva artificial o plasma artificial. Los ejemplos
de composiciones alternativas son proporcionados en el Anexo C.
En el reporte de prueba la elección del electrolito debe ser justificada.
Si se utiliza algo en lugar de la solución acuosa al 0.9 % de cloruro de
sodio, el pH del electrolito deberá ser especificado.
5.3. Preparación de muestra de prueba 5.3.1. Muestras de prueba La sensibilidad de las pruebas de degradación química está
relacionada a la variación en la composición del material, al
procesamiento del material, y a los procedimientos de acabado. El
procedimiento de muestreo, forma de la muestra y preparación de la
superficie son críticos. Las muestras deberán ser representativas de
los dispositivos terminados.
5.3.2. Muestreo Para cada prueba química, se deben preparar por lo menos dos
muestras como se especifica en el ISO 10993-12. Si se encuentran
desviaciones sustanciales en los resultados de prueba, las razones para
la desviación deberán ser determinadas, y se deberán probar más
muestras.
Si la muestra metálica tiene propiedades anisotrópicas debido a
condiciones de fabricación, se deberán incluir pruebas involucrando
exposición de superficie singular con muestras de corte paralela en
direcciones de fabricación transversal y longitudinal.
5.3.3. Forma de muestra Las muestras estándar, ya sean barras de sección circular o
rectangular, planas o una superficie libre singular pueden usarse para
pruebas de degradación si son preparadas en una forma comparable al
dispositivo medico representativo. Las muestras de componentes del
dispositivo pueden ser de cualquier forma y condición, sin embargo,
la prueba deberá llevarse a cabo bajo condiciónes bien controladas
que deberán reportarse.
El área de superficie de la muestra expuesta al electrolito deberá
determinarse a una certeza mayor al 10 % del área geométrica total
para asegurar una determinación certera y repetible de las tasas de
degradación.
5.3.4. Condición de la superficie de la muestra
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Debido a que la condición de la superficie del material puede afectar
su comportamiento electroquímico, la condición de la superficie de la
prueba deberá ser idéntica a la del dispositivo médico terminado y
deberá describirse en el reporte de prueba. Para comparar los
resultados de prueba de materiales diferentes, las condiciónes de las
superficies de las muestras de prueba deberán ser las mismas.
6. PRUEBAS ELECTROQUÍMICAS 6.1. Aparato 6.1.1. Celdas de prueba de vidrio de borosilicato, en tamaños
apropiados, acorde con ISO 3585, con medios de control para
la temperatura del baño dentro de ± 1°C.
6.1.2. Potenciostato de escaneo con un rango potencial de ± 2 V y
un rango de salida de corriente de 10-9 a 10-1 A.
6.1.3. Instrumento de medición de potencial con una impedancia
de entrada alta (> 1011 Ω) y una sensibilidad y precisión para
detectar un cambio de 1 mV sobre un rango potencial entre ±
2 V.
6.1.4. Instrumento de medición de corriente capaz de medir una
corriente de ± 1 % del valor absoluto sobre un rango de
corriente entre 10-9 A y 10-1 A.
6.1.5. Electrodo trabajando (muestra de prueba). 6.1.6. Contraelectrodo(s) tales como de platino (reja, placa o cable)
o de carbono vítreo con un área de por lo menos 10 veces de la
del electrodo de trabajo.
6.1.7. Electrodo de referencia. 6.1.8. Medidor de pH con una sensibilidad de ± 0.1. Un diagrama esquemático del circuito de medición electroquímica
que puede ser usado como un sistema con potencial variable es
proporcionado en el Anexo A.
Un dibujo esquemático de una celda electrolítica es proporcionado en
el Anexo B.
6.2. Preparación de la muestra Montar la muestra de prueba en un sujetador de electrodo sobre el
agua, de tal forma que únicamente la superficie de prueba esté en
contacto con el electrolito. Tener precaución para evitar la creación
de condiciones donde la corrosión de la hendidura puede ocurrir
debido a la formación de un orificio entre la montura y la muestra.
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Antes de realizar la prueba, es necesario limpiar el espécimen
ultrasónicamente entre 10 a 15 minutos en etanol, rociar
cuidadosamente con agua de grado 2 acorde con ISO 3696 e
inmediatamente transferirla a la celda de prueba.
6.3. Condiciones de la prueba Llenar la celda de prueba con la solución de prueba (electrolito). Si el
comportamiento electroquímico es sensible a la temperatura en el
rango de 10 °C a 50 °C, mantener la celda del electrolito a 37 ± 1 °C.
Reducir el nivel de oxígeno en el electrolito burbujeando nitrógeno
libre de oxígeno o argón a una tasa de aproximadamente 100 cm3·min-
1 por no menos de 30 minutos antes de iniciar la prueba. El electrolito
deberá ser agitado por gas burbujeante o por medios mecánicos para
evitar los gradientes de concentración. Si se utiliza la agitación del
gas, procurar que no haya burbujas de gas adheridas a la superficie de
prueba activa.
Los agitadores magnéticos regularmente interfieren con las celdas de
prueba electroquímicas. Si son utilizados, su efecto en la celda de
prueba deberá determinarse como parte de la validación del equipo de
prueba, véase 4.2.
6.4. Mediciones potenciodinámicas Medir el potencial de circuito-abierto a no menos de 2 horas después
de la inmersión del electrodo de trabajo. Este potencial deberá ser el
potencial inicial para las mediciones potenciodinámicas. La velocidad
de barrido deberá ser de 1.0 mV·s-1, excepto en pruebas donde la
velocidad de barrido tiene poco efecto, donde la prueba puede ser
acelerada incrementando la velocidad de barrido a 10 mV·s-1.
Registrar la curva de potencial/densidad de corriente hasta un máximo
de 2000 mV o una densidad de corriente máxima de 1.0 mA·cm-2, lo
que se alcance primero, para evaluar el rango transpasivo de la
muestra (véase figura 1). Para asegurar consistencia, invertir el
escaneo y continuar de regreso por lo menos al potencial de circuito
abierto. Repetir entonces la prueba hasta 200 mV o 1.0 mA·cm-2. Si
la curva no es reproducible, continuar ciclando 5 a 10 veces. Si las
curvas de potencial/densidad de corriente consistentes no son
alcanzadas después de 5 a 10 ciclos, investigar las causas posibles
tales como la configuración de la prueba, función del electrodo,
propiedades del material innatas, etc. El logaritmo de las curvas de
densidad de corriente/potencial deberá registrarse también (véase
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figura 2). Registrar el potencial de ruptura (Ep) a partir del último ciclo
tomado (véase figura 1).
Los metales nobles pueden comportarse diferente a metales pasivos
durante una prueba electroquímica. Por ellos, se debe tomar
precaución en la determinación de potencial de ruptura (Ep) a partir de
sistemas metálicos diferentes.
6.5. Mediciones potencioestáticas Este método permite la determinación cualitativa y cuantitativa de
productos de degradación que pueden ser disueltos en el electrolito.
Mantener una nueva muestra de prueba a un potencial de electrodo
constante durante el tiempo de prueba, registrar entonces la curva de
densidad de corriente/tiempo. El potencial usado para determinar los
productos de degradación deberá ser el potencial de ruptura (Ep) + 50
mV. Dependiendo del material estudiado, la duración de la
polarización deberá ser de 1 h o 5 h y deberá ser reportada. Medir y
registrar el volumen del electrolito para usarse en cálculos futuros.
7. PRUEBA DE INMERSIÓN 7.1. Aparatos 7.1.1. Celdas de prueba de vidrio de borosilicato, de tamaños
apropiados, acorde con el ISO 3585, con un medio de control
de la temperatura del baño dentro de ± 1 °C.
Medidor de pH con una sensibilidad de ± 0.1. Figura 1. Gráfico de densidad de corriente contra potencial,
mostrando el inicio de la corriente de corrosión en Ea y potencial de
ruptura, Ep.
(véase Sección de figuras al final de este documento)
Figura 2. Gráfico de log de densidad de corriente contra potencial
mostrando el potencial de ruptura, Ep, en el punto de inflexión de la
curva.
(véase Sección de figuras al final de este documento)
7.2. Preparación de la muestra La muestra de prueba deberá ser colocada en un contenedor de vidrio
separado. El tamaño del contenedor de vidrio deberá ser seleccionado
de tal forma que el volumen del electrolito de 1 mL/cm2 de la
superficie de la muestra cubra la totalidad de la muestra(s).
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No comprometer los datos a través de contaminación biológica. Por
ejemplo, el electrolito puede requerir ser preparado bajo condiciones
asépticas.
Nota: el área de superficie y volumen del electrolito deberán ser
suficientes para el método intencionado de análisis (véase clausula 8).
Se debe tener cuidado para que las muestras no toquen la superficie
de vidrio excepto en una línea de soporte mínima o punto. Si la
muestra de prueba es pequeña, el radio del área/volumen de superficie
apropiado puede no ser alcanzable con una muestra de prueba
singular. Por ello, la muestra de prueba debe conformarse por dos o
más piezas, las piezas no deben tocarse la una a la otra.
7.3. Procedimiento de prueba de inmersión Medir el pH del electrolito conteniendo la muestra de prueba al inicio
de la prueba. Cerrar firmemente la celda de prueba para prevenir la
evaporación y mantener a 37 ± 1 °C por 7 ± 0.1 días. Posteriormente
remover la muestra y medir el pH del electrolito residual.
8. ANÁLISIS Observar y registrar la condición de la muestra de prueba bajo
microscopía de baja potencia/resolución (> 50 x) y registrar cualquier
cambio significativo a la superficie. De ser apropiado, se pueden
realizar mayores análisis detallados de la superficie.
Después de cada experimento, realizar un análisis cualitativo y
cuantitativo del electrolito usando un método de sensibilidad
adecuada (por lo menos de 1.0 × 106 por absorción atómica, ICP, o
espectroscopia de masas por ejemplo). Registrar los constituyentes
composicionales por encima de los límites de cuantificación. Si se
identifican constituyentes potencialmente peligrosos biológicamente,
pueden ser necesarios otros análisis analíticos. En adición, cualquier
depósito en el contraelectrodo deberá ser tomado en cuenta en el
análisis.
9. REPORTE DE PRUEBA El reporte de prueba deberá contener por lo menos los detalles
siguientes:
a) Identificación completa de la muestra de prueba, incluyendo
composición química;
b) Radio de área de superficie expuesta de la muestra al volumen del
electrolito;
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c) Composición y pH (con una incertidumbre de ± 0.1) del electrolito
y una descripción del electrodo de referencia o natural para la
prueba electroquímica;
d) pH de composición, inicial y final del electrodo para la prueba de
inmersión;
e) Temperatura del electrolito; f) Curva(s) de densidad de corriente contra potencial, opcionalmente
la curva de log de densidad de corriente contra potencial para
comparación;
g) Potencial de circuito abierto; h) Potencial de ruptura Ep y la densidad de corriente para el potencial
de ruptura;
i) Velocidad de barrido; j) Curva(s) de densidad de corriente contra tiempo y tiempo de
prueba total;
k) Comentarios breves respecto a las curvas (ejemplo, histéresis,
picos);
l) Descripción de cualquier cambio significativo de la superficie de
muestra y/o el electrolito;
m) Resultados de análisis de elementos de degradación en el
electrolito, incluyendo la tasa de degradación, registrada en
microgramos por centímetro cuadrado por hora (μg/cm2/h) para la
prueba electrostática o por siete días (μg/cm2/7 días) para la prueba
de inmersión;
n) Método de análisis químico del electrolito; o) Tipo de electrodo de referencia (todos los potenciales deberán ser
referenciados al electrodo de hidrógeno normal (NHE)):
p) Nombre del investigador; q) Fecha(s) de investigación; r) Firma del investigador. Anexo A (Informativo) Diagrama esquemático del circuito de medición electroquímico
Figura A.1. Diagrama esquemático de circuito de medición
electroquímica
(véase Sección de figuras al final de este documento)
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Anexo B (Informativo) Dibujo esquemático de una celda electrolítica
Figura B.1. Dibujo esquemático de una celda electrolítica.
(véase Sección de figuras al final de este documento)
Anexo C (Informativo) Ejemplos de electrolitos alternativos para las pruebas
electroquímicas
C.1 General Todos los químicos deben ser de grado analítico y estar disueltos en
agua de alta pureza, grado 2 acorde con el ISO 3696. Se debe tomar
precaución para evitar la precipitación cuando se preparan estas
soluciones.
C.2 Saliva artificial (ver (2)) Na2HP04.................................................... 0.260 g/L NaCI.......................................................... 0.700 g/L KSCN........................................................ 0.330 g/L KH2P04...................................................... 0.200 g/L NaHCO3.................................................... 1.500 g/L KCI............................................................ 1.200 g/L C.4 Plasma artificial (ver (2)) NaCI............................................................ 6.800 g/L CaCI2........................................................... 0.200 g/L KCI.............................................................. 0.400 g/L MgS04.......................................................... 0.l 00 g/L NaHCO3....................................................... 2.200 g/L Na2HPO4...................................................... 0.126 g/L NaH2PO4...................................................... 0.026 g/L Bibliografía 1) ASTM G 5-94, Reference Test Method for Making Potentiostatic
and Potentiodynamic Anodic Polarization Measurements.
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2) AFNOR NF 91 -141 G 5-94, Biodegradability of dental metal
alloys - Standardization of electrochemical test.
3) IS0 10993-17, Biological evaluation of medical devices - Part 17:
Establishment of allowable limits for leachable substances using
health-based risk assessment.
4) IS0 10271, Dental metallic materials - Corrosion test methods. *Para una mejor comprensión de su solicitud adjunte bibliografía u otros documentos que sustenten sus comentarios.
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SECCIÓN DE FIGURAS
NOTA Ep es determinado por extrapolación de la parte lineal de la curva de oxidación a la densidad de corriente cero.
Figura 1. Gráfico de densidad de corriente contra potencial, mostrando el inicio de la corriente de corrosión en Ea y potencial de ruptura, Ep.
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Figura 2. Gráfico de logaritmo de densidad de corriente contra potencial mostrando el potencial de ruptura, Ep, en el punto de inflexión de la curva.
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Figura A.1. Diagrama esquemático de circuito de medición electroquímica.
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Figura B.1. Dibujo esquemático de una celda electrolítica.