脉动灭菌程序的优化

2011-02-05 于无锡,脉动蒸汽灭菌程序的优化,灭菌参数、蒸汽质量指标与灭菌效果的相关性,主要内容,PDA TR 48-不同类型的灭菌柜WHO GMP 2010 对蒸汽的要求蒸汽灭菌热力学基础影响灭菌效果的关键因素如何优化灭菌程序Q&A,企业提到的几个问题,蒸汽温度高，例如达到了145，所含有的热能也高，灭菌应完善，此理解对否？一个混合装载的脉动真空灭菌柜，有不同型号的过滤器等，发现温差较大，如何改进灭菌程序的设定？一个企业在胶塞灭菌时，用脉动真空灭菌柜，总灭菌时间超过3小时，分析原因？解释玻瓶及安瓿时，如何达到湿热灭菌的要求？在玻瓶及安瓿中，顶空部位均有气体，能否采用脉动真空灭菌柜灭菌？灭菌柜夹套温度的变化对灭菌效果有什么影响？,PDA-灭菌技术报告,湿热灭菌过程的验证：灭菌程序的设计，开发，确认和日常监控技术报告 No12007年增补,第48号技术报告湿热灭菌系统：设计，试车，运行，确认和维护,按不同目的设计的灭菌柜,生物安全水平标准,生物安全水平及灭菌柜要求,WHO Sterilization by moist heat,6.4 湿热灭菌法仅适用于水浸润性材料或水溶液。程序控制系统应独立于温度记录仪表，并配置独立的温度显示器。灭菌过程中，温度显示器的读数应与灭菌曲线记录对照。腔室底部装有排水口的灭菌柜，有必要测定并记录该点在灭菌全过程中的温度数据。如灭菌程序中含抽真空，则应定期对腔室进行检漏试验。,WHO 2010对灭菌包装要求,6.5 如果被灭菌品不是装在密封容器中，则应使用合适的材料将其适当包扎，所用材料及包扎方式应有利于去除空气和蒸汽穿透并能防止灭菌后再次污染，也可使用特别设计的，既可进蒸汽，又可排除空气的可湿热灭菌不锈钢容器。所有装载均应与水或饱和蒸汽接触并在设定的温度下达到规定时间。 6.6 应注意，灭菌用蒸汽应达到适当的质量要求（蒸汽冷凝水的化学、微生物学、细菌内毒素检查项目，以及物理检查如干燥度、过热及不凝性气体项目），蒸汽所含添加物的水平不应给产品或设备造成污染。灭菌用蒸汽的质量应定期检查。,Sensors for special purposes,General sensors,注意选好温度探头,八线制探头的应用，可将控制与记录分开，减少误差，方便应用,在新版GMP 要求：用于监测或记录的温度探头与用于控制的温度探头分别设置。Pentronic双芯八线制温度传感器正符合此新版法规要求。,Equipment sterilizer,适用对象 设备部件 织物/工作服等 胶塞 工器具 污染废弃物 铝盖 安瓿 小瓶,Glass & plastic bottles Plastic bags Blister packs Contact lenses Glass & plastic syringes (empty or filled, wrappedor over-wrapped),程序随被灭菌品的特性而定,脉动真空灭菌柜-适用装载,器械灭菌柜灭菌程序,过滤器与胶塞、仪表和电器连线等工作服手套口罩过滤器灌装器具一般不将工作服与产品接触材料混在一起灭菌,程序结束,高真空灭菌程序示意图,温度,真空,高真空的目的：消除冷点，让蒸汽与被灭菌品充分接触,High-Vacuum Sterilizers 高真空灭菌柜,进气-预真空-高真空,进气加热,保温,降温,真空干燥,降温,程序结束,脉动真空蒸汽灭菌程序,温度,脉动真空：抽真空-进蒸汽-抽真空-进蒸汽,预真空,升温,保温,干燥,降温,排气,结束,1,2,3,真空,Steam-Pulsing Sterilizers,100,121,Fo,高真空与脉动程序比较,高真空灭菌柜对设备的要求高被灭菌品比较松散，抽真空起作用大灭菌时间较短，使用不普遍象BI-生物指示剂测定时，有可能需要,脉动真空灭菌柜对设备的要求较低灌装机部件、过滤器、胶塞、器具、工作服、口罩等采用（通常分别灭菌）灭菌过程时间一般会要长一些三次抽真空后，残留空气量小，影响不大，如：0.10.10.1=0.1%,100蒸汽冷凝放出的热量,蒸发/冷凝是饱和蒸汽灭菌中热能传递给被灭菌品的主要的手段。1克100的饱和蒸汽含有2,675焦/克的能量，是100的水所含能量（419焦耳/克）和蒸发所需热能（2,256焦耳/克）或蒸汽冷凝释放热量之和。在100时，1克蒸汽冷凝时，可将2,256焦耳的热量传递给物体。1克100蒸汽冷凝（相变）时：放热= 2,256焦耳4.1868J 540 卡，依赖于相变,水的三相曲线,固体/冰,液体/水,蒸汽,压力（大气压）,温度,100,121,1,2,3,在2个大气压下，水沸点为121,在1个大气压下，水沸点为100,不同压力下水-蒸汽温度与热焓,3条恒压线E：水相加热 (A-B)温度上升-沸点水的沸点(B)蒸发热 (B-C)相变（水汽）干饱和蒸汽 (C)蒸汽干度 (x)过热蒸汽 (D),水沸腾 saturated water,干饱和蒸汽,临界点,过热蒸汽,湿蒸汽（二相区）,Enthalpy 热焓,ht,临界点：Critical point 374.15和 221.2 Bar,未沸腾的水,温度,能量,（374，211巴）,水沸腾曲线,对热焓图的解释,水加热时，水温升高，直至达到给定压力（hf）下的沸点达到沸点时，水沸腾变成蒸汽，所耗能量称蒸发潜热/Latent heat of Evaporation，沸腾时，温度保持不变，输入的能量“贮存”于蒸汽中，加大能量，只能加大生成蒸汽的速率。 121下将水转化成蒸汽所需的能量，是将水加热至沸点的5倍多。 在B点，水为100%；C点蒸汽达到了100%-此蒸汽称为干蒸汽。在本文中，饱和是指沸点 (饱和温度/saturation temperature) ，并不是指干燥状态。如果没有水汽而继续加热，蒸汽就成为过热。再加100 j/g的能量，约过热50。x表示50%的水变为蒸汽，即得50%蒸汽与水的混合物。已知压力和蒸汽量，即可算出蒸汽样品的 dryness fraction-蒸汽干度。 如将蒸汽从高压降至低压，能量水平不变。如蒸汽开始含有大量的水分，压力下降时，蒸汽干度。如蒸汽已或接近干饱和蒸汽，则可能出现过热蒸汽。,标准大气压下水的加热曲线,1cal=4.1868J（焦耳），将1g水煮沸，要100卡热量,将1g水沸腾全部变成蒸汽，要538卡（540）,将1g蒸汽全部变成冷凝水时，放出538卡（540）,能量,设水从0开始加热,先讨论流通蒸汽灭菌，基本是湿蒸汽,2个大气压下水的加热曲线,每升1 ，需要1卡,50%水-蒸汽混合物,饱和蒸汽,过热蒸汽,干燥度=1.0潜热=540卡/g,每升高1 ，约需20卡/g,干燥度=0潜热=0,本表水-蒸汽均取1g计,过热蒸汽降低1，只能放出1.5千焦尔/摩尔的能量，但饱和蒸汽相变要放出39.6千焦尔/摩尔的热量，是过热蒸汽下降1的26.4倍。,如过热蒸汽为145，进入系系统并没发生相变，而一般的干热灭菌却在170 以上，可以肯定，此时的蒸汽是达不到干热/湿热灭菌灭菌要求的。,标准灭菌程序相关曲线,饱和蒸汽热焓对照表,*水汽化的需要的热量或蒸汽冷凝时放出的潜热（h= hhL）* 1个大气压=1.013巴=14.71磅/英寸2 * 1cal=4.1868J,灭菌不同阶段能量转移,Steam Tests 蒸汽质量,European Standard EN 285： 1996 欧洲标准 EN 285：1996 “Dry Saturated Steam” 干饱和蒸气标准：,影响蒸汽灭菌的三个因素,3.3.3.1 不凝性气体系蒸汽中可能夹带的气体例如空气、氮气和二氧化碳3.3.3.2 干燥度/干燥值蒸汽的干燥值是饱和蒸汽灭菌程序所用蒸汽中携带液相水量的测试值。干燥值为0表示有100%的水，干燥值为1.0表示不含液相水的干燥蒸汽。3.3.3.3 过热过热蒸汽是指在任何给定压力下，高于水蒸发平衡曲线所示温度的蒸汽。过热蒸汽对微生物的灭菌率小于该温度下的预期的灭菌率。造成过热的主要原因有：在使用点附近压力的下降灭菌器夹套的温度高于腔室的温度,不冷凝性气体,空气溶于水，它是不冷凝性气体的主要来源。在搅拌、循环及喷淋时，水中的气体尤其CO2会明显增加。在进蒸汽发生器前，通常要用预热去除它们。,气体ml/100ml水,不同温度下溶于水气体的体积,冷凝水和不可冷凝气体的影响,冷凝水与蒸汽有相同的温度，但是阻碍热传导润湿/阻塞过滤器不凝集气体与冷凝过程中释放的蒸汽相混合阻碍热传导,水和空气对灭菌的影响,需要考虑灭菌过程中，水对灭菌效果的影响导热系数定义：1m厚材料，两侧表面的温差为1度(K,)，在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米度(W/mK，此处为K可用代替),关键参数,平衡时间，即热穿透点热电偶与达到腔室温度所需的时间对于腔室800L的设备而言，平衡时间应 15秒；对于更大的腔室而言，则应 30秒。 如果平衡时间超标，则说明：空气排除不净，或蒸汽穿透不够， 或不凝性气体过多,Equilibration Time,平衡时间体现了热穿透速度，通常为15-30秒！,温度,时间,腔室升温开始,进入保温阶段,平衡温度起点,平衡温度终点,设定温度,腔室温度,装载升温最慢探头,Equilibration Time End,Equilibration Time Start,灭菌中的温度平衡时间,多孔装载的确认要求,温度检测-最大和最小负载 温度平衡时间：15 秒；腔室800L：30秒 在保温阶段装载中心和腔室排放口温度： 适宜的灭菌温度：121 -124 之间温度波动值：不超过 1不同装载间的温差：不超过 2指示和记录的温度与腔室排放点温差： 1指示及记录的压力与测试的腔室压差在 0.05bar,Leak rate test 泄漏率检测,Air Detector 空气探测器空气探测器用于检测当灭菌腔室中在排除空气或引入蒸汽过程中空气残留量或引入非凝性气体时，导致标准检测温度和平衡时间起始状态下腔室的温度超过2K的检测结果不一致。应每周进行建议限度不超过每分钟1.3 mbar,Test Packs 检测盒,Bowie Dick, Lantor cube and Browns test packs 布维-狄克检测盒(Bowie Dick), Lantor cube 和布朗检测盒(Browns test)在初始和常规检测中起着重要作用。这类检测是非常重要的诊断方法，能尽早作出失效警告。它们并不能代替对装载的温度测试。这些测试盒也许能合格，但装载方式和条件可导致灭菌不合格的结果。,布维-狄克检测盒,ISO11140-5 :2007 卫生保健品的灭菌,化学指示剂，检查残留空气影响蒸汽穿透的效果，但不能替代物理测试及生物指示剂,蒸汽干燥测定法,原理：测定蒸汽样品中的能量。已知蒸汽的压力，将已知量蒸汽通入已知量冷水，测试水温的升高值，然后计算。 D=蒸汽干燥值，T1=水终点温度；T0=水起始温度，C=水的比热；Mw=起始水量 A=瓶的比热；Ts=蒸汽平均温度；L=蒸汽潜热；Mc=冷凝水质量,初始设定-将数据变成信息,一次真空,二次真空,三次真空,灭菌阶段,将图看懂，找出改进的方向,改进灭菌程序的方法,无菌生产中，滤芯及软管灭菌对产品无菌至关重要当不同装载灭菌时，需要特别注意，哪些是最难去除空气的装载-通常是是尺寸大、孔径小的滤芯，较长的软管等；有空气时，仅延长灭菌时间不是上策。当初始试验从温度曲线看出，装载升温缓慢，甚至根本达不到灭菌温度时，可考虑是否与空气相关，如相关，可通过以下方式改进设计：增加