《T-CAMDI 006-2023 增材制造磷酸鈣生物陶瓷骨修復(fù)材料》

ICS11.040.40

CCSC35

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CAMDI006—2023

增材制造磷酸鈣生物陶瓷骨修復(fù)材料

AdditiveManufacturingCalciumPhosphateBioceramicBoneRepairing

Materials

（征求意見稿）

2023-××-××發(fā)布2023-××-××實(shí)施

中國醫(yī)療器械行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布

T/CAMDIXXXX—2023

增材制造磷酸鈣生物陶瓷骨修復(fù)材料

1范圍

本文件規(guī)定了增材制造磷酸鈣生物陶瓷骨修復(fù)材料的術(shù)語和定義、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、材料要求、

產(chǎn)品要求、試驗(yàn)方法、質(zhì)量控制、包裝、標(biāo)簽及產(chǎn)品說明書。

本文件適用于以羥基磷灰石、β-磷酸三鈣或二者的復(fù)合物為原材料，通過增材制造技術(shù)生產(chǎn)的磷

酸鈣生物陶瓷骨修復(fù)材料。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T1871.1磷礦石和磷精礦中五氧化二磷含量的測定磷鉬酸喹啉重量法和容量法

GB/T1871.4磷礦石和磷精礦中氧化鈣含量的測定溶劑法

GB/T16886.1醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià)第1部分：風(fēng)險(xiǎn)管理過程中的評(píng)價(jià)與試驗(yàn)

GB23101.3外科植入物羥基磷灰石第3部分：結(jié)晶度和相純度的化學(xué)分析和表征

GB23101.6外科植入物羥基磷灰石第6部分：粉末

GB/T35351增材制造術(shù)語

GB/T41672外科植入物骨誘導(dǎo)磷酸鈣生物陶瓷

GB/T42061醫(yī)療器械質(zhì)量管理體系用于法規(guī)的要求

YY/T0640無源外科植入物通用要求

YY/T0683外科植入物用β-磷酸三鈣

YY/T1558.3外科植入物磷酸鈣第3部分羥基磷灰石和β-磷酸三鈣骨替代物

YY/T1716組織工程醫(yī)療器械產(chǎn)品陶瓷和礦物質(zhì)支架的表征

中華人民共和國藥典2020年版四部

3術(shù)語和定義

GB/T35351和YY/T1716界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

原材料rawmaterial

用于制備磷酸鈣生物陶瓷的基本原料，本標(biāo)準(zhǔn)指羥基磷灰石（HA）粉末、β-磷酸三鈣（β-TCP）

粉末及二者復(fù)合的雙相磷酸鈣陶瓷（BCP）粉末。

3.2

素坯greenbody

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磷酸鈣生物陶瓷粉末經(jīng)增材制造技術(shù)制備的具有一定形狀、尺寸和力學(xué)強(qiáng)度的坯體，成分包括磷酸

鈣生物陶瓷粉末和加工助劑。

3.3

增材制造磷酸鈣生物陶瓷骨修復(fù)材料additivemanufacturingcalciumphosphatebioceramic

bonerepairingmaterials

以磷酸鈣生物陶瓷粉末（HA、β-TCP、BCP）為原材料，通過增材制造方式成型，然后經(jīng)清洗、燒

結(jié)等一系列工藝制備而成的生物陶瓷骨修復(fù)產(chǎn)品。

3.4

宏孔macropore

尺寸大于100μm的孔。

[來源：YY/T1716-2020,定義3.3]

3.5

總孔隙率totalporosity

孔隙總量占陶瓷產(chǎn)品總體積的比例。

[來源：改寫于GB/T41672-2022,定義3.9]

4產(chǎn)品設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程如圖1所示：

圖1產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程圖

4.1宏孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)增材制造磷酸鈣生物陶瓷骨修復(fù)材料的宏孔結(jié)構(gòu)單元，包括但不限于宏孔形狀

和尺寸，宏孔結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)制造商要求進(jìn)行反求設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)模型中應(yīng)描述宏孔結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，該特征參數(shù)

應(yīng)能反應(yīng)宏孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)且容易測量，若燒結(jié)后特征參數(shù)不符合要求，應(yīng)對三維模型進(jìn)行優(yōu)化，直至符合

要求。參見附錄A圖1的示例。

2

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4.2外形設(shè)計(jì)

利用計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建三維模型，模型尺寸應(yīng)根據(jù)素坯燒結(jié)后收縮率和產(chǎn)品尺寸要求進(jìn)行反求設(shè)計(jì)。

若產(chǎn)品燒結(jié)后尺寸不符合要求，應(yīng)對三維模型進(jìn)行優(yōu)化，直至符合要求。制造商應(yīng)規(guī)定產(chǎn)品尺寸及其公

差范圍。

5驗(yàn)證

5.1增材制造設(shè)備及軟件驗(yàn)證

制造商應(yīng)對增材制造設(shè)備及軟件進(jìn)行驗(yàn)證。

5.2成型精度驗(yàn)證

制造商應(yīng)規(guī)定素坯宏孔孔徑尺寸允差和外形尺寸允差。應(yīng)對增材制造成型主要工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，

對打印完成后的素坯與原始設(shè)計(jì)的三維數(shù)據(jù)對比，結(jié)果需滿足規(guī)定的尺寸，除了滿足尺寸要求，還應(yīng)考

慮素坯的開裂情況，若成型后的素坯存在開裂，應(yīng)通過調(diào)整工藝參數(shù)或更換加工助劑解決。參見附錄A

圖2原始三維模型示例和圖3的素坯示例。

5.3燒結(jié)工藝驗(yàn)證

制造商應(yīng)規(guī)定產(chǎn)品尺寸和允差，對燒結(jié)工藝進(jìn)行驗(yàn)證。應(yīng)對加工助劑引入的元素應(yīng)進(jìn)行殘留分析，

對燒結(jié)完成后的產(chǎn)品進(jìn)行鈣磷比、晶相、紅外檢測，明確加工助劑對于產(chǎn)品的影響。

6材料要求

6.1原材料要求

增材制造磷酸鈣生物陶瓷骨修復(fù)材料的原材料應(yīng)優(yōu)先選用國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)

準(zhǔn)規(guī)定的外科植入物原材料。HA粉末的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合GB23101.6中的規(guī)定，β-TCP粉末的各項(xiàng)

技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合YY/T0683中的規(guī)定。BCP粉末應(yīng)標(biāo)明兩種組分的含量比例，除了滿足以上要求外，原

材料粉末應(yīng)滿足增材制造具體加工工藝和產(chǎn)品質(zhì)量控制的要求。

6.2加工助劑要求

加工助劑（光敏樹脂、粘結(jié)劑等）應(yīng)進(jìn)行灰分測試，并對灰分進(jìn)行元素分析。若加工助劑內(nèi)含鈣磷

元素，對最終產(chǎn)品性能可能會(huì)產(chǎn)生影響，應(yīng)要對這種影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。

7產(chǎn)品要求

7.1外觀

增材制造磷酸鈣生物陶瓷骨修復(fù)材料應(yīng)無肉眼可見的雜色物，表面應(yīng)無明顯缺陷和裂紋。

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7.2晶相定性及定量

單相磷酸鈣生物陶瓷組分含量應(yīng)不低于結(jié)晶相標(biāo)稱值的95%；雙相磷酸鈣陶瓷中HA和β-TCP總含

量不低于95%，且兩種晶相含量絕對值公差應(yīng)為±5%。

7.3鈣磷比

單相HA應(yīng)為1.65～1.82，單相β-TCP應(yīng)為1.47～1.53，雙相陶瓷應(yīng)為1.50～1.67。

7.4加工助劑殘留量

產(chǎn)品制備過程中若使用了加工助劑，應(yīng)建立加工助劑殘留量的要求。

7.5總孔隙率

需對產(chǎn)品總孔隙率進(jìn)行測試，建立并規(guī)定產(chǎn)品的孔隙率允差。

7.6宏孔孔徑

需對產(chǎn)品進(jìn)行宏孔孔徑測試，建立并規(guī)定產(chǎn)品的宏孔孔徑允差。

7.7標(biāo)準(zhǔn)件的抗壓強(qiáng)度

應(yīng)≥1.5MPa。

7.8微量元素極限含量

As≤3mg/kg，Cd≤5mg/kg，Hg≤5mg/kg，Pb≤30mg/kg。

7.9重金屬元素總量（以鉛計(jì)）

應(yīng)≤50mg/kg。

7.10pH值

浸提液pH變化不應(yīng)超過初始值的0.3。

7.11細(xì)菌內(nèi)毒素

應(yīng)≤20EU/件。

7.12無菌

產(chǎn)品應(yīng)無菌。

7.13生物相容性

產(chǎn)品生物學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)符合GB/T16886.1的規(guī)定，結(jié)果應(yīng)表明無不可接受的生物學(xué)危害。

8試驗(yàn)方法

8.1外觀

將樣品放在白色容器中，在正常視力或矯正視力下檢查產(chǎn)品，結(jié)果應(yīng)符合7.1的要求。

8.2晶相定性及定量

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按照GB/T23101.3的X射線衍射法，或者經(jīng)過驗(yàn)證的其他方法，結(jié)果應(yīng)符合7.2的要求。

8.3鈣磷比

按照GB/T1871.1測定磷含量，按照GB/T1871.4測定鈣含量。并據(jù)此計(jì)算鈣(Ca)，磷(P)原子比，

結(jié)果應(yīng)符合7.3的要求。

注：也可使用GB/T23101.3中規(guī)定的方法進(jìn)行。

8.4加工助劑殘留

根據(jù)使用的加工助劑特點(diǎn)進(jìn)行殘留測試，可采用紅外、熱重或其它適用的方法檢測，結(jié)果應(yīng)符合

7.4的要求。

8.5總孔隙率

可采用GB/T41672中的密度法進(jìn)行測試，或采用CT或其它適用的方法檢測，結(jié)果應(yīng)符合7.5的要

求。

8.6宏孔孔徑

可采用YY/T1558.3描述的隨機(jī)選取某一孔橫截面的掃描電鏡照片中測量特征孔的直徑，如適用，

也可采用光學(xué)顯微鏡方法進(jìn)行檢測，結(jié)果應(yīng)符合7.6的要求。

8.7標(biāo)準(zhǔn)件的抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度測試采用相同原材料、相同孔結(jié)構(gòu)、相同工藝制造的標(biāo)準(zhǔn)件。標(biāo)準(zhǔn)件建議采用0°和90°

兩種打印方向制備出長（10±1）mm，寬（10±1）mm，高（10～15）mm的塊狀樣品或直徑（10±1）mm，

高（10～15）mm的圓柱體樣品，抗壓強(qiáng)度測試時(shí)，采用平行于打印方向擺放。或者用固定打印方向制

備出（10±1）mm的正方體，抗壓強(qiáng)度測試時(shí)，分別采用平行和垂直于打印方向擺放。對每種樣品分別

測試5個(gè)，計(jì)算每個(gè)樣品受力面的面積，記做S，將試樣放置在材料試驗(yàn)機(jī)下壓板的中心位置，以

（0.50±0.05）mm/min的加載速度施加負(fù)荷，直至樣品破壞。記錄樣品破壞時(shí)的最大負(fù)荷值記為P，按

照以下公式計(jì)算抗壓強(qiáng)度R：

R=P/S

每一個(gè)樣品的計(jì)算結(jié)果均符合7.7的要求。

8.8微量元素極限含量

微量元素極限含量按照《中華人民共和國藥典》（2020版）四部通則“0411電感耦合等離子體發(fā)射

原子光譜法”檢測，結(jié)果應(yīng)符合7.8的要求。

8.9重金屬總量（以鉛計(jì)）

按照《中華人民共和國藥典》（2020版）四部通則“0821重金屬檢查法”進(jìn)行檢測，結(jié)果應(yīng)符合7.9

的要求。

8.10pH值

按照GB/T41672中的方法，將3份樣品放置于37℃±1℃和pH=7.3±0.1的三羥甲基氨基甲烷

（TRIS）緩沖液中，載于轉(zhuǎn)速200r/min的搖床，時(shí)間分別為0h、24h、48h和72h。在浸泡0h、

24h、48h和72h后，輕輕倒出液體，混勻，通過pH計(jì)讀數(shù)檢測結(jié)果應(yīng)符合7.10的規(guī)定。

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8.11細(xì)菌內(nèi)毒素

按照《中華人民共和國藥典》（2020版）四部通則“1143細(xì)菌內(nèi)毒素檢查法凝膠法”檢測，結(jié)果應(yīng)

符合7.11的要求。

8.12無菌

按照《中華人民共和國藥典》（2020版）四部通則“1101無菌檢查法直接接種法”檢測，結(jié)果應(yīng)符

合7.12的要求。

8.13生物相容性

按照GB/T16886.1中對于長期植入醫(yī)療器械（接觸部位是組織/骨）對應(yīng)的評(píng)價(jià)項(xiàng)目進(jìn)行，結(jié)果應(yīng)

符合7.13的要求。

9質(zhì)量控制

應(yīng)符合GB/T42061中的規(guī)定。

10包裝、標(biāo)簽及產(chǎn)品說明書

應(yīng)符合YY/T0640中的規(guī)定。

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附錄A

（資料性）

增材制造磷酸鈣生物陶瓷的宏孔結(jié)構(gòu)單元、外形設(shè)計(jì)及素坯

示例1示例2

注：1、示例1中的d代表設(shè)計(jì)的宏孔直徑

2、示例2中的a代表設(shè)計(jì)的絲間距，Φ代表絲徑

圖1設(shè)計(jì)的宏孔結(jié)構(gòu)單元示意圖

示例1示例2

注：1、示例1中的a、b和h分別代表設(shè)計(jì)的三維長方體模型的長、寬和高，d代表宏孔直徑

2、示例2中的a、b和h分別代表設(shè)計(jì)的三維長方體模型的長、寬和高，d代表絲間距，Φ代表絲徑

圖2構(gòu)建的產(chǎn)品外形三維模型示意圖

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素坯示例1素坯示例2

注：1、示例1中的a、b和h分別代表素坯的長、寬和高，d代表素坯宏孔直徑

2、示例2中的a、b和h分別代表素坯的長、寬和高，d代表絲間距，Φ代表絲徑

圖3素坯圖片

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參考文獻(xiàn)

[1]GB23101.3外科植入物羥基磷灰石第3部分：結(jié)晶度和相純度的化學(xué)分析和表征

[2]T/CSBM0009-2021生物醫(yī)用β-磷酸三鈣納米粉體

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Structure/FunctionPropertiesinBoneTissueEngineering[J].AdvancedFunctionalMaterials.

2021,Vol.31(21):2010609.

[4]BoseS,VahabzadehS,BandyopadhyayA.Bonetissueengineeringusing3Dprinting[J].

MaterialsToday.2013,Vol.16(12):496-504.

[5]邵惠鋒,賀永,傅建中.增材