【指導原則】應用納米材料的醫療器械安全性和有效性 評價指導原則第二部分：理化表征

應用納米材料的醫療器械安全性和有效性

評價指導原則第二部分：理化表征

本指導原則為注冊申請人/監管人員提供關于應用納米材料的醫療器械理化表征相關方面的信息。

本指導原則是對應用納米材料醫療器械理化表征的一般要求，注冊申請人應依據具體產品的特性對注冊申報資料的內容進行充分說明和細化。注冊申請人還應依據具體產品的特性確定其中的相關內容是否適用，若不適用，需詳細闡述理由及相應的科學依據。

本指導原則是對注冊申請人和審評人員的指導性文件，但不包括注冊審批所涉及的行政事項，亦不作為法規強制執行，如果有能滿足相關法規要求的其它方法，也可以采用，但是需要提供詳細的研究資料和驗證資料。應在遵循相關法規的前提下使用本指導原則。

本指導原則是在現行法規和標準體系以及當前認知水平下制定的，隨著法規和標準的不斷完善，以及科學技術的不斷發展，本指導原則相關內容也將進行適時的調整。

一、適用范圍

本指導原則適用于與人體直接或間接接觸，由納米材料組成或包含納米材料的醫療器械的理化表征。

不適用于：

- 應用納米材料的體外診斷產品；

- 應用納米材料的藥品；

- 納米技術賦能的醫療產品（如納米機器人）；

- 應用納米材料的醫療器械在制造和廢棄過程中造成的職業和環境風險。

二、理化表征在應用納米材料的醫療器械申報資料中的體現

應用納米材料的醫療器械產品的安全性和有效性與所使用的納米材料的理化性質（如化學組成、尺寸及尺寸分布、形態學、表面特性等）緊密相關。根據國家藥品監督管理局發布的《關于公布醫療器械注冊申報資料要求和批準證明文件格式的公告》，理化表征在應用納米材料的醫療器械產品安全性和有效性評價的意義和作用主要體現在以下申報資料中：

（一）監管信息（委托信息、主文檔授權信）

應用納米材料的醫療器械產品注冊申請人可自行獨立研發、或委托第三方研發納米原材料，或直接外購納米原材料。注冊申請人應具備對于納米原材料的完整評價和供應商審核能力，并證明其對醫療器械終產品生產關鍵工藝及參數進行質量控制的能力。因此，如果醫療器械的原材料為納米材料，注冊申請人應提供包括納米原材料的理化表征在內的質量控制文件。如果委托其他企業生產的，應當提供受托企業資格文件、委托合同和質量協議。在質量協議中，應提供納米材料質量控制相關參數。如果原材料供應商已在國家藥品監督管理局醫療器械技術審評中心進行過主文檔備案，應提交主文檔授權信。

（二）研究資料（產品化學和物理性能研究）

注冊申請人在設計應用納米材料的醫療器械時，預期利用納米材料的某些特殊性能，如小尺寸、高比表面積、高化學活性，或者利用納米表面特性對于體內微環境的影響來發揮其功能。如納米銀敷料利用了納米銀在一定時期內可持續釋放銀的特性。又如某些骨科植入物表面納米結構的設計，可以促進骨重建過程。為證明產品中所設計應用的納米材料能夠發揮預期特性，注冊申請人需開展有針對性的理化性質表征。這些研究也將成為確定產品技術要求中科學合理的性能指標和檢驗方法的關鍵依據。

（三）研究資料（產品生物學特性研究）

現行的GB/T 16886.1（ISO 10993.1）將理化表征作為醫療器械生物相容性評價的起點。對于應用納米材料的醫療器械，這一點尤為重要，因納米材料的生物學效應取決于其理化性質，如尺寸及尺寸分布、形態學、表面特性、化學組成、團聚/聚集狀態等。在生物相容性/毒理學研究過程中，注冊申請人不僅要對醫療器械產品中的納米材料開展理化表征，而且根據風險分析，確定是否需要針對在生物組織/體液中的納米材料及其代謝/轉歸產物開展理化表征�？陀^、真實的定性/定量理化表征結果，可為開展生物相容性/毒理學研究提供必要的信息。相反，非客觀、真實的定性/定量理化表征結果，可能導致對于產品安全性風險的錯誤判定。

（四）研究資料（清潔、消毒、滅菌研究）

在應用納米材料的醫療器械生產工藝過程中，作為原材料之一的納米材料通常經過多道工藝過程，生產工藝過程對于終產品中納米材料存在狀態的影響，以及產品的批間/批內穩定性和均一性需要通過充分的理化表征來證明。

建議注冊申請人在滅菌方法驗證中對于納米材料特性加以考慮，如：輻照劑量對于納米材料是否存在影響，環氧乙烷是否會殘留在納米材料結構中難以解析等。此外，注冊申請人在考慮對于驗證所需產品批次和樣本量的要求時，也需要通過理化表征對于納米材料在醫療器械中分布的均勻性等因素進行研究分析。

（五）研究資料（穩定性研究）

理化表征同樣對于產品貨架有效期和包裝驗證非常重要。目前，產品有效期驗證所采用的加速老化計算依據仍是根據傳統高分子材料總結的阿累尼烏斯（Arrhenius）反應公式，該公式是否適用于納米材料仍有待深入研究。因此，建議注冊申請人在有效期各時間點應針對納米材料開展適宜的理化表征，以證明醫療器械中的納米材料是否在儲存期內發生物理性質和化學性質的變化。

（六）產品臨床評價資料

目前，應用納米材料的醫療器械臨床評價尚缺乏相應的指導原則/審評要點。注冊申請人應根據申報產品的適用范圍、技術特征、已有臨床數據等具體情況，選擇恰當的臨床評價路徑，包括“同品種臨床評價路徑”和/或“臨床試驗路徑”。若注冊申請人通過同品種臨床評價路徑進行臨床評價，除了提交申報產品與同品種醫療器械在適用范圍、技術特征、生物學特性方面的對比資料，注冊申請人還需開展具有針對性和特異性的完整而全面的理化表征研究，這對于確定對照產品是否為同品種產品是至關重要的。

三、納米材料理化性質表征的基本原則

納米材料尺寸小、比表面積大、化學活性高，在不同環境中表面特性和聚集狀態易發生變化，這給納米材料的生物學效應評估帶來挑戰。針對應用納米材料的醫療器械開展全面而準確的理化性質表征以及使用過程中納米材料理化性質變化測量都至關重要。應用納米材料的醫療器械的理化表征流程圖可以參考圖1a。根據產品及納米材料的性質，可以選擇不同階段的理化檢測項目，流程圖1b中給出了檢測項目示例。該理化表征可分為三個層次：納米原材料、醫療器械終產品中的納米材料、生物組織樣本中的納米材料（僅適用于生物組織吸收了應用納米材料的醫療器械釋放的納米材料；或者應用納米材料的醫療器械中的納米材料釋放并遷移到了生物組織樣本中）。

圖1 （a）應用納米材料的醫療器械理化性質表征流程圖；

（b）各階段理化性質表征的建議檢測項目。

開展應用納米材料醫療器械理化表征的第一步是對作為醫療器械生產的起始納米原材料和終產品中的納米材料進行理化表征，包括形態學、尺寸、團聚/聚集狀態、晶體結構、比表面積、化學組成與純度、表面特性等。通過同時表征的數據證明起始原料的表征數據與終產品中應用的納米材料是否相同。如果相同或者有數據闡明相似的材料具有足夠相似的理化性質，可以考慮采用這些數據來進行產品的風險評估。如果不同，則應以終產品的詳細表征數據為基礎進行風險評估。為了確保在同一工藝參數下，產品的質量差異在可接受的偏差范圍內，注冊申請人需對產品中的納米材料進行明確的穩定性和均一性評價。評價內容包括儲存、運輸、使用等過程中，納米材料受環境等因素影響，隨時間推移造成的幾何形態學、尺寸、聚集狀態、化學成分、氧化狀態等理化性質的變化。

需要強調的是，納米材料可能在加工過程中改變其表面化學，比如獲得新的或額外的表面分子，作用類似于涂層；或者氧化狀態改變等。鑒于這些潛在的表面改變，如有必要，注冊申請人應考慮納米材料在測試和/或使用的不同階段開展理化性質表征。

對于與人體有直接或間接接觸的醫療器械，納米材料的脫落和釋放風險是必須要考慮的。游離的納米材料或釋放的離子進入體內是可能引起在個體水平、組織水平以及細胞和分子水平上不良反應的關鍵因素。因此需要根據納米材料脫落/釋放的風險評估，對可能暴露的納米材料進行分析與理化表征，包括測量釋放元素的種類與釋放元素總量，以及測量釋放液中可能存在的納米顆粒以及離子濃度。需要指出的是：納米材料的脫落和釋放評價不僅限于體外評價，如適用，鼓勵注冊申請人同時開展體外和體內納米材料脫落和釋放評價研究，并將體外和體內研究結果相關聯。

產品使用過程中脫落或釋放的納米材料，以及由納米材料釋放的離子可隨血液系統或淋巴系統進入體內循環，并在組織器官中蓄積。納米材料在生物組織中的蓄積量、存在形式（顆�；蚱�降解產物）以及材料結構是否出現缺陷決定了其在體內的穩定性和潛在的生物安全性。因而如果從產品中脫落/釋放的納米材料有進入體內循環系統的風險，則有必要提供生物組織中納米材料的蓄積量數據，并證實其存在形式、結構等理化性質。

如本指導原則第二部分所述，在原材料質控、產品有效性研究、產品安全性研究、產品生產工藝和質量控制研究，以及產品臨床評價中，需要針對不同樣本中的納米材料進行適宜的理化表征。注冊申請人、科研人員、檢測人員，以及審評人員應當認識到，只有采用適合產品特點，并能最大限度保持或模擬產品與人體接觸暴露環境的理化表征手段，且試驗人員和評價人員具備足夠的納米材料相關知識的前提下，理化表征結果才能用于正確評價應用納米材料的醫療器械安全性和有效性。

例如，在開展納米銀敷料類產品理化表征時，應在總銀含量和可溶性銀含量的測定研究中，正確區分離子形式的銀和納米顆粒狀態的銀，同時需要區分銀的價態。目前，測定總銀含量的主流方法是經硝酸消解后采用ICP-MS方法分析。注冊申請人應考慮將經驗證的單顆粒ICP-MS、同步輻射方法、光電子能譜(XPS)、高光譜成像方法等，用于實際納米銀敷料產品的研究，以便區分釋放的銀是離子狀態還是顆粒狀態，以及銀的價態，同時借助原位、無損、高靈敏度的分析方法來明確生物轉運過程中銀的化學性質轉化，探討生物體銀的化學性質信息與生物效應的關系。

前期研究工作已證實納米材料有可能與蛋白質相互作用，形成蛋白冠，影響納米顆粒的各種生物學效應。在銀的釋放試驗中，如果僅采用簡單體外模型，例如采用不含蛋白的純水、PBS或生理鹽水研究銀的釋放/溶出，則無法反映臨床使用中實際創面及其滲出液存在蛋白或其他成分的復雜情況，特別是形成蛋白冠現象，應考慮這一因素對于產品中銀的釋放/溶出，以及進入體內的行為和生物學效應的影響。

應用納米材料的醫療器械理化表征和測量方法示例見附件1的表1，該表內容主要來源于GB/T 39261（ISO/TR 13014），以及ISO/TR 10993.22。注冊申請人應根據產品及納米材料特性選擇適合的理化表征方法組合。此外，如有必要，注冊申請人也應提供該表之外檢測方法獲得的額外信息以便進行風險評估。需要指出的是，當前大多數納米材料理化表征方法是針對科研或工業中應用的納米材料制訂的，并未采用實際醫療器械產品進行過納米材料表征或者生物樣本中納米材料表征的驗證和優化。因此，注冊申請人在采用相關標準方法開展理化表征研究時，需對所采用的方法是否適用于應用納米材料的醫療器械進行驗證，充分考慮所采用的方法中不適用部分的改進和優化。

四、現行可用標準簡介

目前，針對納米材料或納米技術的國內標準（包括國家標準、行業標準、地方標準、團體標準）有近200個。其中涉及理化表征的技術方法類或指南類標準約有100個，均可選擇性地被用于應用納米材料的醫療器械理化表征檢測。另外，還有很多并非針對納米材料或納米技術的方法標準也可用于應用納米材料的醫療器械理化表征檢測。附件1的表1中盡可能收集了納米材料理化表征相關的標準。但注冊申請人、檢測機構，以及審評部門應根據應用納米材料的醫療器械預期用途、結構組成、作用機理、與人體的暴露途徑/時間、納米材料在醫療器械中的存在形式等因素，綜合考慮上述標準是否適用于醫療器械中的納米材料表征。

目前，國家藥監局已發布了三項專門針對應用納米材料的醫療器械行業標準，分別是YY/T 1295《醫療器械生物學評價 納米材料：細菌內毒素試驗》、YY/T 0993《醫療器械生物學評價 納米材料：體外細胞毒性試驗（MTT試驗和LDH試驗）》，以及YY/T 1532《醫療器械生物學評價 納米材料 溶血試驗》，其中都涉及到對于納米材料理化表征的相關要求。YY/T 1863《納米醫療器械生物學評價 含納米銀敷料中銀顆粒和銀離子的釋放與表征方法》行業標準即將發布，該標準給出了具體的釋放試驗方法與表征方法。

此外，已發布的GB/T 38261《納米技術 生物樣品中銀含量測量 電感耦合等離子體質譜法》標準適用于各種生物組織中銀含量的定量測量。

五、縮略語和術語表

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七、編寫單位

本指導原則由國家藥品監督管理局醫療器械技術審評中心牽頭，國家納米科學中心、中國食品藥品檢定研究院參與編寫，由國家藥品監督管理局醫療器械技術審評中心負責解釋。

附件1

醫療器械中應用的納米材料理化表征方法及相關標準

預期在醫療器械中應用的納米材料理化性質表征參數及方法

附件2

常用納米材料理化表征方法簡介及表征實例

各種表征方法的測試原理不同，因而不同方法具有其局限性。例如，沒有一種單一方法可以實現所有納米材料全尺寸范圍的粒度測量，而且不同方法對同一樣品測量也會給出不同的粒徑分布。這就是EFSA和SCCS都在其指南中要求至少兩種尺寸測量方法、其中一種應是電子顯微鏡方法的原因之一。遵循這一原則，醫療器械中應用的納米材料表征也要符合同樣的要求。對于塊體形式的材料（物質），已經有國際接受的鑒別和測量標準，其中一些方法可用于（或經調整后用于）納米材料檢測和表征。需要指出的是，下面的常用表征方法并非窮舉。納米材料/納米技術在醫療器械中的應用是一個新興的領域。注冊申請人、科研機構、檢測機構等可根據醫療器械中應用的納米材料特點，制定更為適合的表征方法。但應提交完整的方法學研究/驗證資料。

1.電子顯微技術

電子顯微技術是最為常見的可用方法之一。掃描電子顯微鏡法(SEM)和透射電子顯微鏡法(TEM)是兩種典型的電子顯微成像技術方法，這兩種顯微技術方法都使用電子或電子束獲得高空間分辨圖像。在分辨率方面，TEM一般能達到0.1 nm，能夠在實現納米材料的高分辨形態學成像的同時實現對其晶格、晶相的分析，而SEM的分辨率只能到～1 nm。然而，TEM成像要求樣品厚度非常薄(通常小于100 nm)，對于固態醫療器械樣品需要經滲透、包埋等處理后，進行切片制樣。而SEM無需特殊制樣，且圖像具有更好的場深，但是成像會受表面荷電效應影響。SEM和TEM示例見圖1和圖2。

圖1 某種含銀導管的氧化銀固體原材料表面形態學的SEM圖片及粒徑分布統計。

數據來源：國家納米科學中心。

圖2 某種市售20 nm納米銀顆粒的TEM照片及粒徑分布統計。

數據來源：GBT 36083。

掃描透射電子顯微鏡法(STEM)為透射電子顯微鏡法提供了新的成像方式。在STEM中，一束精準聚焦的電子束通過光柵掃描在樣品上，然后收集成像信號（包括透射束的強度、二次電子發射，以及彈性散射電子等）。STEM的典型空間分辨率優于1 nm，在高分辨系統中可能達到約0.1 nm。在SEM和STEM成像中，可對不同點進行EDS或者EELS掃描獲得化學組成信息。因此，通過不同分析方法的組合，可獲得尺寸、形狀、結構、組成以及表面特性等重要信息。SEM-EDS示例見圖3。

圖3 某含銀敷料中銀元素分析(SEM-EDS)。

數據來源：國家納米科學中心。

常規的電子顯微技術僅適用于低揮發性的牢固顆粒，而環境電子掃描電子顯微鏡法（ESEM）克服了一些分析環境限制，該方法允許帶有一定揮發性成分的樣品進行表征。ESEM示例見圖4。

圖4 含納米銀顆粒的殼聚糖凝膠的ESEM圖片。（a-c）分別代表銀納米顆粒的不同濃度0.1 wt%、0.05 wt%和0.025 wt%。

數據來源：Characterization and biocompatibility of chitosan gels with silver and gold nanoparticles. J Nanomater, 2014, 543419。

2.掃描探針顯微鏡法（SPM）

SPM利用探針在表面掃描實現成像。最初SPM的發展利用了位于導電樣品和懸在其表面上方幾個埃的探針之間的電子隧道電流，這可以埃的分辨率繪制形態學特征（即掃描隧道顯微鏡法STM）。利用不同的高度反饋機制發展了多種不同原理的SPM，包括原子力顯微鏡法（AFM）、磁場力顯微鏡法（MFM）、側向力顯微鏡法、剪切力顯微鏡法等。所有方法可在一系列環境中使用，包括大氣條件、液體沉浸和真空。

AFM測量既可以在探針接觸樣品的狀態下運行（接觸式AFM），也可以在探針懸空狀態下進行（間距數個納米或更大，即非接觸式AFM）。AFM可以表征形態學、尺寸、摩擦力特性以及其他力。相比于SEM，AFM有幾個優點：（1）能提供三維表面形態學；（2）樣品不需要任何特殊處理（例如金屬/碳包被）；（3）成像不受到電荷偽影的影響；（4）可在空氣、液體環境中工作。

AFM也具有其劣勢，如：（1）成像高度范圍一般為10-20 μm；（2）最大掃描面積約為10 μm×10 μm；（3）針尖磨損情況成像容易出現重影。AFM示例見圖5。

圖5 某種市售20 nm納米銀顆粒的表面形態學AFM圖片及粒徑分布統計。數據來源：GB/T 36083。

3.小角X射線散射(SAXS) 法

SAXS和超小角X射線散射 (USAXS) 法屬于用來表征材料的X射線散射技術類別。SAXS是一項小角散射（SAS）技術，物質納米尺度內的電子密度差異產生的非常小角度范圍（典型為0.1-10°）的X射線彈性散射。這一角度范圍包含關于大分子形狀和尺寸、部分有序材料的特征距離、孔徑，以及其他數據的信息。SAXS可以傳遞介于5到25 nm之間的大分子結構信息。USAXS可以處理更大的尺度。SAXS示例見圖6。

圖6 利用光致還原法在水-油微乳液中制備的銀納米顆粒時間分辨的SAXS散射強度（a）以及預估的粒徑分布（b）。

數據來源：Combined small-angle neutron scattering/small-angle X‑ray scattering analysis for the characterization of silver nanoparticles prepared via photoreduction in water-in-oil microemulsions. Langmuir 2021, 37:13085−13098

4.光散射法

動態光散射（DLS）法和顆粒跟蹤分析（PTA）法都測量納米顆粒的布朗運動，其運動速度或擴散系數通過斯托克斯-愛因斯坦方程與粒徑相關聯。

DLS測量基于入射光通過溶液中的顆粒時發生散射，散射光產生多普勒位移，由于顆粒的布朗運動，通過測定散射光頻率與入射光頻率之差，得到布朗運動產生的平移擴散系數，然后通過斯托克斯-愛因斯坦方程獲得顆粒尺寸。測量粒徑時，需注意低濃度顆粒樣品因為沒有足夠的散射光強度進行測量可能無法獲得準確的水合粒徑分析結果，使用者需要根據樣品中的顆粒的實際情況確定最小的測試濃度。另外該法通常適用于直徑>3 nm的顆粒。DLS示例見圖7。

 PTA可以在液體混懸體系中逐個追蹤納米顆粒的布朗運動軌跡，然后應用斯托克斯-愛因斯坦方程來確定粒徑。PTA同時可以獲得顆粒計數，因此能獲得顆粒數量濃度。PTA可用于分析多種組成類型的復雜和多分散樣品，其測量粒徑的范圍通常為10 nm- 2000 nm；顆粒數量濃度的測量范圍通常為10⁶-10⁹ 個/mL。由于PTA方法的準確性與樣品的顆粒大小、濃度、種類、分散性、分散介質黏度等相關，所以對于不同的含納米材料的樣品，其檢測上下限會有很大的差異�？赏ㄟ^預試驗對樣品溶液的系列稀釋液進行測量，以評估該樣品適合PTA測量的最佳濃度。PTA示例見圖8。

圖7 某種市售20 nm納米銀顆粒（濃度為20 μg/mL）在不同介質中的平均粒徑及粒徑分布（DLS）。（a）介質為水；（b）介質為含血清培養基。

數據來源：國家納米科學中心。

圖8  PTA測量納米顆粒平均粒徑。

數據來源：國家納米科學中心。

5.電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）

ICP-MS是以等離子體為離子源的一種質譜型元素分析方法，適用于痕量到微量重金屬元素的分析，其測量過程包括：樣品由載氣引入霧化系統進行霧化后，以氣溶膠形式進入等離子體中心區，在高溫和惰性氣體中被去溶劑化、汽化解離和電離，轉化成帶正電荷的正離子，經離子采集系統進入質譜儀，質譜儀根據質荷比進行分離，根據元素質譜峰強度測量樣品中相應元素的含量。主要用于多種元素同時測定，特別適用于微量或痕量重金屬元素測定。

在應用納米材料的醫療器械的元素含量分析以及使用過程中的脫落和釋放評價中，ICP-MS都是十分重要的分析方法。醫療器械材質種類繁多，需選用適合的酸消解體系對其進行徹底消解，通過內標法等方法謹慎消除復雜基質對分析方法的影響，并利用加標法對系統方法回收率進行評價，以獲得準確的定量分析結果。ICP-MS在應用納米材料的醫療器械中的表征示例見圖9。

圖9某種市售含銀涂層導尿管中可溶性銀釋放量測量

（介質為模擬體液）。

數據來源：國家納米科學中心。

在單顆粒模式中（即單顆粒電感耦合等離子體質譜法，spICP-MS），懸浮顆粒進入ICP離子源時是不連續的，中間會有短暫的時間間隔，因此每個顆粒產生的離子云會在不同時間被檢測到。利用顆粒產生離子云的不連續性可分離出單個顆粒的離子云信號，從而實現顆粒計數。單個顆粒含有某元素的質量與其“離子云”中檢測到的該元素離子數量成正比，因此可獲得顆粒的粒徑信息。spICP-MS需要使用標準納米顆粒材料進行校準，如無法獲得標準納米顆粒材料，也可以使用與待測元素相同的離子標準溶液進行校準。該方法測得的顆粒數量濃度范圍為10⁶-10⁹個/L。該方法檢測水溶液中的無機納米顆粒的粒徑范圍通常為10 nm-100 nm （也可檢測到更大的顆粒粒徑1000 nm- 2000 nm）。spICP-MS示例見圖10。

圖10 pICP-MS測量60 nm 納米金顆粒（NIST RM 8013）�；疑珵�spICP-MS結果，紅色曲線為TEM測量結果。

數據來源：Capabilities of single particle inductively coupled plasma mass spectrometry for the size measurement of nanoparticles: a case study on gold nanoparticles, Anal. Chem. 2014, 86, 3405–3414。

6.X射線光電子能譜（XPS）法和俄歇電子能譜（AES）法

高能量的電子束（或X射線）激發樣品使原子內殼層上的束縛電子發射出來，外層高能量電子躍遷到內層填補空穴并釋放能量。一種以光電子形式的輻射，通過檢測光電子的能量和強度，可以獲得有關材料表面化學成分和結構的信息，該測量方法即為XPS方法。另一種則是將該能量轉移給另一個電子，使其從原子中激發出來，形成具有特征能量的俄歇電子，通過檢測俄歇電子的能量和強度，也可以獲得有關材料表面化學成分和結構的信息，該測量方法即為AES方法。

XPS可檢測氦之后所有元素，獲得優異的化學位移等化學信息，具有廣泛的比對數據庫，易分析。但是空間分辨率低（10 μm），且對于結合能位移變化較小的元素價態分析困難較大。

AES可檢測所有元素，且化學位移較大，對結合能變化小的特殊元素價態分析更具優勢；空間分辨率約為20 nm。但常規元素的化學態及定量分析靈敏性較XPS低，化學位移理論分析較困難，缺乏廣泛的信息比對數據庫。

XPS和AES示例見圖11圖12

圖11堿金屬摻雜的二氧化錳納米花Mg-MnO₂, Na-MnO₂, and K-MnO₂的XPS譜圖。

數據來源：上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院-上海生物材料研究測試中心。

圖12某種含銀敷料及與不同體液（汗液和傷口滲出液）接觸后的AES圖譜。AgCl和銀箔為對照。

數據來源：Chemical and physical transformations of silver nanomaterial containing textiles after modeled human exposure. NanoImpact. 2019, 14C, 100160。

7.電子能量損失譜（EELS）法

當入射電子束照射試樣表面時，將會發生入射電子的背向散射現象，背向散射返回表面的電子由兩部分組成，一部分沒有發生能量損失，稱為彈性散射電子，另一部分有能量損失，稱為非彈性散射電子。如果非彈性散射電子的特征能量不但同物質的元素有關，而且同入射電子的能量有關，則稱它為特征能量損失電子。如果在試樣上檢測能量損失電子的數目按能量分布，就可獲得一系列譜峰，稱為電子能量損失譜，利用這種特征能量電子損失譜進行分析，稱為電子能量損失譜（EELS）法。EELS可做包括氫在內的指紋鑒定，也可做表面結構分析。

8.X射線衍射（XRD）法

當一束單色X射線入射到晶體時，晶體中周期排布原子（原子上的電子）產生的散射波可相互干涉而疊加，產生衍射現象。即當晶面間距產生的光程差等于波長的整數倍時，滿足布拉格方程，晶面的衍射加強。因此，晶體所產生的衍射花樣都反映出晶體內部的原子分布規律。XRD示例見圖13。

圖13某種含銀敷料中銀顆粒XRD表征。A1-A5為該敷料樣品不同區域取樣。結果表明，該敷料樣品顆粒分布較均勻，包含單質銀和

氧化銀晶體, 并以單質銀晶體為主。

數據來源：國家納米科學中心。

9.氣體吸附BET法

氣體吸附法是在朗格繆爾（Langnuir）的單分子層吸附理論的基礎上，由Brunauer、Emmett和Teller等三人進行推廣，從而得出的多分子層吸附理論（BET理論）方法，因此又稱BET法。常用的吸附質為氮氣，對于很小的表面積也用氪氣。在液氮或液態空氣的低溫條件下進行吸附，可以避免化學吸附的干擾。BET法只適用于II型（分散、無孔或大孔固體）和IV型（介孔固體，孔徑在2 nm-50 nm之間）的吸附等溫線。BET法示例見圖14。

圖14某種含銀敷料的比表面積表征（BET法）

（0.4673 ± 0.0010 m²/g）。

數據來源：國家納米科學中心。

10.紅外吸收光譜法

紅外吸收光譜是由分子的振動/轉動或晶格振動躍遷引起的紅外波段光吸收譜。每種分子都有由其組成和結構決定的特征紅外吸收光譜，據此可以對分子進行結構分析和鑒定。紅外光譜通常使用傅里葉變換光譜儀測量（即傅里葉變換紅外光譜，FTIR）。紅外光譜技術測量各種氣體、固體、液體樣品的吸收、反射光譜等，以及進行定性和定量分析。FTIR示例見圖15。

圖15表面修飾聚吡咯烷酮（PVP）的40 nm納米銀顆粒

（AgNPs-PVP）的FTIR譜圖。

數據來源：國家納米科學中心。

11.拉曼光譜法

拉曼光譜是分子振動光譜的一種，其原理是激發光的光子與材料的晶格振動相互作用產生的非彈性散射光譜，可用來對材料進行指紋分析。拉曼光譜作為一種靈活、無損且高靈敏的光譜表征方法，可廣泛用于樣品結構和成分表征，并可測量多種類型樣品，如固體粉末、液體、纖維、高聚物等，但有色物質或有熒光的物質難以測定。拉曼光譜法示例見圖16。

圖16 壁碳納米管拉曼光譜譜圖, 激光波長785 nm。

數據來源：GB/T 32871。

12.紫外可見吸收光譜 (UV-Vis) 法

UV-Vis是利用物質分子對紫外-可見光的吸收光譜，對物質組成結構及含量進行分析測定的常用表征方法。如半導體量子點納米晶體的帶邊吸收峰值與其晶體粒徑有直接對應關系；帶邊吸收峰的高度與納米晶體分散液的濃度有關；峰形與粒徑分布有關。通過測量一定尺寸范圍內的半導體量子點納米晶體的UV-Vis吸收光譜，就可以獲得該尺寸范圍內量子點的粒度及粒度分布（參考國標GB/T 24370）。由于納米材料的特征吸收峰的位置與其尺寸有關，所以樣品制備時需選擇合適的方法。如單壁碳納米管直徑小于1.4 nm時，應采用液體分散法制樣；直徑不小于1.4 nm或直徑未知時，應采用固體薄膜分散法制樣（參考國標GB/T 39114）。而測量金納米棒的長徑比時，可制備成金納米棒水溶膠（參考國標GB/T 24369.1）。UV-Vis示例見圖17。

圖17 某種市售20 nm納米銀顆粒的UV-Vis圖譜。

數據來源：GB/T 36083。

13.分子熒光光譜 (MFS) 法

當物質分子吸收了特征頻率的光子，就由原來的基態能級躍遷至電子激發態的各個不同振動能級。激發態分子經與周圍分子撞擊而消耗了部分能量，迅速下降至第一電子激發態的最低振動能級，并停留約10^-9秒之后，直接以光的形式釋放出多余的能量，下降至電子基態的各個不同振動能級，此時所發射的光即是熒光。根據物質發射的熒光強度與濃度之間的線性關系可以進行物質定量分析；根據熒光光譜的形狀與熒光峰對應的波長可以進行物質的定性分析。

14.X射線吸收精細結構譜(XAFS)法

XAFS可提供被探測原子的化學狀態和配位環境等有價值的信息，具有高靈敏的化學形態解析能力，可清晰表征生物過程中細胞內銀元素的化學形態轉化，是建立構效關系和探討機理研究的重要分析手段。XAFS分為三個部分，邊前區(Pre-edge)、近邊區(XANES)和擴展邊(EXAFS)。XANES可以得到吸收原子的電子結構，包括價態、對稱性、軌道占據等信息；EXAFS可以得到吸收原子周圍配位信息，包括配位原子種類、鍵長、配位數、無序度等。示例見圖18，利用XAFS發現納米銀由單質轉變為銀硫鍵，而后者是誘導細胞毒性的主要形式，導致細胞的氧化應激及線粒體凋亡途徑。

圖18  ANES揭示細胞內納米銀的化學形態與轉化。

數據來源：國家納米科學中心。

附件3

美國食品藥品管理局（FDA）納米技術

實驗室介紹及理化表征設備清單

為了支持和促進涉及納米技術的監管科學研究，并應對FDA所有產品中心的監管挑戰，FDA于2011年建立了兩個納米技術核心設施。一個位于馬里蘭州的FDA總部，另一個位于阿肯色州的Jefferson實驗室。

位于阿肯色州的納米技術核心設施（NanoCore）是由NCTR，FDA監管事務辦公室阿肯色實驗室（ORA/ARKL）和美國衛生和公眾服務部國家毒理學計劃（NTP）共同建設的。它支持NCTR和ORA的監管科學研究，并支持其他FDA中心的工作，包括CDER、CFSAN和CDRH。

NanoCore設施在光譜、粒徑、表面組成、穩定性分析和表征、元素分析、顯微鏡、分離/分餾，以及色譜法等方面擁有目前最先進的設備，以滿足NCTR和ORA/ARKL研究人員和從事納米技術分析的研究人員的需要。

位于美國食品和藥物管理局馬里蘭州總部園區的先進表征設施包括許多阿肯色州納米核心設施中所擁有的同類型最先進儀器，可供常駐和到訪的FDA科學家使用。該設施由CDRH科學和工程實驗室辦公室的研究小組成員運營和管理。先進表征設施的工作重點是開發和改進方法、工具和方法，以改進和加強對醫療產品中人造納米材料的物理化學表征、安全性和有效性的評估。

納米技術核心設施，Jefferson實驗室，阿肯色州，一個由NCTR、ORA，以及NIEHS/NTP合作以支持監管科學研究的實驗室

納米核心設備：

電子顯微鏡

• JEOL 2100 透射電子顯微鏡 (TEM)配EDS探測器(STEM)

• JEOL 1400 TEM配EDS探測器

• 兩臺Zeiss MERLIN掃描電子顯微鏡(SEM)，第一臺配備兩個EDAX EDS探測器(30-mm²芯片)以及一個EDAX WDS探測器用于元素分析/elemental analysis/mapping

第二臺配備可選的Gatan 3View2XP (原位超顯微切片機)以實現軟物質的大體積三維重建

• JEOL JSM 6610LV SEM配備EDS探測器

• Delong America 低電壓電子顯微鏡(LVEM25)

原子和光學顯微鏡

• Asylum Research MFP-3D原子力顯微鏡(AFM)

• Veeco diCaliber掃描探針顯微鏡

• Nikon Eclipse Ti-U 倒置顯微鏡配備落射熒光照明器

• Horiba-Jobin-Yvon Confocal Lab高分辨拉曼顯微鏡配備拉曼和傅里葉紅外探測

• CytoViva Darkfield 超光譜成像系統

• CytoViva Brightfield 超光譜成像系統

光譜儀

• Perkin-Elmer Lambda 45 紫外可見光譜儀

• Perkin-Elmer LS 55 熒光光譜儀

• Perkin-Elmer Spectrum 400 紅外光譜儀

• PicoQuant FluoTime 200 高性能熒光壽命光譜儀

• Beacon 2000 變溫熒光極化系統

• NS3 用于單壁碳納米管分析的拉曼、熒光及吸收裝置

粒徑分析和表征

• Malvern Zetasizer Nano ZS

• Malvern Mastersizer 3000

• Two Nanosight LM-10HS 納米顆粒徑跡分析儀配備紅或綠/藍激光模組

• Sympatec NanoPhox 光子互相關探測器

• Brookhaven ZetaPALS Zeta電勢和粒徑分析儀

• Izon QNano

• Beckman Coulter 表面積和孔徑分析儀SA3100

• Quantachrome Instruments Autosorb iQ2自動氣體分析儀

元素分析

• Thermo Scientific X Series 2 電感耦合等離子-質譜儀 (ICP-MS)配備一臺New Wave Instruments UP-213 紫外激光消解制樣系統

• 兩臺Agilent 7700-X ICP-MS; 單獨使用或與一臺高效液相色譜或毛細電泳系統聯用

• Agilent QQQ ICP-MS

• Perkin Elmer ICP-MS

• CEM MARS-Xpress 微波加速反應系統 (n=3)

• CEM Discover SP-D 微波消化系統

• Rigaku X射線熒光 (XRF) Primus II Analyzer

• Innov-X 5000 便攜式XRF分析儀

• Bruker D2 Phaser X射線衍射系統

分離/分餾設備

• Agilent 7100 毛細電泳系統

• 兩臺Agilent 1260 制備型二元泵高效液相色譜 (HPLC)系統配備分餾收集器、二極管陣列紫外-可見探測器，以及熒光探測器、折射率探測器、蒸發光散射和帶電氣溶膠探測器。

• 沃特斯超高效液相色譜法QQQ 質譜儀(UPLC-MS)

• 兩臺Wyatt Technology Eclipse 3+ 非對稱流場分餾 (AFFF)系統配備Dawn Heleos--II 多角度光散射探測器 (以及Optilab T-rEX折射率分析儀)

• GE 快速蛋白質液相色譜系統(FPLC)

• Postnova 離心流場分餾系統配備MALLS和紫外-可見探測器

• CPS 碟式離心系統

附加設備

• CH Instruments 630D 電化學分析儀

• Cambridge VISCOpro 2000 粘度計

• DNA SpeedVac 濃縮器/蒸發器

• Qiagen 組織破損儀 (n=2)

• Thermo Scientific Sorvall WX 超離心

• BioTek Synergy 2 酶標儀

• CEM Discover SP/Explorer 雜交合成系統

• TSI 電噴霧氣溶膠發生器/氣溶膠采樣器

先進表征設施，FDA總部，馬里蘭州

一個由CDRH、CDER、CBER，以及CFSAN合作以支持監管科學研究的實驗室

先進表征設備

• 透射電子顯微鏡 (TEM)

• 掃描電子顯微鏡 (SEM)

• 原子力顯微鏡 (AFM)

• 電感耦合等離子-質譜 (ICP-MS)

• 激光消解系統

• 離子色譜儀

• TEM柵極輝光放電器

• 渦輪泵濺射旋涂機

• TEM柵極柱塞式冷凍機

• 超微切片機

• 微波組織包埋機

• 微波消化系統

• 動態光散射和Zeta分析儀

• Nanosight粒徑分析儀

• qNano 可調電阻式脈沖傳感粒子分析儀