环氧乙烷灭菌介绍

环氧乙烷灭菌作者介绍周荣青2004年进入医疗器械行业，从事质量管理、灭菌技术、产品注册相关的工作。行业覆盖无菌器械、有源仪器、IVD试剂。曾服务于Amsino医疗，GE医疗，雅培医疗，科森科技，希森美康等企业。环氧乙烷灭菌属于化学灭菌法，是主流的灭菌方法之一。本文从灭菌原理、作用要素、适宜材料、确认方法、灭菌过程定义做简单介绍。一、灭菌原理环氧乙烷与蛋白质分子上的巯基(-SH)、氨基(-NH2)、羟基(-OH)和羧基(-COOH)以及核酸分子上的亚氨基(-NH-)发生反应，导致蛋白质失去反应基团，阻碍了蛋白质的正常生化反应和新陈代谢，从而达到灭菌效果。二、灭菌作用要素影响环氧乙烷消毒作用的因素很多，但主要是温度、相对湿度、时间、环氧乙烷浓度、压力。1.温度的影响在一定的范围内，随着温度的升高，环氧乙烷的杀菌作用加强。但是，当温度高到一定程度，环氧乙烷的杀菌作用发挥到最大，升高温度，杀菌作用也不会增强。研究表明，在湿度≥35% RH的条件下，40℃以下升高温度，环氧乙烷杀菌作用加强明显，40℃~54℃之间，升高温度，影响变小。54℃以上升高温度，基本上不增强环氧乙烷的杀菌作用。2.湿度的影响环氧乙烷需要溶解于水才能向微生物穿透，而它与微生物蛋白质的烷基化反应更是需要适当的水作为介质。因此，当水份低于临界水平（一般认为是湿度35%）时，环氧乙烷难以发挥灭菌作用。但是，如果水份太多，势必造成环氧乙烷被稀释和水解，从而减慢其灭菌过程。环氧乙烷的消毒作用与消毒物品的相对湿度是密切相关的。研究表明，用小容器对小物品进行灭菌时，以35~50%RH的湿度为宜。对大件物品，则60~80%RH的相对湿度为宜。3.时间的影响时间的影响总是伴随着一定的浓度、温度和湿度而言的。在一定的条件下，时间越长，环氧乙烷的灭菌效果越好。4.浓度的影响在一定浓度的范围内,增加环氧乙烷浓度,可提高消毒作用,缩短消毒时间,但浓度增加到一定程度时,这种作用就会明显降低。研究过程发现抵抗环氧乙烷最强的枯草杆菌黑色变种芽胞，在400mg/L的环氧乙烷浓度以下，浓度影响明显，400mg/L浓度以上，浓度的效果下降。所以，灭菌的环氧乙烷浓度不能低于400mg/L。常用的环氧乙烷浓度是400mg/L~1000mg/L。5.压力的影响随着压力的变化，灭菌蒸汽的穿透性会有变化，蒸气压不同灭菌效果不同，所以会有工艺中加药后增加氮气加入（分子运动加剧）。预真空度的大小决定残留空气的多少，而残留空气可直接影响环氧乙烷气体、热量、湿气到达被灭菌物品的内部，所以灭菌过程前的预真空度对灭菌效果影响巨大。6.灭菌系统常见的灭菌系统图片如下：三、适用于环氧乙烷灭菌的材料研究表明，绝大部分材料均适用于该灭菌方法。但下面这部分材料并不太适合该灭菌方法。聚丙烯酸酯（如：有机玻璃）经过多次灭菌后，材料的拉伸性能会降低。聚碳酸酯（PC）在多次灭菌后，材料会变脆、应力开裂，且拉伸性能降低。苯乙烯丙烯晴聚合物（SAN）多次灭菌后可能会变脆和降低拉伸性能。多次灭菌后表面可能会破裂和应力开裂。四、确认方法1.相对抗力确认的最主要目的，是要从微生物学角度证明过程的灭菌能力。因此，重要环节是制备和选择挑战器械的具体形式，一般三种形式：（a）以产品本身作为微生物挑战的负载；（b）内部挑战器械，将生物指示物布放在产品结构中最难灭菌的位置；（c）外部挑战器械，将生物指示物布放于外箱上。应证明上述三者之间的相对抗性，结果应为内部过程挑战器械≥产品本身负载，外部挑战器械用亦可。第三方灭菌公司通常出于日常运营效率考虑，如在常规灭菌操作中，需要拆开客户的产品包装用于放置和取出内部挑战器械，既增加了灭菌作业员的工作量，也造成客户产品的潜在污染风险，使用外部挑战器械变成了大家的选择。当使用外部挑战器械时，同时需证明内部挑战器械和外部挑战器械之间的抗性关系。1.1生物指示物的合适性证明（a）生物负载法对产品上的微生物总数和生物指示物的生物负载进行测试，比较数量和抗性。数量：比较生物指示物的孢子计数值，产品上的生物负载值；抗性：比较菌种间的抗性差异。环氧乙烷灭菌中用到的生物指示物是萎缩芽孢杆菌，其抗性强于绝大多数微生物，有充分的文献记载。（b）无菌测试法在暴露于同一个短周期后，分别对产品、内部挑战器械的无菌测试。产品应无菌，内部挑战器械应出现部分阳性。1.2内部挑战器械与外部挑战器械的相对抗力在暴露于同一个短周期后，比较相对抗性即可。一般通过计算D值，D值越大，抗性越强。外部挑战器械的D值应大于内部挑战器械。应尽量避免出现外部挑战器械抗性略弱于内部挑战器械的情形。虽然标准认为等同，但大部分国家的监管机构并不接受这种结果。2.环氧乙烷残留产品灭菌后，会有一定程度的环氧乙烷和二氯乙醇的残留。我国一次性使用医疗器械的环氧乙烷残留量不得超过10μg/g。欧美国家采用mg/device的限度接受标准。残留控制的最主要手段上加热解析。确认时需要灭菌解析的条件。聚合材材具有较强的环氧乙烷吸附能力，解吸附时间在很大程度上取决所吸附气体的量。气体的分压或浓度越高,吸附的量就越多,即Cp=SP.Cp为气体在聚合材料中达到平衡的浓度(cm”/em”);p为气体的分压(kg/emZ);S为吸附系数。一般情况下S决定于分压与温度。聚合材料对某种气体的吸附能力取决于聚合材料与气体的极性关系,聚合材料高分子的柔韧性及其包装的紧密度。下图为加热解析室。3.处理组对每种产品分别进行灭菌确认是不现实也不经济的。常用的做法是将产品分成处理组或产品族，选择组中的代表性产品进行确认。产品族是指结构和包装相似的一系列产品。处理组是指可以用同一套灭菌工艺的产品或产品族。五、常见的过程定义1.预处理