GB/T 46147-2025 医疗器械生物学评价 纳米颗粒脱落和释放测量 颗粒跟踪分析法

　　ICS 11. 040.40 CCS C 45

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 46147—2025

　　医疗器械生物学评价

　　纳米颗粒脱落和释放测量

　　颗粒跟踪分析法

　　Biologicalevaluation ofmedicaldevices—Measurementofshed and

　　released nanoparticles—Particletracking analysis

　　2025-08-29发布 2026-09-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 46147—2025

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 原理 2

　　5 仪器与试剂 2

　　6 实验步骤 3

　　7 PTA可接受标准 6

　　8 测试报告 6

　　附录 A (资料性) 测量流程图 7

　　附录 B (资料性) 含纳米银敷料脱落和释放样品中纳米银颗粒粒度和数量浓度测量示例 8

　　附录 C (资料性) 粒径检测下限 10

　　参考文献 11

　　Ⅰ

　　GB/T 46147—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由国家药品监督管理局提出 。

　　本文件由全国医疗器械生物学评价标准化技术委员会(SAC/TC248)归 口 。

　　本文件起草单位 : 国家纳米科学中心 、合肥鸿蒙标准技术研究院有限公司 、泰州飞荣达新材料科技有限公司 、中国食品药品检定研究院 、四川大学 、四川医疗器械生物材料和制品检验中心有限公司 、国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心 、北京大学口腔医院口腔医疗器械检验中心 、北京市科学技术研究院分析测试研究所(北京市理化分析测试中心) 、西南交通大学 。

　　本文件主要起草人 :吴美玉、刘颖、刘艳丽、丁荣、王小蕾、袁暾、陈宽、徐永祥、高原、刘伊、陈亮、屈树新、闵玥 、华放 、梁洁 、吴晓春 、葛广路 、谢黎明 。

　　Ⅲ

　　GB/T 46147—2025

　　医疗器械生物学评价

　　纳米颗粒脱落和释放测量

　　颗粒跟踪分析法

　　1 范围

　　本文件描述了医疗器械中颗粒脱落和释放样品制备方法 、脱落和释放介质中纳米颗粒的粒度 、粒度分布及数量浓度的颗粒跟踪分析方法 。

　　本文件适用于医疗器械(含纳米材料医疗器械)中脱落和释放纳米颗粒的粒度分布和数量浓度表征分析 , 医疗器械中其他尺寸颗粒的脱落或释放测量也可参考本文件 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法

　　GB/T 30544. 1 纳米科技 术语 第 1部分 :核心术语

　　GB/T 30544. 4 纳米科技 术语 第 4部分 :纳米结构材料

　　GB/T 30544. 6 纳米科技 术语 第 6部分 :纳米物体表征

　　GB/T 42348 粒度分析 颗粒跟踪分析法(PTA)

　　中华人民共和国药典(2020年版)

　　3 术语和定义

　　GB/T 30544. 1、GB/T 30544. 4、GB/T 30544. 6 和 GB/T 42348界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　颗粒 particle

　　有明确物理边界的微小物质 。

　　注 1: 又称粒子 。

　　注 2: 物理边界也可描述为界面 。

　　注 3: 颗粒能够作为一个整体移动 。

　　注 4: 该通用颗粒定义适用于纳米物体 。

　　[来源 :GB/T 30544. 6—2016,2. 9] 3.2

　　纳米颗粒 nanoparticle

　　三个维度的外部尺寸都在纳米尺度的纳米物体 ,其最长轴和最短轴的长度没有明显差别 。

　　注 : 如果纳米物体最长轴和最短轴的长度差别显著(大于 3)时 ,采用术语纳米纤维或纳米片来表示纳米颗粒 。

　　[来源 :GB/T 30544. 4—2019,2. 4]

　　1

　　GB/T 46147—2025

　　3.3

　　粒度 particlesize

　　在指定测量条件下用特定的测量方法确定的颗粒的线性尺寸 。

　　注 : 不同的粒度分析方法基于对不同物理性质的测量 。无论实际测量的物理性质为何 ,结果给出的是颗粒的线性尺寸 。如 ,等效球形直径 。

　　[来源 :GB/T 30544. 6—2016,3. 1. 1] 3.4

　　粒度分布 particlesizedistribution

　　颗粒的分布与粒度之间的函数关系 。

　　注 : 粒度分布表示为累积分布或分布密度(在某尺寸区间内材料的分布除以该尺寸区间的宽度) 。

　　[来源 :GB/T 30544. 6—2016,3. 1. 2] 3.5

　　流体力学直径 hydrodynamicdiameter

　　与真实颗粒在该流体中具有相同扩散系数的颗粒的等效直径 。

　　[来源 :GB/T 30544. 6—2016,3. 2. 6] 3.6

　　颗粒跟踪分析 particle tracking analysis;PTA

　　激光照射到悬浮液中做布朗运动的颗粒 ,并利用单个颗粒的位置变化测量粒度的方法 。

　　注 1: 通过分析颗粒位置随时间的变化得到平移扩散系数 ,进而通过斯托克斯-爱因斯坦(Stokes-Einstein)方程计算流体力学直径作为粒度 。

　　注 2: 纳米颗粒跟踪分析(NTA)常被称作 PTA,NTA是 PTA 的一部分 , 因为 PTA涵盖了大粒度范围不仅仅是纳米尺度范围 。

　　[来源 :GB/T 42348—2023,3. 12] 3.7

　　黏度 viscosity

　　衡量液体流动或变形的阻力 。

　　[来源 :GB/T 42348—2023,3. 15]

　　4 原理

　　颗粒跟踪分析(PTA)技术利用激光光源照射颗粒悬浮液 ,通过光学显微镜观察和收集颗粒的散射光信号 ,对每一个颗粒的布朗运动进行轨迹追踪和记录分析 ,利用单位时间内颗粒的一维 、二维和三维平均空间位移 ,可获得样品溶液中颗粒的扩散系数 ;根据斯托克斯-爱因斯坦(Stokes-Einstein) 方程 ,获得流体力学直径 ,进而得到样品体系中颗粒的粒度信息 ,并由追踪颗粒数和已知的采样体积估算出颗粒的浓度 。

　　5 仪器与试剂

　　5. 1 仪器设备

　　主要测试仪器为 :

　　a) 颗粒跟踪分析仪 :配置单激光光源或多激光光源 、成像相机 ;配置温控单元 ,工作温度可测且可控 ,温度测量误差优于 ±3 ℃ ;

　　b) 溶出度仪 :配置溶出杯 、驱动装置 、恒温水浴或其他加热装置等组件 ;

　　2

　　GB/T 46147—2025

　　c) 磨损试验机 :配置运动控制系统 、力控制系统 、温控系统等 ,能够产生符合试验条件的角位移及相关载荷 ,运动频率可控 ;

　　d) 其他模拟脱落和释放试验用设备 : 可设置特定种类样品脱落和释放条件(如温度 、频率 、载荷等) 。

　　5.2 试剂或材料

　　5.2. 1 实验用水 : 除非另有说明 ,分析中使用的实验用水应符合 GB/T 6682规定的一级水 。

　　5.2.2 试验介质 :模拟脱落和释放试验中应按医疗器械的使用场景选用适合的介质 。

　　注 : 常用试验介质包括水 、生理盐水 、磷酸盐缓冲液 、模拟体液(SBF)等 。

　　6 实验步骤

　　6. 1 脱落和释放样品制备

　　6. 1. 1 通则

　　按特定类型医疗器械的临床使用方式建立相应的模拟脱落和释放试验方案进行样品制备 ,包括选择对应的模拟脱落和释放试验方法和介质 、温度 、往复频率 、力度 、角度 、时间等试验条件 。

　　6. 1.2 试验介质的选择

　　试验介质应符合最终产品的性质和临床使用目的 ,并满足相应医疗器械模拟脱落和释放条件 。 同时 ,所选介质应为与 待 测 颗 粒 具 有 不 同 折 射 率 、不 引 起 显 著 透 射 光 衰 减 的 透 明 介 质 , 且 与 PTA 装 置相容 。

　　6. 1.3 敷料类医疗器械脱落和释放样品制备

　　用于敷料类医疗器械颗粒脱落和释放样品制备的试验介质宜将 pH 调节为 7. 4±0. 2;试验温度宜设置为(32±1) ℃ 。试验方法按《中华人民共和国药典》(2020年版)中释放度方法的要求进行 。 可在以下三种方法中选择使用 。

　　a) 往复支架法 :用支架固定敷料样品 ,并将装有样品的支架悬挂固定在移动架上 ,使样品持续浸没在溶出杯的试验介质内 ,设定频率和幅度(宜设置为约 30次/min的往复频率 ,约 2 cm 的往复振幅)使其往复运动 ,在设定试验周期的 ±2%公差范围内取样 。

　　b) 桨碟法 :按《中华人民共和国药典》(2020年版) “溶出度与释放度测定法 ”中第四法(桨碟法)的规定要求进行 。将敷料样品平整固定于网碟中 ,使其与试验介质充分接触 ,设置转速后开始溶出计时 ,在设定试验周期的 ±2%公差范围内取样 。

　　c) 转筒法 :按《中华人民共和国药典》(2020年版) “溶出度与释放度测定法 ”中第五法(转筒法)的规定要求进行 。将敷料样品平整固定于转筒表面 ,确保释放面与试验介质充分接触 ,设置转速后开始溶出计时 ,在设定试验周期的 ±2%公差范围内取样 。

　　6. 1.4 骨科类医疗器械脱落和释放样品制备

　　用于骨科类医疗器械颗粒脱落和释放样品制备的试验介质宜将 pH 调节为 7. 4±0. 2,试验温度宜设置为(37±2) ℃ 。试验方法可使用机械磨损法 。机械磨损法的试验步骤宜为 :将骨科植入物样品以特定角度固定在磨损试验机等模拟假体运动装置上 ,并置于试验介质中 ,按植入物特性选择运动方式(活动自由度较大的髋关节等假体宜设置角运动顺序) ,设置对应的运行频率 、运动幅值 、载荷 、循环次数和周期等参数 ,假体在加载状态下运动 。在设定试验周期的 ±2%公差范围内取样 。

　　3

　　GB/T 46147—2025

　　6.2 PTA测试

　　6.2. 1 测试流程

　　PTA测试流程应包含设备初始化 、进样 、颗粒运动轨迹捕捉 、颗粒运动轨迹分析等过程 ,具体见附录 A。含纳米银敷料脱落和释放样品中纳米银颗粒粒度和数量浓度测量示例见附录 B。

　　6.2.2 待测样品上机准备

　　宜对 6. 1 中制备的待测样品溶液用相应的分散介质稀释至 106 个/mL~ 109 个/mL,平衡至室温后待测 。若出现严重干扰测量的大颗粒 ,可经 2 μm 的滤膜过滤去除大颗粒后待测 ,并宜对滤膜过滤大颗粒的方法进行方法学验证 。

　　6.2.3 仪器初始化

　　确认颗粒跟踪分析设备组件连接正常 ,依次打开仪器电源和检测软件 。仪器应开机后预热,宜在开机 5 min后待达到热平衡进行样品测量 。测量过程中样品温度变化应控制在 ±3℃以内 。

　　6.2.4 进样

　　将 6. 2. 3 中的待测样品溶液从低浓度向高浓度进行测试 。将样品以 自动或手动方式注入样品池 。样品池内的样品应保持稳定 ,避免较大的颗粒漂移和产生气泡 。

　　6.2.5 参数设置

　　打开激光光源照射样品 。按样品分散介质和待测颗粒的最佳对比度选择最适激光波长 、捕获次数和单次捕获时间 ,设置相应的介质黏度 ,形成本次检测的标准操作程序(SOP) 。检测参数按待测样品的理化性质进行相匹配的调整 :颗粒小 、散射弱 、多分散的颗粒宜设置较长的捕获时间 、捕获次数和激光强度 ,而对于颗粒大 、散射强 、单分散的颗粒则相反 。可使用与待测颗粒成分相同或相似的粒度标物进行验证 。

　　6.2.6 焦点调节

　　利用焦点调节按钮调节显微镜视野焦点至最佳 。

　　6.2.7 颗粒轨迹采集

　　运行 SOP,对每个待测样品进行至少 3 次重复测试并记录颗粒轨迹数据 。

　　6.2. 8 颗粒轨迹分析

　　颗粒轨迹采集结束后 ,按图像噪声设置合适的分析检测阈值 ,对捕获图像中的颗粒轨迹进行逐一跟踪分析 。分析测量颗粒数量可参考 GB/T 21649. 1 中的统计要求以确保测量结果的准确性 。

　　6.3 数据分析

　　6.3. 1 粒度及数量浓度计算

　　样品中颗粒的流体力学直径 d 以及颗粒数量浓度 C 分别按公式(1) 和公式(2) 获得 。 当无法查表获得介质黏度值时 ,可参考 GB/T 22235等文件中要求的黏度测量方法在相应的温度下进行测量 ,将其代入公式(1) ,获得该体系中纳米颗粒的粒度信息 。

　　4

　　GB/T 46147—2025

　　C …………………………( 2 )

　　式中 :

　　d — 流体力学直径 ,单位为米(m) ;

　　kB — 玻尔兹曼常数(1. 380 649×10-23) ,单位为焦耳每开尔文(J/K) ;

　　η — 分散介质黏度 ,单位为帕秒(Pa · s) ;

　　T — 绝对温度 ,单位为开尔文(K) ;

　　t — 时间 ,单位为秒(s) ;

　　D — 扩散系数 ,单位为平方米每秒(m2/s) ;

　　(x) 2 — 一维均方位移 ,单位为平方米(m2 ) ;

　　— 二维均方位移 ,单位为平方米(m2 ) ;

　　(x,y,z) 2 — 三维均方位移 ,单位为平方米(m2 ) ;

　　C — 颗粒浓度 ,单位为个每毫升(个/mL) ;

　　N — 分析样品溶液中跟踪分析的颗粒数 ,单位为个 ;

　　l — 采样水平长度 ,单位为厘米(cm) ;

　　w — 采样水平宽度 ,单位为厘米(cm) ;

　　h — 采样深度 ,单位为厘米(cm) 。

　　注 : PTA方法为第一性原理测量 ,该公式直接整合在系统分析软件中 ,在温度和黏度已知的条件下 ,颗粒的粒度值和数量浓度由仪器软件直接报告给出 。

　　6.3.2 粒度分布分析

　　6.3.2. 1 数量分布计算

　　颗粒数量分布按公式(3)进行计算 ,颗粒累积数量分布按公式(4)计算 。

　　f …………………………( 3 )

　　R …………………………( 4 )

　　式中 :

　　f (i) — 样品中颗粒粒度为 i时的颗粒粒度数量分布比例 ;

　　Ni — 样品中颗粒粒度为 i时 ,颗粒的数量浓度 ,单位为个每毫升(个/mL) ;

　　N — 样品中颗粒总数量浓度 ,单位为个每毫升(个/mL) ;

　　R (i)— 粒度大于或等于 i 的颗粒累积数量分布比例 。

　　6.3.2.2 拟合分析

　　样品中不同粒度下颗粒的粒度分布按以下步骤进行拟合分析 :

　　a) 选择合适的拟合函数 :按曲线分布形态 ,选择高斯函数或高斯-洛伦兹线性组合拟合 ;

　　b) 确定拟合参数 :确定每个高斯峰的峰位和半峰宽起始参数值 ,通过优化拟合获得溶液中颗粒的粒度分布信息 。

　　6.3.3 粒度分布的特征参数

　　颗粒粒度分布的特征参数如下 :

　　5

　　GB/T 46147—2025

　　a) 颗粒粒径的累积计数分布比例达到 10%时 ,所对应的粒径为 d10 ;

　　b) 颗粒粒径的累积计数分布比例达到 50%时 ,所对应的粒径为 d50 ;

　　c) 颗粒粒径的累积计数分布比例达到 90%时 ,所对应的粒径为 d90 。

　　7 PTA 可接受标准

　　7. 1 粒度检测下限

　　不同种类单分散纳米颗粒在室温条件下水分散体系的检测下限见附录 C。

　　7.2 测量参数控制

　　温度变化范围应控制在 ±3℃;操作温度变化范围内 ,分散剂黏度误差宜小于 ±2% 。

　　7.3 样品测量变异系数

　　同一样品重复测量的粒度和数量浓度的相对标准偏差小于 ±30% 。

　　8 测试报告

　　测试报告宜包含但不限于以下内容 :

　　a) 待测样品信息 :样品名称 、样品编号 、委托单位信息等 ;

　　b) 使用的 PTA设备信息 :名称 、型号或设备编号 、序列号等 ;

　　c) 样品制备方法 :包括模拟释放方法 、样品分散条件等 ;

　　d) PTA测量条件 :包括激光的类型和强度 、相机增益值 、帧目数 、温度 、检测阈值等 ;

　　e) 测试结果 :所需的粒度 、数量浓度及其精密度等 。

　　6

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　　附 录 A (资料性)测量流程图

　　PTA测量流程图见图 A. 1。

　　图 A. 1 PTA测量流程图

　　7

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　　附 录 B

　　(资料性)

　　含纳米银敷料脱落和释放样品中纳米银颗粒粒度和数量浓度测量示例

　　B. 1 实验材料

　　某市售纳米银医用抗菌敷料 。

　　B.2 实验方法

　　按 YY/T 1863中的相关要求 ,采用往复支架法 ,分别在水体系和 SBF模拟体液中进行纳米银敷料的脱落和释放试验 ;按本文件中对于 PTA测量方法的规定 ,对纳米银敷料脱落和释放样品进行颗粒粒度和数量浓度的 PTA分析 。

　　B.3 主要实验设备

　　主要设备包括 :

　　a) 溶出度仪 ;

　　b) 颗粒跟踪分析仪 。

　　B.4 实验步骤

　　B.4. 1 往复支架法制备纳米颗粒脱落和释放样品

　　将市售的纳米银抗菌敷料裁剪成 7 cm×5 cm 大小后固定于样品支架上 ,在溶出杯中量入 200 mL的超纯水或 SBF模拟体液 , 在 32 ℃温 度 条 件 下 , 以 30次 每 分 钟 排 量 的 往 复 速 度 进 行 脱 落 和 释 放 试验 ,往复行程 2 cm。72 h后 ,取样 5 mL用于 PTA检测 。

　　B.4.2 SBF溶液黏度测量

　　SBF溶液的黏度按 GB/T 22235 中 要 求 的 方 法 进 行 测 量 。 利 用 毛 细 管 黏 度 计 的 方 法 , 通 过 测 量3 次相同体积溶液的流出时间 ,测得 SBF溶液在 25 ℃温度下的黏度为 0. 89 mPa · s。

　　B.4.3 PTA 法检测脱落和释放样品中纳米颗粒的粒度和数量浓度

　　按 6. 2 中规定的流程测定水体系及 SBF体系的脱落释放液中纳米颗粒的粒度和数量浓度 。 主要测定条件见表 B. 1。

　　表 B. 1 PTA 主要检测条件

　　参数

　　温度

　　颗粒运动轨迹捕获时长

　　重复测量次数

　　激光强度

　　检测阈值

　　数值

　　25 ℃

　　40 s

　　3

　　12

　　5

　　B.5 实验结果

　　按 6. 3 的规定进行脱落释放液中纳米颗粒粒度和数量浓度计算 ,并进行粒度分布分析 。 检测结果如图 B. 1 和图 B. 2所示 。数均粒径分别为(156. 4±15. 0) nm 和(142. 5±8. 5)nm;总颗粒数量浓度分别为

　　8

　　GB/T 46147—2025

　　(3. 3×108 ±9. 1×107 )个/mL和(1. 0×108 ±2. 0×107 ) 个/mL;经 分 峰 拟 合 后 的 各 粒 径 数 量 百 分 比 如图 B. 1 和图 B. 2 中的列表所示 。

　　注 : 插表为粒度分析的分峰拟合结果 。

　　图 B. 1 水体系敷料释放液中纳米颗粒的 PTA检测结果

　　注 : 插表为粒度分析的分峰拟合结果 。

　　图 B.2 SBF体系敷料释放液中纳米颗粒的 PTA检测结果

　　9

　　GB/T 46147—2025

　　附 录 C (资料性)

　　粒径检测下限

　　表 C. 1 给出了不同种类单分散纳米颗粒在水体系中的粒径检测下限 。

　　表 C. 1 不同种类单分散纳米颗粒在室温环境下水分散体系的粒径检测下限

　　单位为纳米

　　颗粒种类

　　粒径检测下限(流体力学直径)

　　金

　　15

　　聚苯乙烯

　　45

　　二氧化硅

　　75

　　生物材料

　　60

　　其他金属或金属氧化物

　　25

　　注 : 表中的粒径检测下限均为近似值 ,可能因受孔隙率 、不同细分材质等因素的影响而发生变化 。

　　10

　　GB/T 46147—2025

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 21649. 1—2024 粒度分析 图像分析法 第 1部分 :静态图像分析法

　　[2] GB/T 22235 液体粘度的测定

　　[3] GB/T 43502. 1 天然气 颗粒物的测定 第 1部分 :用光学法测定粒径分布

　　[4] YY/T 0651. 1 外科植入物 全髋关节假体的磨损 第 1部分 :磨损试验机的载荷和位移参数及相关的试验环境条件

　　[5] YY/T 0651. 3 外科植入物 全髋关节假体的磨损 第 3部分 :轨道轴承型磨损试验机的载荷和位移参数及相关的试验环境条件

　　[6] YY/T 1426. 1 外科植入物 全膝关节假体的磨损 第 1部分 :载荷控制的磨损试验机的载荷和位移参数及相关的试验环境条件

　　[7] YY/T 1426. 3 外科植入物 全膝关节假体的磨损 第 3 部分 :位移控制的磨损试验机的载荷和位移参数及相关的试验环境条件

　　[8] YY/T 1563 脊柱植入物 全椎间盘假体功能 、运动和磨损评价试验方法

　　[9] YY/T 1863 纳米医疗器械生物学评价 含纳米银敷料中纳米银颗粒和银离子的释放与表征方法

　　[10] Malloy, A. , Carr, R. , “NanoParticle Tracking Analysis-The Halo System ,”Particle & Particle Systems Characterization(SpecialIssue: Particle Systems Analysis) , 23(2) , 2006, 197-204.

　　[11] URSELL T. S. The Diffusion Equation A multi-dimentional Tutorial, California Institute ofTechnology, Pasadena, 2007.

　　11