ISO/TS 10993-19:2020
(Main)Biological evaluation of medical devices — Part 19: Physico-chemical, morphological and topographical characterization of materials
Biological evaluation of medical devices — Part 19: Physico-chemical, morphological and topographical characterization of materials
This document provides a compilation of parameters and test methods that can be useful for the identification and evaluation of the physical, i.e. physico‑chemical, morphological and topographical (PMT) properties of materials in finished medical devices. Such an assessment is limited to those properties that are relevant to biological evaluation and the medical device's intended use (clinical application and duration of use) even if such properties overlap with clinical effectiveness. This document does neither address the identification or quantification of degradation products nor the evaluation of the physico-chemical properties of the degraded materials, which are covered in ISO 10993‑9, ISO 10993‑13, ISO 10993‑14 and ISO 10993‑15. Chemical characterization of materials is covered by ISO 10993‑18. The ISO 10993 series is not applicable when the material or device is not in contact with the body directly or indirectly.
Évaluation biologique des dispositifs médicaux — Partie 19: Caractérisations physicochimique, morphologique et topographique des matériaux
Le présent document fournit une compilation de paramètres et de méthodes d'essai qui peuvent être utiles pour l'identification et l'évaluation des propriétés physiques, c'est-à-dire physicochimiques, morphologiques et topographiques (PMT) des matériaux dans les dispositifs médicaux finis. Une telle évaluation est limitée aux propriétés qui sont pertinentes pour l'évaluation biologique et l'usage prévu du dispositif médical (application clinique et durée d'utilisation), même si ces propriétés se recoupent avec l'efficacité clinique. Le présent document ne traite pas de l'identification ou de la quantification des produits de dégradation ni de l'évaluation des propriétés physicochimiques des matériaux dégradés, qui sont couvertes dans l'ISO 10993‑9, l'ISO 10993‑13, l'ISO 10993‑14 et l'ISO 10993‑15. La caractérisation chimique des matériaux est couverte par l'ISO 10993‑18. La série de normes ISO 10993 ne s'applique pas quand le matériau ou le dispositif n'est pas en contact avec le corps, directement ou indirectement.
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TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 10993-19
Second edition
2020-03
Biological evaluation of medical
devices —
Part 19:
Physico-chemical, morphological and
topographical characterization of
materials
Reference number
ISO/TS 10993-19:2020(E)
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ISO 2020
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ISO/TS 10993-19:2020(E)
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Published in Switzerland
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ISO/TS 10993-19:2020(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 General principles . 2
5 Characterization procedure . 3
5.1 General . 3
5.2 Qualitative information . 3
5.3 Material equivalence . 3
5.4 Quantitative assessment . 4
6 Characterization parameters and methods . 4
7 Reporting of data obtained . 5
Annex A (informative) Principles for judging material equivalence . 6
Bibliography .10
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ISO/TS 10993-19:2020(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 194, Biological and clinical evaluation of
medical devices.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 10993-19:2006), which has been
technically revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
— errors identified in the revision and commenting processes have been corrected;
— Table 1 (on methodology abbreviations) has been updated and moved to Annex A;
— Table 2 (on examples of relevant methodologies and parameters) has been updated, moved to Annex
A and split into two tables: one listing typical methods, and one listing other methods (i.e. those that
are rarely used);
— pointers to ISO 10993-18:2020, Annex C have been added to 5.3 and Annex A, where material
equivalence is discussed.
— pointers to ISO/TR 10993-22 for information on nanomaterials have been added to 5.3 and Table A.3.
A list of all parts in the ISO 10993 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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ISO/TS 10993-19:2020(E)
Introduction
ISO 14971 highlights the importance of taking into account the nature of the materials within a
biological risk analysis.
ISO 10993-1 is to serve as a framework in which to plan a biological evaluation which, as scientific
knowledge advances human understanding of the basic mechanisms of tissue responses, minimizes
the number and exposure of test animals by giving preference to chemical constituent testing and in
vitro models. In situations where these methods yield equally relevant information to that obtained
from in vivo models, ISO 10993-1 states that, when selecting the materials to be used for device
manufacture, fitness for purpose with regards to characteristics and properties of the material, which
include chemical, toxicological, physical, electrical, morphological and mechanical properties, will be
the first consideration. The identification and evaluation of the physico-chemical, morphological and
topographical properties of materials used in a finished medical device are important in determining
the biological evaluation of that device and its materials. Such information can be used in:
— assessing the overall biological evaluation of a medical device according to ISO 10993;
— screening of potential new materials and/or processes for suitability in a medical device for a
proposed clinical application.
The compositional characteristics of the materials of manufacture are mainly under the control of the
suppliers of these materials. However, other characteristics are chiefly influenced by the requirements
to be met by the finished medical device as well as the production processes used by the medical device
manufacturer.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 10993-19:2020(E)
Biological evaluation of medical devices —
Part 19:
Physico-chemical, morphological and topographical
characterization of materials
1 Scope
This document provides a compilation of parameters and test methods that can be useful for the
identification and evaluation of the physical, i.e. physico-chemical, morphological and topographical
(PMT) properties of materials in finished medical devices. Such an assessment is limited to those
properties that are relevant to biological evaluation and the medical device’s intended use (clinical
application and duration of use) even if such properties overlap with clinical effectiveness.
This document does neither address the identification or quantification of degradation products nor
the evaluation of the physico-chemical properties of the degraded materials, which are covered in
ISO 10993-9, ISO 10993-13, ISO 10993-14 and ISO 10993-15.
Chemical characterization of materials is covered by ISO 10993-18.
The ISO 10993 series is not applicable when the material or device is not in contact with the body
directly or indirectly.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 10993-1, Biological evaluation of medical devices — Part 1: Evaluation and testing within a risk
management process
ISO 10993-18, Biological evaluation of medical devices — Part 18: Chemical characterization of medical
device materials within a risk management process
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 10993-1, ISO 10993-18 and
the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
physico-chemical
relating to the physical chemistry (of materials)
3.2
morphological
relating to the shape, contours and microstructural organization (of materials)
© ISO 2020 – All rights reserved 1
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ISO/TS 10993-19:2020(E)
3.3
topographical
relating to the features of the surface (of materials)
4 General principles
Consideration of the PMT characterization of the materials from which a medical device is made, like
chemical characterization of materials (addressed in ISO 10993-18), is a necessary step in assessing
the biological safety and clinical effectiveness of the device. Both types of characterization are also
important in judging equivalence of
a) a proposed material to a clinically established material,
b) a prototype device to a final device,
c) a material or device after a process or manufacturing change, or
d) a real-time and/or accelerated device and the non-aged device.
The relationship between PMT characteristics of medical device materials and their biocompatibility
and clinical effectiveness is still a developing area. However, there are several examples of where these
relationships are becoming better understood, as listed below.
— The use of certain PMT characteristics of porous materials as surfaces on orthopaedic implants can
encourage tissue in-growth at the surface of the implant and thus result in better integration with
the surrounding tissue.
— The use of material scaffolds and meshes, with certain PMT characteristics, as implants into injured
soft or hard tissue can facilitate the beneficial infiltration of certain types of cells which aid the
healing process (see Reference [49]).
— The PMT characteristics of the surfaces of materials used as catheters have a major influence on the
adherence of bacteria and proteins to the inner and outer surfaces, which in turn influences the risk
of infections and blockages.
— Alterations to the micro-topography of surfaces, for example, producing microgrooves or other
defined patterns, has been shown to influence the adhesion and direction of movement of certain
types of cells on that surface (see References [42] and [45]).
— For certain medical devices, for example, orthopaedic implants and vascular prostheses, mechanical
properties can influence biological responses such as tissue re-modelling.
— To characterize the PMT principally surface topography/morphology following a process change.
NOTE The shape and geometric form of medical devices and their components are known to affect the
biological response, for example, the aspect ratio, thickness and form in relation to blood flow. Information on
specific devices can be found in the applicable product standards.
This document provides a range of examples of PMT characterization parameters and methods which
can be usefully applied in the PMT characterization of materials utilized in medical devices.
Medical device manufacturers should select relevant PMT parameters and methods and justify their
selection. Manufacturers should document the level of characterization performed on their medical
device and its component materials, appropriate to its clinical application.
The extent of characterization should reflect the nature and duration of the clinical exposure and can
be useful for risk assessment of the biological safety of the device. The PMT characterization should
also reflect the materials used and their physical form(s), for example, solid, liquid, gel, composite or
biologically-sourced material. Characterization generally requires the close collaboration of material
scientists, analytical scientists and risk assessors.
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ISO/TS 10993-19:2020(E)
5 Characterization procedure
5.1 General
The analytical methods should be selected to give the required information for the evaluation. Prior
to new method development, existing standards, monographs, scientific articles or other relevant
scientific documents should be consulted to check for existing appropriate test methods. Methods from
the literature can need to be adapted and validated before use. If suitable methods cannot be identified,
appropriate new methods should be developed.
The analytical methods used should be validated, justified and reported in line with Clauses 6 and 7.
The validation of an analytical method is the process by which it is established that the performance
characteristics of the method meet the requirements for the intended analytical applications. To verify
the validity of the PMT method or instrument, the use of surrogate materials/surfaces and/or system
suitability on analysis system may be used for PMT method used to ensure reliability of the data
obtained.
At each step of the characterization procedure, a decision should be made on the adequacy of the data
obtained, as a basis for the risk analysis. This procedure should consider each of the materials as they
appear in the finished device.
NOTE The supplier can be a useful source of appropriate analytical methods. In the absence of any initial
data on material properties, a literature study is recommended to assist in the selection of the most appropriate
methods of analysis for the material being evaluated.
5.2 Qualitative information
Describe the material/device and its intended purpose. A documented, qualitative description of the PMT
characteristics of the finished device is recommended, including the physico-chemical characteristics
of each material used in the device (see ISO 10993-1:2018, Clause 4). The level of qualitative data
provided should reflect the category of medical device in terms of degree of invasiveness and clinical
exposure duration, as well as the nature of the materials present. The qualitative description should
include details of the batch or lot, the supplier and the material specification for each material.
Medical device manufacturers should obtain qualitative material characterization information,
relevant to the final product. Such information can be obtained from the supplier of the starting
material, the literature or additional testing. The PMT characteristics of materials should either be
in accordance with applicable materials standards or should be specified by the manufacturer. It is
important to obtain as much information as possible at this early stage to be able to gain a thorough
understanding of the hazards (potential risks) and potential benefits arising from the properties of the
material, and to develop an initial assessment of the fitness for the intended purpose. This assessment
will be further refined as additional information is gained during the product development process.
Importantly, it should be assumed that PMT characteristics will change during manufacture. Therefore,
PMT characterization should be performed on or otherwise represent the final product.
5.3 Material equivalence
As a part of material suitability assessment, a comparison of these data should be made to determine
whether this material is equivalent to that utilized in a device or prototype with the same clinical
exposure/use and having had the same manufacturing and sterilization processes applied, e.g.
established safe and effective use of materials in a product to be used on intact skin. Annex A gives
further guidance on judging material equivalency.
NOTE Discussion on nanomaterials is presented in ISO/TR 10993-22. See also ISO 10993-18:2020, Annex C
for more on material equivalence.
Where qualitative material characterization data alone have not provided sufficient data for a
material suitability assessment to be completed, quantitative material characterization data should be
established, documented and subjected to assessment of suitability and risk.
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ISO/TS 10993-19:2020(E)
5.4 Quantitative assessment
Sufficient quantitative characterization information should be obtained in order to permit an
assessment of the fitness of all of the materials in a finished device for their intended purpose as part of
the overall biological evaluation of the medical device. This quantitative characterization information
can be usefully compared with data for materials and/or finished medical devices clinically established
as being safe and effective for the intended use. The characterization information can also be usefully
compared to those materials/products found not to have the required characteristics for this use. This
overall evaluation is outside the scope of this document and combines information gained from many
other parts of the ISO 10993 series and utilizes ISO 14971.
6 Characterization parameters and methods
Clause 5 indicates the generation of qualitative and quantitative PMT characterization data for use in the
suitability/risk assessment. Table 1 lists properties that are typically assessed for the characterization
of materials, components, or devices. Depending on the material composition, it can be useful to
evaluate for additional properties which are described in Table 2. Additional information on example
methods and references used to characterize the properties are referenced in Table A.2 and Table A.3.
The characterization parameters used should be selected based on the material or finished medical
device. Due to the diversity of medical devices, it is recognized that not all of the parameters identified
for a material will be relevant for all/some device uses. As noted in ISO 10993-1:2018, 6.2, the extent of
characterization which should be considered is determined by the invasiveness and duration of clinical
exposure in the intended use.
The analyst and material scientist in consultation with the manufacturer’s assessor of the material
fitness for use (risk assessor) should determine which parameters are relevant to the assessment of
a material or medical device. Characterization data should be considered for all of the parameters
considered relevant by the manufacturer’s risk assessor.
NOTE 1 For natural macromolecules, it is essential that the source organism (species) and breed/strain be
clearly identified as a first step. The ISO 22442 series covers the safe utilisation of non-human tissues and their
derivatives in the manufacture of medical devices. EN 455-3 covers the assessment of risks associated with
protein residues in natural rubber latex.
Natural macromolecules utilized in medical devices include but are not limited to proteins, glycoproteins,
polysaccharides and ceramics. Examples include gelatine, collagen, elastin, fibrin, albumin, alginate,
cellulose, heparin, chitosan, processed bone, coral and natural rubber. These materials may have been
processed, purified and modified to different extents.
NOTE 2 Pharmacopoeia monographs exist
...
SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 10993-19
Deuxième édition
2020-03
Évaluation biologique des dispositifs
médicaux —
Partie 19:
Caractérisations physicochimique,
morphologique et topographique des
matériaux
Biological evaluation of medical devices —
Part 19: Physico-chemical, morphological and topographical
characterization of materials
Numéro de référence
ISO/TS 10993-19:2020(F)
© ISO 2020
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ISO/TS 10993-19:2020(F)
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
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Publié en Suisse
ii
© ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/TS 10993-19:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Principes généraux . 2
5 Procédure de caractérisation . 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Informations qualitatives . 3
5.3 Équivalence des matériaux . 4
5.4 Évaluation quantitative . 4
6 Paramètres et méthodes de caractérisation. 4
7 Consignation des données recueillies . 5
Annexe A (informative) Principes d'appréciation de l'équivalence des matériaux .6
Bibliographie .10
iii
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ISO/TS 10993-19:2020(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 194, Évaluation biologique et clinique
des dispositifs médicaux.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO/TS 10993-19:2006), qui a fait l'objet
d'une révision technique.
Les principales modifications par rapport à l'édition précédente sont les suivantes:
— les erreurs identifiées lors des processus de révision et de commentaires ont été corrigées;
— le Tableau 1 (sur les abréviations des méthodologies) a été mis à jour et déplacé à l'Annexe A;
— le Tableau 2 (contenant des exemples de méthodologies et de paramètres pertinents) a été mis à
jour, déplacé à l'Annexe A et scindé en deux tableaux: un premier qui recense les méthodes types, et
un second qui recense les autres méthodes (c'est-à-dire celles qui sont rarement utilisées);
— des renvois à l'ISO 10993-18:2020, Annexe C ont été ajoutés au paragraphe 5.3 et à l'Annexe A, où est
abordé le thème de l'équivalence des matériaux;
— des renvois à l'ISO/TR 10993-22 pour des informations sur les nanomatériaux ont été ajoutés au
paragraphe 5.3 et au Tableau A.3.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 10993 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
© ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/TS 10993-19:2020(F)
Introduction
L'ISO 14971 souligne à quel point il est important de prendre en compte la nature des matériaux dans le
cadre d'une analyse du risque biologique.
L'ISO 10993-1 est destinée à servir de cadre à la planification d'une évaluation biologique qui, à
mesure que les connaissances scientifiques permettent de mieux comprendre les mécanismes de
base des réponses tissulaires, réduit le nombre et l'exposition des animaux de laboratoire en donnant
la préférence aux essais des composants chimiques et aux modèles in vitro. Dans les situations
où ces méthodes fournissent des informations aussi pertinentes que celles obtenues à partir de
modèles in vivo, l'ISO 10993-1 stipule que, lors de la sélection des matériaux à utiliser pour la
fabrication de dispositifs, la première considération sera l'aptitude à l'emploi en ce qui concerne les
caractéristiques et les propriétés du matériau, qui incluent les propriétés chimiques, toxicologiques,
physiques, électriques, morphologiques et mécaniques. L'identification et l'évaluation des propriétés
physicochimiques, morphologiques et topographiques des matériaux utilisés dans un dispositif médical
fini sont importantes pour déterminer l'évaluation biologique de ce dispositif et de ses matériaux. Ces
informations peuvent être utilisées dans:
— l'appréciation de l'évaluation biologique globale d'un dispositif médical conformément à l'ISO 10993;
— la sélection des nouveaux matériaux et/ou processus potentiels afin de déterminer le caractère
adéquat de ceux-ci au sein d'un dispositif médical pour une application clinique proposée.
Les caractéristiques de composition des matériaux de fabrication sont principalement sous le contrôle
des fournisseurs de ces matériaux. Toutefois, d'autres caractéristiques sont principalement influencées
par les exigences à satisfaire par le dispositif médical fini ainsi que par les processus de production
utilisés par le fabricant du dispositif médical.
v
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 10993-19:2020(F)
Évaluation biologique des dispositifs médicaux —
Partie 19:
Caractérisations physicochimique, morphologique et
topographique des matériaux
1 Domaine d'application
Le présent document fournit une compilation de paramètres et de méthodes d'essai qui peuvent être
utiles pour l'identification et l'évaluation des propriétés physiques, c'est-à-dire physicochimiques,
morphologiques et topographiques (PMT) des matériaux dans les dispositifs médicaux finis. Une telle
évaluation est limitée aux propriétés qui sont pertinentes pour l'évaluation biologique et l'usage prévu
du dispositif médical (application clinique et durée d'utilisation), même si ces propriétés se recoupent
avec l'efficacité clinique.
Le présent document ne traite pas de l'identification ou de la quantification des produits de dégradation
ni de l'évaluation des propriétés physicochimiques des matériaux dégradés, qui sont couvertes dans
l'ISO 10993-9, l'ISO 10993-13, l'ISO 10993-14 et l'ISO 10993-15.
La caractérisation chimique des matériaux est couverte par l'ISO 10993-18.
La série de normes ISO 10993 ne s'applique pas quand le matériau ou le dispositif n'est pas en contact
avec le corps, directement ou indirectement.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 10993-1, Évaluation biologique des dispositifs médicaux — Partie 1: Évaluation et essais au sein d'un
processus de gestion du risque
ISO 10993-18, Évaluation biologique des dispositifs médicaux — Partie 18: Caractérisation chimique des
matériaux des dispositifs médicaux au sein d'un processus de gestion du risque
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l'ISO 10993-1 et l'ISO 10993-18 ainsi
que les suivants, s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
physicochimique
relatif à la chimie physique (des matériaux)
1
© ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/TS 10993-19:2020(F)
3.2
morphologique
relatif à la forme, aux contours et à l'organisation microstructurelle (des matériaux)
3.3
topographique
relatif aux caractéristiques de la surface (des matériaux)
4 Principes généraux
La prise en compte de la caractérisation PMT des matériaux à partir desquels un dispositif médical est
fabriqué, telle que la caractérisation chimique des matériaux (traitée dans l'ISO 10993-18), représente
une étape nécessaire dans l'évaluation de la sécurité biologique et l'efficacité clinique du dispositif. Ces
deux types de caractérisation sont également importants dans l'appréciation de l'équivalence:
a) d'un matériau proposé et un matériau cliniquement établi,
b) d'un prototype et un dispositif final,
c) d'un matériau ou un dispositif après un changement relatif au processus ou à la fabrication, ou
d) un dispositif en temps réel et/ou accéléré et le dispositif non vieilli.
La relation entre les caractéristiques PMT des matériaux des dispositifs médicaux ainsi que leur
biocompatibilité et leur efficacité clinique est encore un domaine en développement. Il existe toutefois
plusieurs exemples de situations où ces relations sont de mieux en mieux comprises, tel qu'indiqué ci-
dessous.
— L'utilisation de certaines caractéristiques PMT des matériaux poreux comme surfaces sur des
implants orthopédiques peut favoriser la croissance tissulaire interne à la surface de l'implant et
ainsi permettre une meilleure intégration avec les tissus environnants.
— L'utilisation de supports et de treillis de matériaux, possédant certaines caractéristiques PMT,
comme implants dans des tissus mous ou durs lésés peut faciliter l'infiltration bénéfique de certains
types de cellules qui contribuent au processus de guérison (voir la Référence [49]).
— Les caractéristiques PMT des surfaces des matériaux utilisés comme cathéters ont une influence
majeure sur l'adhérence des bactéries et des protéines aux surfaces internes et externes, ce qui
influe à son tour sur le risque d'infections et d'occlusions.
— Il a été démontré que les altérations de la micro-topographie des surfaces, par exemple la production
de micro-sillons ou d'autres motifs définis, influencent l'adhésion et le sens de déplacement de
certains types de cellules sur cette surface (voir les Références [42] et [45]).
— Pour certains dispositifs médicaux, par exemple les implants orthopédiques et les prothèses
vasculaires, les propriétés mécaniques peuvent influencer les réponses biologiques telles que le
remodelage des tissus.
— Pour caractériser le PMT, principalement la topographie/morphologie de la surface, suite à un
changement de processus.
NOTE La forme et la géométrie des dispositifs médicaux et de leurs composants sont connues pour avoir
une incidence sur la réponse biologique, par exemple, le rapport de forme, l'épaisseur et la forme en fonction
du flux sanguin. Des informations sur des dispositifs spécifiques sont disponibles dans les normes de produits
applicables.
Le présent document fournit un éventail d'exemples de paramètres et de méthodes de caractérisation
PMT qui peuvent être utilement appliqués à la caractérisation PMT des matériaux utilisés dans les
dispositifs médicaux.
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Il convient que les fabricants de dispositifs médicaux choisissent des paramètres et méthodes PMT
pertinents et qu'ils justifient leur choix. Il convient que les fabricants documentent le niveau de
caractérisation mis en œuvre sur leur dispositif médical et ses matériaux constitutifs, de manière
adaptée à son application clinique.
Il convient que l'étendue de la caractérisation reflète la nature et la durée de l'exposition clinique et
elle peut être utile pour l'appréciation du risque de la sécurité biologique du dispositif. Il convient que
la caractérisation PMT reflète également les matériaux utilisés et leur(s) forme(s) physique(s), par
exemple: matériau solide, liquide, en gel, composite ou d'origine biologique. La caractérisation nécessite
généralement une collaboration étroite entre spécialistes en science des matériaux, chercheurs
analytiques et spécialistes du risque.
5 Procédure de caractérisation
5.1 Généralités
Il convient que les méthodes analytiques soient choisies de façon à fournir les informations requises
pour l'évaluation. Avant la mise au point de nouvelles méthodes, il convient de consulter les normes,
les monographies, les articles scientifiques ou les autres documents scientifiques pertinents existants
pour vérifier l'existence de méthodes d'essai appropriées. Il peut être nécessaire d'adapter et de valider
les méthodes issues des diverses publications avant leur utilisation. S'il s'avère impossible d'identifier
des méthodes adéquates, il convient de développer de nouvelles méthodes appropriées.
Il convient que les méthodes analytiques utilisées soient validées, justifiées et consignées conformément
aux Articles 6 et 7. La validation d'une méthode analytique est le processus par lequel il est établi
que les caractéristiques de performance de la méthode satisfont aux exigences pour les applications
analytiques prévues. Pour vérifier la validité de la méthode ou de l'instrument PMT, l'utilisation de
matériaux/surfaces de substitution et/ou l'adéquation du système d'analyse peuvent être utilisées pour
la méthode PMT utilisée afin d'assurer la fiabilité des données obtenues.
À chaque étape de la procédure de caractérisation, il convient de prendre une décision relative
à l'adéquation des données obtenues, comme base pour l'analyse du risque. Il convient que cette
procédure prenne en compte chacun des matériaux à mesure qu'ils apparaissent dans le dispositif fini.
NOTE Le fournisseur peut être une source utile de méthodes analytiques appropriées. En l'absence de
données initiales sur les propriétés du matériau, une étude bibliographique est recommandée afin de faciliter le
choix des méthodes d'analyse les plus appropriées pour le matériau à évaluer.
5.2 Informations qualitatives
Elles décrivent le matériau/dispositif et son usage prévu. Une description qualitative documentée
des caractéristiques PMT du dispositif fini est recommandée, y compris les caractéristiques
physicochimiques de chaque matériau utilisé dans le dispositif (voir l'ISO 10993-1:2018, Article 4).
Il convient que le niveau des données qualitatives fournies reflète la catégorie du dispositif médical
en termes de degré d'invasivité et de durée d'exposition clinique, ainsi que de nature des matériaux
présents. Il convient que la description qualitative inclue les détails relatifs au lot, au fournisseur et à la
spécification de chaque matériau.
Il convient que les fabricants de dispositifs médicaux obtiennent des informations de caractérisation
des matériaux qualitatives, pertinentes pour le produit fini. Ces informations peuvent être obtenues
auprès du fournisseur du matériau d'origine, dans les diverses publications ou au moyen d'essais
complémentaires. Il convient que les caractéristiques PMT des matériaux soient conformes aux normes
sur les matériaux applicables ou qu'elles soient spécifiées par le fabricant. Il est important d'obtenir
autant d'informations que possible à ce stade précoce afin de pouvoir acquérir une compréhension
approfondie des dangers (risques potentiels) et des bénéfices potentiels découlant des propriétés du
matériau, et de développer une évaluation initiale de l'aptitude à l'usage prévu. Cette évaluation sera
affinée à mesure que des informations supplémentaires seront obtenues au cours du processus de
développement du produit. Il est important de noter qu'il convient de présumer que les caractéristiques
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ISO/TS 10993-19:2020(F)
PMT changeront durant la fabrication. Il convient par conséquent que la caractérisation PMT soit
réalisée sur le produit fini, ou autrement qu'elle le représente.
5.3 Équivalence des matériaux
Dans le cadre de l'évaluation de l'adéquation du matériau, il convient de procéder à une comparaison
de ces données afin de déterminer si ce matériau est équivalent à celui utilisé dans un dispositif ou
un prototype ayant la même exposition/utilisation clinique et ayant subi les mêmes processus de
fabrication et de stérilisation, par exemple l'utilisation sûre et efficace établie des matériaux dans
un produit destiné à être utilisé sur une peau intacte. L'Annexe A fournit des recommandations
supplémentaires sur l'appréciation de l'équivalence des matériaux.
NOTE Une discussion sur les nanomatériaux est proposée dans l'ISO/TR 10993-22. Pour plus d'informations
sur l'équivalence des matériaux, voir également l'ISO 10993-18:2020, Annexe C.
Lorsque les données qualitatives de caractérisation des matériaux n'ont pas fourni à elles seules
suffisamment de données pour permettre une évaluation de l'adéquation des matériaux, il convient que
des données quantitatives de caractérisation des matériaux soient établies, documentées et soumises à
une évaluation de l'adéquation et du risque.
5.4 Évaluation quantitative
Il convient d'obtenir suffisamment d'informations de caractérisation quantitatives afin de permettre
une évaluation de l'aptitude de tous les matériaux d'un dispositif fini à leur usage prévu, dans le cadre de
l'évaluation biologique globale du dispositif médical. Ces informations de caractérisation quantitatives
peuvent être utilement comparées aux données relatives aux matériaux et/ou aux dispositifs médicaux
finis dont la sécurité et l'efficacité pour l'usage prévu ont été cliniquement établies. Les informations
de caractérisation peuvent également être utilement comparées aux matériaux/produits qui ont été
identifiés comme ne possédant pas les caractéristiques requises pour cet emploi. L'évaluation globale
ne relève pas du domaine d'application du présent document et associe des informations obtenues dans
de nombreuses autres parties de la série de normes ISO 10993 et utilise l'ISO 14971.
6 Paramètres et méthodes de caractérisation
L'Article 5 informe sur la production de données de caractérisation PMT qualitatives et quantitatives
destinées à être utilisées dans l'évaluation de l'adéquation/l'appréciation du risque. Le Tableau 1
énumère les propriétés qui sont généralement évaluées pour la caractérisation des matériaux, des
composants ou des dispositifs. En fonction de la composition du matériau, il peut être utile d'évaluer
des propriétés supplémentaires, qui sont décrites au Tableau 2. Des informations supplémentaires sur
des exemples de méthodes et de références utilisées pour caractériser les propriétés sont recensées au
Tableau A.2 et au Tableau A.3.
Il convient que les paramètres de caractérisation utilisés soient choisis en fonction du matériau ou
du dispositif médical fini. En raison de la diversité des dispositifs médicaux, il est reconnu que tous
les paramètres identifiés pour un matériau ne seront pas pertinents pour tous/quelques usages du
dispositif. Comme indiqué dans l'ISO 10993-1:2018, 6.2, l'étendue de la caractérisation qu'il convient de
prendre en compte est déterminée par l'invasivité et la durée de l'exposition clinique de l'usage prévu.
Il convient que l'analyste et le spécialiste en science des matériaux déterminent, en concertation avec
l'évaluateur de l'aptitude à l'emploi du matériau (spécialiste du risque) du fabricant, les paramètres qui
sont pertinents pour l'évaluation d'un matériau ou d'un dispositif médical. Il convient que les données
de caractérisation soient prises en compte pour tous les paramètres considérés comme pertinents par
le spécialiste du risque du fabricant.
NOTE 1 Pour les macromolécules naturelles, il est essentiel que l'organisme source (espèce) et la race/souche
soient clairement identifiés en tout premier lieu. La série de normes ISO 22442 traite de l'utilisation en toute
sécurité de tissus non humains et de leurs dérivés dans la fabrication de dispositifs médicaux. L'EN 455-3 porte
sur l'évaluation des risques associés aux résidus de protéines dans du latex d'élastomère caoutchouc naturel.
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Les macromolécules naturelles utilisées dans les dispositifs médicaux comprennent, sans s'y limiter, les
protéines, les glycoprotéines, les polysaccharides et les céramiques. Les exemples incluent la gélatine, le
collagène, l'élastine, la fibrine, l'albumine, l'alginate, la cellulose, l'héparine, le chitosane, l'os transformé,
le corail et le caoutchouc naturel. Ces matériaux peuvent avoir été transformés, purifiés et modifiés
dans des proportions variables.
NOTE 2 Il existe des monographies de la pharmacopée pour nombre de ces matériaux et le comité ASTM F04
sur les matériaux et dispositifs médicaux et chirurgicaux a également publié des normes pertinentes (voir la
Bibliographie).
Tableau 1 — Propriétés types évaluées pour la caractérisation PMT des matériaux, y compris
les polymères, les métaux, les alliages, les céramiques et les macromolécules naturelles
Propriété à évaluer Évaluation destinée à établir
taille et forme dimensions et forme du matériau, du composant ou du dispositif pertinent
phase (cristalline, amorphe, multi-phases), structure micro/macro, dureté/dou-
morphologie
ceur des surfaces
topographie rugosité/lissé, y compris les creux, rainures, terrain irrégulier (collines, vallées)
composition chimique de composition chimique de surface, son homogénéité/hétérogénéité latérale et sa
surface différence avec la composition chimique globale
énergie de surface hydrophilicité/hydrophobicité, température, potentiel de surface
Tableau 2 — Autres propriétés dont l'évaluation est envisageable pour la caractérisation PMT,
en fonction de la composition du matériau
Propriété à évaluer Évaluation destinée à établir
diamètre moyen des pores, plage/répartition des diamètres des pores, volume
porosité
poreux total, interconnectivité
absorption de l'eau ou des solvants, modifications dimensionnelles et de forme,
gonflement isotropie ou anisotropie du gonflement, tressaillure de surface, augmentation de la
masse
résistance à l'abrasion stabilité de la surface traitée, frottement superficiel
particules nature/identification chimique, taille, distribution granulométrique, forme 3D
interactions biologiques adsorption et répulsion des protéines, fixation et répulsion des cellules
7 Consignation des données recueillies
Il convient que les rapports d'essai indiquent clairement la finalité de la caractérisation qui a été
effectuée et, le cas échéant, il convient qu'ils incluent les éléments suivants:
a) description et détails relatifs au matériau ou au dispositif médical fini;
b) méthodes de caractérisation;
c) données qualitatives produites;
d) données quantitatives produites.
Pour les domaines dans lesquels il n'existe aucune norme, les données PMT qualitatives et quantitatives
produites seront recueillies et documentées à titre d'information. Ces données sont nécessaires pour
pouvoir établir, à rebours, un lien entre des événements indésirables imprévus et des modifications
apparemment mineures des matériaux, de la fabrication ou PMT. Ces données peuvent être utilisées
pour contribuer à l'élaboration de normes appropriées dans le futur.
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Annexe A
(informative)
Principes d'appréciation de l'équivalence des matériaux
En 5.3, les données de caractérisation sont utilisées dans l’estimation du risque pour apprécier
l'équivalence d'un matériau proposé avec un matériau existant ou un dispositif médical fini
cliniquement établis pour le même type d'exposition clinique. Le principe clé appliqué pour réaliser
cette appréciation est que le matériau ou le dispositif médical fini proposé possède des propriétés
équivalentes en termes de sécurité biologique et de performance clinique par rapport à celles du
matériau ou du dispositif médical fini cliniquement établi. La liste suivante contient des exemples qui
peuvent faciliter le processus d'appréciation tel que détaillé aux Articles 4 et 5.
— Le matériau ou le dispositif médical fini proposé est conforme à une norme existante pour l'usage
prévu, la durée du contact et l'invasivité.
— Le matériau ou le dispositif médical fini proposé est déjà établi dans une exposition comparable
plus invasive que l'application moins invasive proposée.
— Le matériau ou le dispositif médical fini proposé a des propriétés très proches d'un matériau ou d'un
dispositif médical fini cliniquement accepté.
Le Tableau A.1 montre les abréviations utilisées au Tableau A.2 et au Tableau A.3. Le Tableau A.2 et le
Tableau A.3 fournissent des exemples de techniques de caractérisation utiles pour la caractérisation des
nouveaux matériaux ou dispositifs en plus de l'évaluation de l'équivalence.
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.