醫(yī)療器械的常用滅菌方法及驗證
發(fā)布：合翔包裝 時間：2022-10-09醫(yī)療器械產(chǎn)品滅菌的目的，是使產(chǎn)品無任何類型的存活微生物，在滅菌過程中，微生物的死亡規(guī)律是用指數(shù)函數(shù)表示的。因此任何單位產(chǎn)品上微生物的存在可用概率表示，概率可以減少到很低，但不可能為零。該概率可用無菌保障水平 (SAL) 表示，通常無菌概念是指無保障水平 (SAL) 達(dá)到 10-6。
醫(yī)療器械滅菌驗證一般分為安裝確認(rèn) (IQ)、操作確認(rèn) (OQ) 和性能確認(rèn) (PQ)。
安裝確認(rèn)是指：獲得證據(jù)并用文件證明滅菌設(shè)備及其附屬設(shè)施，已按照規(guī)定的要求被提供和安裝。
操作確認(rèn)是指：當(dāng)設(shè)備按程序運行時，獲得證據(jù)并用文件來證明已安裝的設(shè)備，有能力在指定的允差范圍內(nèi)提供特定的過程。
性能確認(rèn)是指：獲得證據(jù)并用文件證明設(shè)備能夠在預(yù)先設(shè)定的參數(shù)下持續(xù)運行，且這個過程加工后的產(chǎn)品是無菌的。性能確認(rèn)一般包括物理性能確認(rèn)和微生物性能確認(rèn)，器械所使用的材料對滅菌方法的適用性，也是 能驗證中的重點。
本文結(jié)合國際上最新的滅菌相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，介紹了無菌醫(yī)療器械生產(chǎn)的幾種常用的滅菌方法及其驗證要點，如環(huán)氧乙烷滅菌 (EO 滅菌 )、輻照滅菌、高壓蒸汽滅菌和甲醛蒸汽滅菌等，以供醫(yī)療器械研究和生產(chǎn)單位參考。
一、環(huán)氧乙烷滅菌
20 世紀(jì) 50 年代起環(huán)氧乙烷(ethylene oxide, EO)開始用于醫(yī)院滅菌。經(jīng)過眾多科學(xué)家的研究證明，環(huán)氧乙烷被認(rèn)為是一種滅菌效果較好的低溫化學(xué)滅菌劑，在常溫下即有良好的穿透作用，對物品無損害，而被廣泛用于畏熱、畏濕的醫(yī)療器械產(chǎn)品滅菌中。
1.1 滅菌原理
EO 是一種簡單的環(huán)氧化合物，遇水可形成乙二醇，具有較大的蒸汽壓，對物品的穿透性較強。據(jù)報道，EO5min 能穿透 0.1mm 厚的尼龍薄膜，26min 能穿透 0.3mm 的氯丁膠布，41min 能穿透 0.39mm 厚的丁基橡膠布。
如果要達(dá)到一定的滅菌效果，滅菌劑必須充分接觸物品的各個表面，EO 的這種高穿透性大大提高了其滅菌效果。EO 對細(xì)菌、芽孢、真菌、立克次體和病毒等各種微生物具有殺滅作用，屬于光譜殺菌劑，其滅菌機理是與細(xì)菌蛋白質(zhì)分子、酶、核酸中的氨基、羥基、羧基相結(jié)合，產(chǎn)生烷基化作用，對菌體細(xì)胞的代謝產(chǎn)生不可逆的破壞，從而達(dá)到滅菌作用。
1.2 滅菌驗證
環(huán)氧乙烷滅菌的驗證包括以下 3 個步驟：
安裝確認(rèn)：一要確認(rèn)滅菌器隨機文件和附件的完整性，如安裝記錄、圖紙、計算機軟件、計量裝置的校準(zhǔn)等，二要對滅菌器工作環(huán)境的符合性進(jìn)行驗證，如水質(zhì)檢測、安全要求等，三是要驗證滅菌器安裝是否符合設(shè)備安裝要求，要確認(rèn)滅菌劑的濃度及質(zhì)量狀況。
操作確認(rèn)：驗證滅菌設(shè)備有能力在指定的允差范圍內(nèi)提供特定的過程，如溫度分布試驗、濕度分布試驗、泄漏試驗、真空速率試驗、空氣循環(huán)試驗 ( 如果使用 ) 等。
性能確認(rèn)：包括物理性能確認(rèn)和微生物性能確認(rèn)。
物理性能確認(rèn)，應(yīng)書面證明過程的重現(xiàn)性，并且符合所有指定的可接受參數(shù)。這些過程包括預(yù)處理、處理、滅菌和通風(fēng)階段等，操作重現(xiàn)性確認(rèn)一般至少需要3 次連續(xù)運行，適當(dāng)時進(jìn)行微生物挑戰(zhàn)試驗。環(huán)氧乙烷是致癌物，通風(fēng)次數(shù)和解析放置的溫度與時長對環(huán)氧乙烷的殘留的影響，也需要作出相應(yīng)的評價。
微生物學(xué)性能驗證，目的是應(yīng)書面證明在滅菌過程后，產(chǎn)品的無菌性能已經(jīng)達(dá)到特定的要求 (SAL=10-6)。
微生物性能驗證的方法有：生物負(fù)載法和過度滅菌法。
一般情況下，EO 滅菌微生物性能確認(rèn)均采用生物指示劑 (BI，枯草桿菌芽孢 )。進(jìn)行微生物學(xué)性能驗證的產(chǎn)品，應(yīng)采用與其常規(guī)滅菌相同的包裝，生物指示物應(yīng)放置在被滅菌物品中最難滅菌的部位，并在預(yù)處理前就放入選定部位，且在整個滅菌周期保持該位置。
生物指示物監(jiān)測點的數(shù)量應(yīng)能驗證滅菌器內(nèi)全部被滅菌物品的微生物滅活，通常滅菌室體積≤10m3時，驗證時至少設(shè)置體積 V×3 個檢測點，但不少于 5 個，日常監(jiān)測至少設(shè)置 V×1.5 個檢測點，但不少于 5 個。
滅菌室體積在>10m3時，驗證時至少設(shè)置體積 30＋(V-10)×3 個檢測點，日常監(jiān)測至少設(shè)置 15+(V-10)×1.5 個檢測點。這里還涉及到溫濕度探頭的數(shù)量等要求，不同體積的滅菌器有不同的要求，可查閱 ISO 11135-1:2007 附錄 C。
由于環(huán)氧乙烷滅菌不存在通用的經(jīng)典滅菌參數(shù)，影響滅菌效果的因素多且相互關(guān)聯(lián)，滅菌過程控制復(fù)雜，所以為了保證滅菌效果，對其滅菌過程進(jìn)行嚴(yán)格的驗證是必要的。此外，若滅菌設(shè)備、被滅菌物品和裝載方式任何一個因素改變時，都需要重新進(jìn)行驗證。
1.3 產(chǎn)品放行
日常監(jiān)測中，需要監(jiān)測預(yù)處理時的溫度和濕度、處理過程中滅菌柜內(nèi)的濕度和時間、整個滅菌過程的溫度和壓力、環(huán)氧乙烷已注入的證據(jù)、滅菌時間、解析時的溫度和壓力變化。最終只有生物指示物 (BI) 培養(yǎng)全部顯陰性且滅菌過程參數(shù)在性能驗證的參數(shù)范圍內(nèi)，產(chǎn)品才可以放行。
1.4 應(yīng)用
EO 可用于不耐高溫、不耐濕物品的滅絕，被認(rèn)為是一種滅菌效果最好的化學(xué)滅菌劑，可殺死所有微生物包括細(xì)菌以及芽孢。EO 具有極強的穿透性，可用以各種難通透部位的滅菌，如有些較細(xì)、較長的導(dǎo)管用其他低溫滅菌方法很難達(dá)到滅菌效果，而只能選擇 EO或者輻照。
EO 滅菌對物品的損害也較小，滅菌是利用烷基化原理而非氧化過程，對不耐熱的材料及設(shè)備有著非常廣泛的應(yīng)用前景。采用 EO 滅菌時，可以用各種包裹材料包裹，便于儲存、運輸，打開包裝即可使用避免了交叉污染的危險，并且在滅菌過程中，有標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)、生物監(jiān)測手段，從而可以有效的控制滅菌質(zhì)量。
EO 在臨床上有著廣泛的用途，采用 EO 滅菌的設(shè)備及產(chǎn)品包括：
硬式和軟式內(nèi)鏡，如：關(guān)節(jié)鏡、氣管鏡、膀胱鏡、胃鏡、腸鏡、眼底鏡、耳鏡、尿道鏡、胸腔鏡等等；
醫(yī)療設(shè)備，如：麻醉設(shè)備、人工腎、透熱設(shè)備、電線、表頭、心肺機、血透等；
儀器：電鉆、電燒器、牙鉆、顯微手術(shù)器、神經(jīng)刺激器、壓力計、外殼手術(shù)起、骨鉆、針頭、人工關(guān)節(jié)等；
橡膠制品：導(dǎo)管、擴張器、引流管、氣管內(nèi)插管、手套、起搏器、心瓣膜、噴霧器等等。
2、60Co-γ輻照滅菌法
上世紀(jì) 50 年代末，各國紛紛建造大型的 60Co-γ射線輻照源，用于商業(yè)化的輻照加工。從此 60Co-γ射線滅菌技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴展，從最初對一次性使用的醫(yī)療用品滅菌拓展到醫(yī)療器械材料滅菌、醫(yī)療藥品滅菌、食品滅菌保鮮、一次性生活用品滅菌、環(huán)境微生物污染治理等多個方面。
60Co-γ射線滅菌有很多的優(yōu)點，如不用做生物指示物(BI) 或產(chǎn)品的無菌實驗、在滅菌過程中溫度變化很小、射線可以到達(dá)器械管腔內(nèi)部、滅菌后的產(chǎn)品不需要再處理，可以直接使用。但 60Co-γ射線對高分子材料和包裝材料破壞性有一定的破壞作用，滅菌站對人和環(huán)境也存在污染的風(fēng)險，因此60Co-γ射線的應(yīng)用也受到了很大的限制。
2.1 滅菌原理
輻照技術(shù)是 20 世紀(jì)發(fā)展起來的一種滅菌保鮮技術(shù)，是以輻射加工技術(shù)為基礎(chǔ)，運用 X 射線、γ射線或高速電子束等電力輻射產(chǎn)生的高能射線，在能量的傳遞和轉(zhuǎn)移過程中，產(chǎn)生強大的物理效應(yīng)和生物效應(yīng)，達(dá)到殺蟲、殺菌、一直生理過程的目的。
其原理主要是破壞細(xì)菌細(xì)胞中的 DNA 和 RNA，受損的 DNA 和 RNA 分子發(fā)生降解，失去合成蛋白質(zhì)和遺傳功能，使細(xì)胞死亡。 60Co-γ頻率高到 3×1018~3×1021Hz，其能量大于分子鍵能，故可使分子電離和斷鍵而殺菌。
其殺菌機理為 60Co-γ射線直接破壞微生物的 DNA、蛋白質(zhì)和酶而致死，或者被微生物中的水吸收而激發(fā)或電力，產(chǎn)生激發(fā)的水分子、電子、水離子，或裂解為氫自由基、羥自由基，由此產(chǎn)生一系列的與 DNA、蛋白質(zhì)、酶的氧化還原反應(yīng)，致微生物死亡。
2.2 滅菌驗證
輻照滅菌的驗證包括以下主要內(nèi)容：
安裝確認(rèn)：確認(rèn)輻射源 ( 源的活性或加速器的參數(shù) )、傳送系統(tǒng)、附屬設(shè)施 ( 包括相關(guān)的軟件 )、計量裝置的計量狀態(tài)、工作環(huán)境的符合性進(jìn)行驗證，如安全要求等。
操作確認(rèn)：針對每個傳送系統(tǒng)，通過測量不同位置的吸收劑量驗證不同的輻照容器的計量分布，不同輻照容器以及容器內(nèi)的不同位置的吸收劑量都在規(guī)定的范圍內(nèi)。一般在加源后、源的位置及形態(tài)改變、傳送系統(tǒng)變化、輻照容器改變時都需要進(jìn)行操作確認(rèn)。
性能確認(rèn)：包括物理性能確認(rèn)和微生物性能確認(rèn)。
物理性能確認(rèn)包括確認(rèn)產(chǎn)品放裝載模式、包括日常產(chǎn)品的包裝方式 ( 尺寸，密度等 )，劑量分布、包括最大和最小吸收劑量及位置，產(chǎn)品的最大可吸收劑量 ( 評價滅菌劑量對產(chǎn)品的影響 )。
微生物學(xué)性能驗證，目的是應(yīng)書面證明在滅菌過程后，產(chǎn)品的無菌性能已經(jīng)達(dá)到特定的要求 (SAL=10-6)。
2.3 產(chǎn)品放行
輻照滅菌的產(chǎn)品批次放行采用參數(shù)放行，不需要進(jìn)行無菌實驗。通過放置在最大可吸收劑量點和最小可吸收劑量點的劑量計，檢測每批次滅菌的最大和最小劑量，最大和最小滅菌劑量在驗證劑量的范圍內(nèi)，產(chǎn)品即可放行。
這一放行準(zhǔn)則是基于定期的輻照滅菌劑量審核，審核內(nèi)容一般涉及到生物負(fù)載限度、微生物特性分析、建立滅菌劑量的方法等。
2.4 應(yīng)用
在使用 60Co-γ射線滅菌時，不同菌種，甚至同一菌株的不同發(fā)育階段的抗輻射性均不同。一般來講，細(xì)菌的營養(yǎng)細(xì)胞抗輻射性弱，芽孢的抗輻射性強。同一種菌株在不同介質(zhì)中的抗輻射性也是不同的。在有抗菌劑存在的條件下，大多數(shù)菌的抗輻射性增強，在缺氧條件下，菌種的抗輻射性也有所增強。一般來說輻照劑量大，滅菌效果好。但是輻照劑量過大，對樣品中的某些成分可能會有一定得影響，因此在具體的輻照實踐中需要確定輻照劑量。
由于γ射線本身的能量大、輻射強，對物質(zhì)損害大，對輻射滅菌產(chǎn)品的材質(zhì)有一定的要求。有些產(chǎn)品在滅菌后出現(xiàn)了材質(zhì)的強度、清晰度、顏色、生物相容性以及包裝的完整性等方面的問題，有的是在輻射滅菌完成后不久便顯現(xiàn)出來，這主要是因為部分企業(yè)的產(chǎn)品特別是所用的包裝材料不適合輻射滅菌方式。
對于適合輻射滅菌的產(chǎn)品和材質(zhì)的選擇，在 GB18280-2000《醫(yī)療保健產(chǎn)品滅菌確認(rèn)和常規(guī)控制要求輻射滅菌》的附錄 A 中給出了器材材料和包裝材料的確認(rèn)方法；在GB16352《一次性醫(yī)療用品γ射線輻射滅菌標(biāo)準(zhǔn)》的附錄 C 中則較為詳細(xì)的列舉了適合輻射滅菌的醫(yī)療用品。
3、高壓蒸汽滅菌
高壓蒸汽滅菌是熱力消毒方法中最普遍、效果最可靠的一種滅菌方法，其優(yōu)點是蒸汽穿透力強，能殺滅所有微生物。
3.1 滅菌原理
高壓滅菌是濕熱消毒法的一種，其原理是：在密閉的蒸鍋內(nèi)，其中的蒸汽不能外溢，壓力不斷上升，使水的沸點不斷提高，從而鍋內(nèi)溫度也隨之增加。
在 0.1MPa 的壓力即 103.4kPa(1.05kg/cm2) 蒸汽壓下，鍋內(nèi)溫度達(dá) 121℃，維持15~30min。當(dāng)溫度超過細(xì)胞最佳生理活動的溫度范圍時，細(xì)胞代謝減緩，細(xì)胞的蛋白質(zhì)、酶及核酸會被永久性破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的死亡。在此蒸汽溫度下，可以很快殺死各種細(xì)菌及其高度耐熱的芽孢，是最可靠、應(yīng)用最普遍的物理滅菌法。
3.2 滅菌驗證
滅菌驗證一般分為以下幾部分內(nèi)容。
安裝確認(rèn)：一要確認(rèn)滅菌器隨機文件和附件的完整性，如安裝記錄、圖紙、計算機軟件、計量裝置的校準(zhǔn) ( 溫度表、壓力表、時間計量表 ) 等；二要對滅菌器工作環(huán)境的符合性進(jìn)行驗證，如水質(zhì)檢測、安全要求等；三是要驗證滅菌器安裝是否符合設(shè)備安裝要求，確認(rèn)滅菌劑的濃度及質(zhì)量狀況。
操作確認(rèn)：驗證滅菌設(shè)備有能力在指定的允差范圍內(nèi)提供特定的過程，如熱分布試驗、包括空載熱分布試驗等。
性能確認(rèn)：物理性能確認(rèn)和微生物性能確認(rèn)，包括滿載熱分布試驗 ( 最高最低溫度點 )熱穿透試驗等，生物指示物的使用等。
3.3 產(chǎn)品放行
日常監(jiān)測中，需要監(jiān)測預(yù)處理時的溫度、整個滅菌過程的溫度和壓力等。最終只有生物指示物 (BI) 培養(yǎng)全部顯陰性且滅菌過程參數(shù)在性能驗證的參數(shù)范圍內(nèi)，產(chǎn)品才可以放行。
3.4 應(yīng)用
由于高壓蒸汽滅菌本身具備不破壞產(chǎn)品表面并藥品、藥品溶液、玻璃器械、培養(yǎng)基等在高溫高濕條件下不發(fā)生變化或損壞的物質(zhì)，均可以采用高壓滅菌法。
高壓蒸汽滅菌已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到各種生化實驗室和醫(yī)院，用于一些培養(yǎng)基、玻璃制品、生理鹽水等的滅絕。
目前的高壓蒸汽滅菌器的類型和樣式較多，如：
①下排氣式壓力蒸汽滅菌器是普遍應(yīng)用的滅菌設(shè)備，壓力升至 102.9kPa(1.05kg/cm2)，溫度達(dá)121~126℃，維持 20~30min，可達(dá)到滅菌目的。
②脈動真空壓力蒸汽滅菌器已成為目前最先進(jìn)的滅菌設(shè)備。滅菌條件要求：蒸汽壓力205.8kPa(2.1kg/cm2)，溫度達(dá)132℃以上并維持 l0min，即可殺死包括具有頑強抵抗力的細(xì)菌芽胞在內(nèi)的一切微生物。
高壓蒸汽滅菌的注意事項：
(1) 必須先用流通蒸汽或真空排除滅菌器腔內(nèi)空氣。若滅菌器內(nèi)有空氣存在，則壓力表上所指示的壓力是滅菌器內(nèi)蒸汽和空氣二者的總壓，結(jié)果壓力雖達(dá)到要求，但滅菌溫度卻達(dá)不到，達(dá)不到滅菌效果。
(2) 滅菌時間必須是從全部裝載的滅菌物均已達(dá)到滅菌溫度時開始計算。
(3) 裝載方式的確定，不同的裝載類型須驗證確認(rèn)，避免隨意性。
(4) 高壓蒸汽滅菌器必須進(jìn)行周期性驗證。
4、甲醛蒸汽滅菌
現(xiàn)代的低溫蒸汽甲醛滅菌 (Sterilization by Low Temperature Steam Formaldehyde, LTSF) 方法，是上世紀(jì) 60 年代發(fā)明的一種低溫滅菌技術(shù)，使用負(fù)壓低溫蒸汽甲醛法對一些怕熱怕濕的醫(yī)療器械進(jìn)行滅菌。
4.1 滅菌原理
甲醛殺菌作用是阻止細(xì)菌核蛋白的合成，影響生物細(xì)胞漿基本代謝。一些研究指出，甲醛為強烷化劑，其殺菌原理是一種非特殊性的烷基化作用，甲醛分子直接作用于細(xì)菌的菌體蛋白質(zhì)、酶以及核酸的活性基團(tuán)，使蛋白質(zhì)鏈上的氨基、壓氨基、羥基、羧基等烷基化，從而破壞細(xì)菌的蛋白質(zhì)，導(dǎo)致微生物的死亡。
其中烷基化效應(yīng)包括兩種作用：一是可降低水對蛋白質(zhì)的穿透、彭潤作用，使其硬化；二是對核酸的烷基化反應(yīng)，可導(dǎo)致病毒的滅活。
甲醛對細(xì)菌繁殖、芽孢、分枝桿菌、真菌和病毒等各種微生物都有高效的殺滅作用。甲醛對細(xì)菌病毒素亦有破壞作用，對肉毒桿菌素和葡萄球菌腸毒素，用 50g/L 甲醛水溶液作用 30min 可將其完全破壞。
4.2 滅菌驗證
無菌生產(chǎn)環(huán)境甲醛蒸汽滅菌驗證，驗證的目的為甲醛滅菌的時間、排風(fēng)時間及效果驗證。確保無菌環(huán)境中用甲醛滅菌提供的空氣環(huán)境始終復(fù)合國家《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》對潔凈室中空氣浮游菌及表面細(xì)菌的規(guī)定。
在準(zhǔn)備甲醛蒸汽滅菌的房間取樣點位置放入驗證裝置，指示物采用枯草桿菌芽孢。取樣點數(shù)量根據(jù)滅菌區(qū)域面積確定。在≤ 9m3的空間放置 2 個取樣點，在小于 14m3大于 9m3的房間放置 3 個取樣點，大于 14m3的空間放置 4 個取樣點。
在無菌生產(chǎn)環(huán)境中取樣點設(shè)置在分裝機罩內(nèi)、出瓶轉(zhuǎn)盤、分裝間回風(fēng)口、分裝間回風(fēng)管、分裝機底部。在滅菌后進(jìn)行取樣點菌片培養(yǎng)，將菌片接種于培養(yǎng)液中 37℃培養(yǎng)至7d，若無菌生長則判斷滅菌合格。
目前國內(nèi)對低溫甲醛蒸汽滅菌器功效檢驗尚沒有標(biāo)準(zhǔn)，對低溫甲醛蒸汽滅菌器的滅菌效果生物指示劑也沒有專門研究定標(biāo)，因此這將影響低溫蒸汽甲醛滅菌技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用。
甲醛熏蒸法滅菌目前使用較少，驗證及產(chǎn)品放行準(zhǔn)則可參照國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 25424:2009。
4.3 應(yīng)用
常溫常壓下使用甲醛熏蒸消毒主要利用化學(xué)法和加熱法產(chǎn)生甲醛氣體。將福爾馬林或多聚甲醛與某些強氧化劑如高錳酸鉀、氯制劑等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過化學(xué)產(chǎn)熱促使甲醛氣化。加熱法是將福爾馬林或多聚甲醛直接用電加熱，使甲醛氣化進(jìn)行熏蒸消毒。
有研究用每立方米 120ml 福爾馬林與 60g 高錳酸鉀混合反應(yīng)產(chǎn)生甲醛氣體熏蒸 1h，可使物體表面達(dá)到消毒，熏蒸 75min 可使尿管達(dá)到有效消毒。甲醛熏蒸消毒后會殘留濃烈的甲醛刺激性氣味，可以采用化學(xué)中和法進(jìn)行消除。在熏蒸消毒結(jié)束后，在熏箱底層放入一定量的濃氨水繼續(xù)熏蒸 30min 可以降低刺激性氣味。
甲醛可用于對怕熱怕濕怕腐蝕的醫(yī)療用品的消毒與滅菌，可采用低溫蒸汽甲醛滅菌的器材主要有：
外科器械、包括導(dǎo)氣管、麻醉用具、關(guān)節(jié)鏡、心導(dǎo)管、腹腔鏡、膀胱鏡等；
診療器械有血氧合器、濕化器、注射器、呼吸機、乳膠導(dǎo)管、乳膠手套等；
電子器材有植入電極、變壓器、電位器、電容器、導(dǎo)線以及眼科手術(shù)使用的熱敏器材等。
