运用lCP法分析宫内节育器用铜原材料的体外铜离子释放特性

陆 华，丁婷婷，姚天平，孙 皎

1 上海交通大学医学院附属第九人民医院，上海生物材料研究测试中心，上海市，200023

2 上海市医疗器械检测所，上海市，201318

运用lCP法分析宫内节育器用铜原材料的体外铜离子释放特性

【作 者】陆 华1，丁婷婷1，姚天平2，孙 皎1

1 上海交通大学医学院附属第九人民医院，上海生物材料研究测试中心，上海市，200023

2 上海市医疗器械检测所，上海市，201318

目的 运用ICP法分析宫内节育器用铜原材料的体外铜离子释放特性，分析形状及纯度与铜释放量之间的关系。方法 将铜原材料按100倍比例稀释浸泡于37.0±0.5 ℃模拟宫腔液中，定期换液并收集，ICP测定其铜离子浓度。结果 单天铜离子的最大释放量均出现在7 d内，99.95%与99.99%的铜丝其铜离子释放量没有明显差异（P ＞0.05），早期铜丝的铜离子释放量远大于铜管（P＜0.01)，第56 d时各组铜释放量趋于稳定。结论 ICP法能有效分析铜离子的释放特性，在相同面积下，铜丝的铜离子释放量比铜管更大。

含铜宫内节育器用铜原材料；模拟宫腔液；铜离子释放；电感耦合等离子体原子发射光谱仪

0 引言

宫内节育器（Intrauterine device, IUD）作为一种长期有效、可逆的避孕器具已成为广大育龄妇女最重要的节育工具。但是随着含铜宫内节育器（Cucontaining Intrauterine device, Cu-IUD）的大量应用，副反应如出血、感染、腹痛、腰痛等的发生率仍然较高。这主要是因为铜离子的大量释放产生的强腐蚀性导致宫腔组织处于长期的慢性炎症状态[1]，如何有效解决铜离子的暴释现象仍然是亟需解决的问题。曹变梅等[2]采用火焰原子吸收法测定不同含铜宫内节育器在模拟宫腔液中的铜离子释放，发现前期各种含铜宫内节育器都有不同程度的暴释现象，其中TCu380AIUD的铜离子的暴释现象最严重，这与TCu380A-IUD的铜表面积最大有直接的关系。后期各种含铜宫内节育器的铜离子释放趋于平缓。运用火焰原子吸收法可测得各种含铜宫内节育器的铜离子的释放浓度，但铜离子释放量与时间之间无必然的因果关系，且宫腔这一特定的环境是非常复杂的，因此体外实验只适于短期预测，不可外推时间过长。而目前对IUD中的关键组成——铜原材料的铜离子释放特性尚缺乏充分的认识，且对铜离子释放量的检测技术也没有相关标准。本研究选择了不同形状、不同纯度的IUD用铜原材料，将其置于模拟宫腔液中浸泡60 d，探讨不同浸

泡时间内的铜离子的释放规律，揭示Cu-IUD的铜纯度、铜形状与铜释放量之间的相关性，为含铜宫内节育器的研制、评价和应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本研究选择了4组不同纯度、不同形状的Cu-IUD用铜原材料，详见表1和图1。

表1 实验用铜原材料Tab.1 Copper raw materials for test

图1 不同形状的铜原材料Fig.1 Copper raw materials with different shapes

1.2 实验仪器

精密恒温箱(上海精宏实验设备有限公司，型号：JHS-080)；超净工作台(苏州富泰洁净系统有限公司，型号SW-CJ-1FD)；电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司，型号BS/BT224S)；pH计(丹佛仪器北京有限公司，型号UB-7)。电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP，型号VISTA-PRO)。

1.3 实验方法

实验所用的模拟宫腔液的配方见表2[2]，用HCl稀溶液或NaOH稀溶液将pH调至7.0±0.1，最后用去离子水定容。根据预初试验结果：参照GB/T 16886.12中表面积体积比(6 cm2/mL)的要求，分别将4种不同的材料按表面积体积比(6 cm2/mL)经100倍稀释后浸泡于模拟宫腔液中，各重复3管，置于37.0oC恒温箱内。第1周内每天换液，第2周至第4周每周更换2次液(换液时间分别为第10 d、14 d、17 d、21 d、24 d和28 d)，之后每周更换1次液(分别为第35 d、第42 d、第49 d和第56 d)。收集每次更换下来的液体，1 500 r/min离心5 min。然后取上清液置于(0～4)oC冰箱内待测，同时设置单独的模拟宫腔液为空白对照。于不同时间点取Cu-IUD浸泡液，运用ICP测定其中释放的铜离子浓度，结果用均值和标准差表示。根据测得的铜离子浓度，计算在10 ml浸泡液中的日(均)铜离子释放量，绘制日(均)铜离子释放曲线图。

表2 模拟宫腔液成分 (g/L)Tab.2 Composition of the simulated uterine fl uid (g/L)

1.4 统计学处理

采用SAS 6.12统计软件，计算出各自的P值，以确定是否存在统计学差异，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

根据ICP测得的铜离子浓度(μg/ ml)，计算在每10 ml浸泡液中的日(均)铜离子释放量(μg)，绘制日(均)铜离子释放曲线图，结果见图2和图3。由图2可见：1周内单天铜离子最大释放量B组、C组和D组铜丝均在4.50 μg以下，A组铜管1.65 μg；1周内单天铜离子最小释放量B组、C组和D组铜丝均在3.43 μg以下，A组铜管1.21 μg。由图3可见：第8 d至第28 d(即第二周至第四周)4组材料的铜离子释放量基本呈下降趋势；第35 d至第56 d(即第五周至第八周)4组材料的铜离子日均释放量均在0.3 μg左右，到第56 d时的铜离子日均释放量基本趋于稳定。

图2 第一周每天的日铜离子释放曲线Fig.2 Copper ion daily release curve in 1st week

图3 第8 d至第56 d的日平均铜离子释放曲线Fig.3 Copper ion average daily release curve from 8d to 56 d

结果分析 由图2-3可知：(1) 单天的铜离子最大释放量出现在第1周，且随着浸泡时间的延长释放量逐渐减小，到第8周时趋于稳定。(2) 10 d内的铜离子释放浓度的统计结果显示铜丝的铜离子释放量远大于铜管(A组)，差异有统计学意义(P＜0.01)，10 d后组间差别不明显。(3) 7 d内纯度99.95%与纯度99.99%国产铜丝的铜离子释放量之间差异没有统计学意义(P＞0.05)，进口铜丝(B组)的铜离子释放量大于国产铜丝(C组、D组)，但差异未显示明显的规律性。

3 讨论

含铜宫内节育器置入初期会引起例如盆腔炎、疼痛及出血等副作用[3]，20年来，虽然宫内节育器避孕有效率明显提高，品种大量增加，但副反应(出血、感染、腹痛、腰痛)的 发生率却无明显下降[4]，提示当前最亟待解决的的问题是 “疼痛 出血 ”等明显的副作用，而无论出现上述那一种不良生物反应，都与铜离子的释放密切相关。从Cu-IUD中释放的活性物质，能抑制或杀灭精子，同时对孕卵形成、卵泡着床等各环节起抗生育作用[5]。因此，Cu-IUD的核心要素是节育器用铜原材料，而我们的研究重点就在于IUD用铜原材料的铜离子释放性能。

本研究对不同铜原材料铜离子释放的特性以及测定铜离子释放量的方法等进行了研究，探讨了评价铜离子释放量的有效、科学的方法。为了防止模拟宫腔液中铜离子浓度过高而影响铜的腐蚀速率，本研究先设计了不同的浸泡比例进行预初试验，目的是通过预初试验发现能达到铜离子释放不饱和的浸泡比例和换液周期，以保证铜离子释放环境达到所要求的“漏槽”状态[6]。预初试验结果发现：参照GB/T 16886.12的要求，不论是按照表面积体积比（6 cm2/mL）还是重量体积比（0.2 g/ml），即使是每天换液，浸泡初期的浸泡液中仍然都会出现绿色沉淀物，提示出现“过饱和”。因此为了保证铜离子释放环境达到所要求的“漏槽”状态，我们选择了参照GB/T 16886.12中的6 cm2/mL的表面积体积比（因为本研究所选用的4组材料厚度均小于0.5 mm），再经100倍稀释浸泡的方法，并调整换液周期，逐步降低换液频率，避免出现铜的沉淀产物，达到了铜离子释放的不饱和状态。

Cu2＋的释放量直接影响Cu-IUD的避孕效果，关系到Cu-IUD能否安全、有效、长期使用，Cu-IUD浸泡初期都有不同程度的暴释现象[7]。本研究发现4种铜原材料单天的铜离子最大释放量均出现在第1或第2 d，经过长时间浸泡，释放量逐渐下降，到第8周时释放量趋于平缓、稳定。这可能是因为浸入模拟宫腔液的初期阶段，暴露的铜面积增大而导致铜离子释放量增大。随着浸泡时间的延长，腐蚀产物堆积在铜表面，阻碍了腐蚀反应的进行，表现为后期铜离子释放量的减少、稳定。

本研究对不同铜原材料铜离子释放的特性进行了研究，揭示了Cu-IUD的铜形状、铜纯度与铜释放之间的时效关系。在浸泡的前10 d内，铜丝(B组、C组和D组)的铜离子释放量大于铜管(A组)，且差异有统计学意义，揭示了在浸泡初期，铜形状对铜离子释放有很大的影响，这主要是因为铜丝和铜管形状不同，加工工艺不同所造成。曹变梅等[8]研究发现：铜丝和铜管的腐蚀形貌存在明显差异，铜丝表面为均一、密集的小的蚀坑，而铜管表面为分布不规则的大的蚀坑，因此导致了浸泡初期阶段铜丝的铜离子释放量大于铜管, 揭示了铜材料的表面积对铜离子释放影响较大。本研究还发现，浸泡初期(7 d内)纯度99.95%的国产铜丝与纯度99.99%的国产铜丝之间的铜离子释放量差异没有统计学意义，提示99.95%与99.99%之间铜纯度的微小差异对铜离子释放量的影响不大。这与张承典等[9]的测试结果一致。而浸泡初期99.99%的进口铜丝(B组)的铜离子释放趋势总体上大于相同纯度的国产铜丝，但差异未显示明显的规律性，可能是因为两者所含的微量杂质、工艺等的差异所致。

4 结论

ICP自动化程度高、操作简便、灵敏度高，能够有效保证检测结果的准确性和检测限，是测定Cu-IUD用铜的铜含量的有效方法之一。本实验运用ICP法探讨Cu-IUD用铜原材料的形状及纯度与铜释放量之间的时效关系，结果显示：浸泡初期铜丝的铜离子释放量远大于铜管，而纯度对其影响不明显；铜丝和铜管的铜离子释放量到第8周时均趋于稳定。本研究通过对铜离子释放量的分析，为Cu-IUD 的有效性和安全性评估提供科学依据。

[1] Jinying L,Ying L, Xuan G, et al. Investigation of the release behavior of cupric ion for three types of Cu-IUDs and indomethacin for medicated Cu-IUD in simulated uterine fl uid[J]. Contraception. 2008, 77(4): 299-302.

[2] Cao B, Xi T, Zheng Y. Release behavior of cupric ions for TCu380A and TCu220C IUDs[J]. Biomed Mater. 2008, 3: 044114.

[3] 张雅军, 古道昭, 田颂九. HPLC测定哌泊噻嗪注射液中哌泊噻嗪棕榈酸酯的含量[J]. 中国药学杂志, 2006, 41(17): 1345-1346.

[4] 国家人口计生委科技司. 12万例宫内节育器避孕效果调查报告[J]. 中国计划生育学杂志, 2007,(03):132-136.

[5] Chi IC. What we have learn from recent IUD studies[J]. Contraception, 1993, 48(2): 81.

[6] 曹变梅, 奚廷斐. 不同含铜宫内节育器在模拟宫腔液中的铜离子释放研究[J]. 中国药事, 2012, 26(1): 22-24.

[7] Xu XX, Nie FL, Wang YB, et al. Effective inhibition of the early copper ion burst release with ultrafine grained copper and intrauterine device application[J]. Acta Biomater. 2012, (8)2:886-896.

[8] 曹变梅, 奚廷斐, 郑裕东. 含铜宫内节育器铜丝和+铜套在模拟宫腔液中的腐蚀[J]. 中国组织工程研究与临床康复, 2009, 13(29): 5691-5694.

[9] 张承典, 徐乃欣, 陆菊芳, 等. 用电化学方法研究IUD在人工配制液中铜的腐蚀[J]. 生殖与避孕, 1995, 15(1): 28-32.

Analysis the Cupric lon Release Characteristics of Different Copper Raw Materials in lntrauterine Device in Vitro Using lCP Method

【 Writers 】Lu Hua1, Ding Tingting1, Yao Tianping2, Sun Jiao1
1 The Ninth People’s Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai Biomaterials Research and Test Center, Shanghai, 200023
2 Shanghai Testing and Inspection Institute for Medical Devices, Shanghai, 201318

【 Abstract 】Objective To study the Cupric ion release characteristics of different copper raw materials in intrauterine device in vitro by ICP. Reveal the relationship between purity and shape of Cu-IUD copper and copper ion release. Methods According to a certain proportion, the copper raw materials were 100 times diluted into the simulated uterine solution at 37± 0.5oC. Replaced medium at certain time points and collected soaking liquid. Using ICP analyzed the concentration of copper ion released. Results The largest daily release of copper ions was in the fi rst 7 days. There was no statistically signi fi cant difference between the copper ion release amount of 99.99% and 99.95% purity copper wire ( P＞0.05). The release of copper ion of the copper wire was far greater than that of the copper pipe in early stage (P＜0.01).The release amount decreased and stabilized at 56 day. Conclusion Release characteristics of copper ion could effectively analysis by ICP. And in the same area, the release amount of copper ions of copper wire was greater than that of copper pipe.

copper raw materials in Cu-containing Intrauterine device, simulated uterine solution, cupric ion release, inductively coupled plasma（ICP）

TB383.1

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2014.03.016

2014-03-13

上海市科委科研项目（11dz0503300）

陆华，E-mail: 13651763110@163.com

孙皎，博士生导师，E-mail：jiaosun59@yahoo.com

1671-7104(2014)03-0216-03