在2026年数字健康的浪潮中，可穿戴设备正在完成从“数步数的电子玩具”到“临床级诊断工具”的身份蜕变。正如FDA近期发布的监管新规所强调的：一旦设备宣称具有血压监测、心电图分析或慢性病筛查等医疗功能，它便进入了严苛的医疗器械监管范畴。
足以决定产品成败的材料安全问题不可忽视。
对于长期、甚至累积接触超过30天的可穿戴设备（如智能戒指、动态心电贴、医疗级表带），材料中的化学成分是否会迁移至人体？是否会诱发皮肤致敏或全身毒性？
这正是化学表征（Chemical Characterization, ISO 10993-18/GB/T 16886-18）的核心任务。
一、 为什么化学表征是生物学评价的“第一基石”？
根据 ISO 10993-1:2018（医疗器械生物学评价：风险管理过程中的评价与试验），生物学评价不再是简单地“勾选”动物试验，而是强调基于风险的逻辑。
1.1 从动物试验转向化学分析
传统的生物相容性评价依赖于皮肤刺激、致敏等动物试验。然而，FDA和NMPA近年来显著加强了对ISO 10993-18、GB/T 16886-18的重视。其逻辑是：如果你能通过化学分析的方法证明器械中没有任何具有潜在毒性的物质浸出，那么就可以科学地豁免部分昂贵的、高耗时的动物试验。
1.2 可穿戴设备的特殊性
可穿戴设备通常属于“表面接触、长期接触（>30天累积）”的器械。其风险不仅来源于聚合物基材（如硅橡胶、氟橡胶），更来源于：
- 助剂： 塑化剂、抗氧剂、硫化剂。
- 残留单体： 如未完全反应的异氰酸酯或丙烯酸酯。
- 外来污染物： 加工过程中的脱模剂或清洗剂。
- 金属离子： 如表壳或触点中的镍（Nickel）释放。
二、 监管体系下的要求：基于风险的 E&L 研究
2.1 可提取物（Extractables）与浸出物（Leachables）
对于医疗级可穿戴设备，重点关注其 E&L 试验：
- 可提取物（Extractables）： 在极端条件下（如高温、溶剂）从材料中提取出的所有化学物质。这代表了该材料可能存在的“风险上限”。
- 浸出物（Leachables）： 在临床模拟使用条件下，从设备中迁移到皮肤上的物质。对于可穿戴设备，通常使用人工汗液进行模拟。
2.2 毒理学阈值（AET）的引入
FDA 要求建立 分析评价阈值（Analytical Evaluation Threshold, AET）。任何高于该阈值的未知化学物质都必须进行定性定量的结构鉴定，并进行毒理学评估。这意味着实验室的灵敏度必须达到ppm甚至ppb级别。
2.3 特殊物质审查：镍释放与致敏
针对皮肤接触，FDA 对镍（Nickel）的释放极其敏感。如果金属部件接触皮肤，必须参照欧盟 EN 1811 标准进行镍释放量测试，以防止接触性皮炎。
三、 化学表征的标准化与技术审查
3.1 物理化学信息收集的要求
NMPA 要求申请人提供详尽的材料清单（BOM），包括：
- 每种原材料的化学名称、CAS 号。
- 供应商提供的材料安全数据表（MSDS）。
- 加工过程中添加的色母粒或油墨的化学成分。
3.2 化学表征的技术路径
一个专业的化学表征方案通常包含以下四个阶段：
阶段 1：材料表征（Fingerprinting）
利用 FTIR（红外光谱） 或 DSC（差示扫描量热法） 对表带、背壳等聚合物进行指纹图谱分析，确认其化学结构的稳定性。
阶段 2：提取试验（Extraction）
根据 ISO 10993-12 规定，选择极性（如水）、中性（如异丙醇）和非极性（如正己烷）溶剂。对于可穿戴设备，人工汗液是必选的模拟介质。
阶段 3：仪器分析（Instrumentation）
这是化学表征的核心，通常采用三位一体的检测方案：
- GC-MS（气相色谱-质谱联用）： 用于检测挥发性和半挥发性有机物（如残留溶剂、小分子助剂）。
- LC-MS（液相色谱-质谱联用）： 用于检测不挥发性有机物（如高分子量抗氧剂、低聚物）。
- ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）： 用于精确测量微量金属元素（如铬、镍、砷、铅）。
阶段 4：毒理学风险评价（Toxicological Risk Assessment, TRA）
这是将化学数据转化为监管结论的关键步骤。毒理学家会根据 ISO 10993-17、GB/T 16886-17，计算每种检出物质的可耐受接触水平（TCL）或可耐受摄入量（TI）。
- 如果暴露量 < TI，则认为风险受控。
- 如果暴露量 > TI，则需要通过重新设计材料或增加清洗工艺来降低风险。
3.3 与临床评价的结合
对于含有新材料或非常规材料的可穿戴设备，NMPA 往往要求通过化学表征数据来论证其与境内已上市产品的等同性。如果化学表征结果显示浸出物种类或浓度高于对比产品，则必须补充毒理学风险评价。
四、 行业挑战：可穿戴设备的特殊难点
在医疗级可穿戴设备的监管审批中，化学表征（ISO 10993-18）的深度直接决定了毒理学风险评价（TRA）的可信度。由于可穿戴设备长期与人体皮肤接触，并受汗液、摩擦及皮温的影响，其化学表征面临着比普通植入物更复杂的“微环境”挑战。
4.1 复杂胶粘剂体系：单体残留与致敏风险
贴片式监测设备（如动态血糖仪CGM、贴片式心电图）大量使用医用压敏胶（PSA）。胶粘剂是化学表征中最具挑战的组分。
- 考察重点化合物：
- 残留单体： 如丙烯酸类单体（Acrylic acid）、异冰片基丙烯酸酯（IBOA）、2-羟基乙基丙烯酸酯（HEMA）。这些物质是已知的强致敏原。
- 光引发剂： 如 1-羟基环己基苯基酮，常用于紫外固化工艺。
- 增粘剂： 松香树脂衍生物或合成聚合物。
- 毒理学阈值要求：
- 由于皮肤过敏属于非剂量依赖性反应的阈值评估较为复杂，通常需结合 ISO 10993-10 或 10993-23。但在化学表征中，若单体迁移量超过 1.5 ug/day（基于 TTC 阈值的致敏保守估计），FDA 通常会要求补充具体的致敏性临床评估数据。
4.2 聚合物助剂的迁移：从“加工”到“暴露”
表带（硅胶、TPU）和外壳材料在加工中会引入大量功能性添加剂。
- 考察重点化合物：
- 硫化剂及副产物： 硅橡胶若采用过氧化物硫化，会产生对氯苯甲酸等极性浸出物。
- 塑化剂： 邻苯二甲酸酯类（DEHP, DBP等），这是 NMPA 审评中的“必问项”。
- 抗氧剂与稳定剂： 如 BHT（2,6-二叔丁基对甲酚）或亚磷酸酯类。
- 风险方法与限度：
- 针对全身毒性： 需计算安全边际（Margin of Safety, MoS）。MoS= TI / EED。
- TI（允许摄入量）：基于数据库中该化合物的 NOAEL（无可见有害作用水平）除以不确定系数得出。
- EED（估计暴露剂量）：由化学表征测得的迁移浓度推算。
- 要求： 通常 MoS > 1 被认为风险可接受，但 FDA 在实际审查中往往倾向于要求 MoS > 10或 100。
- 针对全身毒性： 需计算安全边际（Margin of Safety, MoS）。MoS= TI / EED。
4.3 汗液介质下的金属离子释放
可穿戴设备的充电触点、金属传感器及装饰件长期暴露于含有电解质的汗液中，易发生电化学腐蚀及离子迁移。
- 考察重点化合物： 镍（Ni）、铬（Cr）、钴（Co）。
- 限度要求：
- 镍释放量（Nickel Release）： 参照欧盟 EN 1811。对于长期接触皮肤的部件，限度为 0.5 ug/cm^2/week。
- 若用于儿童或粘膜接触（如耳部监测设备），该限度会进一步收紧至 0.2 ug/cm^2/week。
- 风险评估方法： 使用人工汗液（Artificial Sweat）进行动态浸提，通过 ICP-MS 检测不同时间点（1d, 7d, 15d, 30d）的浓度变化趋势。
可穿戴设备的特殊要求： 由于皮肤具有一定的屏障作用，部分企业试图申请“皮肤阻隔系数”来放宽阈值。但目前 NMPA 审评中心（CMDE） 通常持保守态度，除非能提供详尽的皮肤渗透性（In vitro skin permeation）研究数据，否则仍需严格按照全身暴露风险进行评估。
总结：迈向临床的“最后一步”
对于“医疗级”可穿戴设备而言，化学表征不再仅仅是一份实验室报告，而是一套基于科学的证据链。
- FDA 关注： AET 的计算是否科学？是否漏掉任何 $\mu g$ 级的未知峰？MoS 计算是否保守？
- NMPA 关注： 原材料 BOM 表是否透明？是否含有禁用邻苯二甲酸酯？化学等同性对比是否充分？
结论：合规先行，定义“医疗级”
在2026年的竞争格局下，一份符合监管要求的化学表征报告，不再仅仅是监管准入的“通行证”，更是品牌建立技术护城河的证明。
对于开发者而言，在设计初期就介入材料的化学安全评估，不仅能大幅降低动物试验的伦理成本与资金投入，更能有效避免产品上市后因皮肤过敏反应而导致的巨额召回风险。
“医疗级”不只是一个营销术语，它是每一处分子界面都经过科学验证的安全承诺。
