朱 靜，周 冬，張 弦

（安徽省食品藥品審評(píng)認(rèn)證中心，安徽 合肥 230051）

醫(yī)用高分子材料環(huán)氧乙烷滅菌效果影響因素分析

朱 靜，周 冬，張 弦

（安徽省食品藥品審評(píng)認(rèn)證中心，安徽 合肥 230051）

目的 分析環(huán)氧乙烷滅菌效果的影響因素，提高滅菌效果。方法 對(duì)滅菌過(guò)程中涉及的相關(guān)因素逐一分析。結(jié)果 影響醫(yī)用高分子材料環(huán)氧乙烷滅菌效果的因素較多，主要有溫度、濕度、濃度、作用時(shí)間、裝載方式等，各個(gè)因素的影響機(jī)理差異很大。結(jié)論 在運(yùn)用環(huán)氧乙烷對(duì)醫(yī)用高分子材料進(jìn)行滅菌時(shí)，應(yīng)充分考慮各個(gè)因素的影響，以達(dá)到良好的滅菌效果。

環(huán)氧乙烷；滅菌；高分子材料；殘留量；影響因素

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)使用的醫(yī)用高分子材料主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯等，這些都是一次性無(wú)菌耗材的主要原材料。醫(yī)療器械常用的滅菌方式主要有輻照、電子束、環(huán)氧乙烷、蒸氣、干熱、過(guò)氧化氫等，受成本、材料耐受性及滅菌后殘留等諸多因素的影響，現(xiàn)在廣泛使用環(huán)氧乙烷滅菌。環(huán)氧乙烷是性質(zhì)活潑的環(huán)醚，可破壞包括孢子甚至病毒在內(nèi)的各種微生物，在一定濃度范圍內(nèi)對(duì)微生物不僅有抑制作用，而且有致死效應(yīng)。環(huán)氧乙烷在常溫下為氣態(tài)，在較大蒸氣壓下，對(duì)滅菌物品穿透性強(qiáng)，可穿透微孔達(dá)到物品深部，且費(fèi)用較低[1]，但滅菌效果受到諸多因素影響。影響高分子材料環(huán)氧乙烷滅菌效果的主要因素包括溫度、相對(duì)濕度、環(huán)氧乙烷濃度、作用時(shí)間、裝載方式、包裝材料等[2]。在滅菌前，首先應(yīng)對(duì)滅菌設(shè)備進(jìn)行必要的安裝及運(yùn)行驗(yàn)證，以確保滅菌設(shè)備處于正常工作狀態(tài)。

1 影響因素

1．1 溫度

密閉空間內(nèi)，隨著溫度的升高，環(huán)氧乙烷分子活動(dòng)加劇，有利于滲透到本來(lái)難以到達(dá)的部位，從而提高滅菌效率。同時(shí)，隨著溫度的升高，蒸氣壓也隨之增大，穿透力加強(qiáng)。其對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。通常采取定量討論形式衡量滅菌速度與溫度的相關(guān)性，將溫度每提高10℃滅菌效率（化學(xué)反應(yīng)速度）的提高值定義為 Q10。經(jīng)過(guò)Phillips等[3]多年的研究發(fā)現(xiàn)，Q10的值介于1．8～2．74之間。采用簡(jiǎn)化的估算方法，溫度每提高10℃，滅菌效果加倍。而在實(shí)際應(yīng)用中，溫度難以無(wú)限制升高。一方面要考慮能量成本，另一方面也要考慮產(chǎn)品所用高分子材料的耐受性，因過(guò)高的溫度會(huì)加速高分子材料的分解，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量，故環(huán)氧乙烷滅菌溫度通常在40～60℃，且滅菌過(guò)程中應(yīng)控制溫度的波動(dòng)性[4]。

表1 不同溫度下環(huán)氧乙烷的蒸汽壓（mmHg）

1．2 濕度

環(huán)氧乙烷滅菌過(guò)程是烷基化的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，水是烷基化反應(yīng)中的參與者，通過(guò)打開(kāi)環(huán)氧乙烷的環(huán)氧基團(tuán)使其與微生物發(fā)生作用，以達(dá)到滅菌效果。一定的濕度可加速環(huán)境溫度的升高速度。水的存在，還可增強(qiáng)環(huán)氧乙烷的穿透力，使之更容易透過(guò)醫(yī)療器械的包裝。比較理想的相對(duì)濕度范圍為40%～80%，值得注意的是，在試生產(chǎn)時(shí)，30%的相對(duì)濕度已可充分滿足滅菌的要求，但在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)滅菌中，產(chǎn)品的包裝材料如初包裝、瓦楞紙板及纏繞的膠帶均會(huì)對(duì)相對(duì)濕度產(chǎn)生影響。在實(shí)際運(yùn)用中如采用30%的相對(duì)濕度，易造成滅菌失敗。滅菌柜內(nèi)可采用濕度傳感器監(jiān)測(cè)相對(duì)濕度，也可采集注入的蒸氣分壓、蒸氣注入前滅菌柜內(nèi)的蒸氣分壓及滅菌溫度下的飽和蒸氣壓3個(gè)參數(shù)，再運(yùn)用公式法計(jì)算相對(duì)濕度。相應(yīng)的計(jì)算公式可參考《AAMI TIR15：2009 EO滅菌物理學(xué)方面問(wèn)題》相關(guān)內(nèi)容[5]。應(yīng)用公式計(jì)算出的相對(duì)濕度是一個(gè)理論值，有時(shí)跟實(shí)際滅菌濕度有較大差異。所以，最好能安裝可監(jiān)視整個(gè)過(guò)程的感應(yīng)器，并可根據(jù)實(shí)際變化隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以獲得一個(gè)既可達(dá)到滅菌效果又可保證資源不被浪費(fèi)的使用過(guò)程。

1．3 環(huán)氧乙烷濃度

在溫度和濕度條件一定的情況下，適當(dāng)提高環(huán)氧乙烷濃度可提高滅菌效率，其相關(guān)性大致呈現(xiàn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。但反應(yīng)速率隨濃度的上升是有上限的，有研究表明，在37℃以上，當(dāng)環(huán)氧乙烷質(zhì)量濃度大于884 mg／L時(shí)，呈現(xiàn)零級(jí)反應(yīng)，即環(huán)氧乙烷濃度對(duì)反應(yīng)速率基本無(wú)影響[6]。根據(jù)此原理，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中選擇合適的滅菌濃度既可提高滅菌效率，也可降低生產(chǎn)成本。環(huán)氧乙烷濃度有2種計(jì)算方法，即重量法和理想氣體狀態(tài)方程法。因重量法的參數(shù)容易得到且計(jì)算較簡(jiǎn)便，企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中大多采用此方法，但得出的結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的差異較大。建議有條件的企業(yè)在滅菌柜內(nèi)安裝傳感器，以便對(duì)環(huán)氧乙烷濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[7]。

1．4 作用時(shí)間

環(huán)氧乙烷滅菌過(guò)程中，微生物數(shù)量與作用時(shí)間呈指數(shù)關(guān)系。將微生物數(shù)量轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)值后，與作用時(shí)間呈負(fù)線性相關(guān)。通常用半周期法、存活曲線法和部分陰性法來(lái)確定作用時(shí)間，其中半周期法應(yīng)用最廣。該法是在除時(shí)間外其他參數(shù)不變的情況下，將作用時(shí)間依次減半，直到找到能使滅菌物品達(dá)到無(wú)菌狀態(tài)的最短時(shí)間。若在該時(shí)間內(nèi)再重復(fù)3次的滅菌試驗(yàn)中，均能達(dá)到滅菌效果，即可確定為半周期。滅菌工藝規(guī)定的實(shí)際滅菌時(shí)間應(yīng)至少為半周期的2倍，以確保滅菌效果。但作用時(shí)間并非越長(zhǎng)越好，否則不僅增加生產(chǎn)成本，同時(shí)也會(huì)給產(chǎn)品帶來(lái)不利影響，如分解、滅菌劑殘留等問(wèn)題[8－9]。

1．5 裝載方式

裝載方式缺乏量化指標(biāo)，且操作起來(lái)相對(duì)復(fù)雜，在實(shí)際滅菌過(guò)程中，該影響因素往往得不到足夠重視，但該因素對(duì)滅菌效果的影響不可小覷。在滅菌過(guò)程中，為確保環(huán)氧乙烷氣體能有效穿透產(chǎn)品及在滅菌柜內(nèi)分布均勻，滅菌產(chǎn)品在裝載時(shí)，應(yīng)至少與柜壁保持5 cm的間隔。同時(shí)，每一包裝單元間也應(yīng)有適宜的間隔。每批次的滅菌體積不應(yīng)超過(guò)柜體空間的80%。具體的裝載方式因產(chǎn)品、包裝等因素而異，需要企業(yè)在滅菌驗(yàn)證時(shí)進(jìn)行摸索確定，并在實(shí)際生產(chǎn)中保持相同或近似的裝載方式[10－11]。

1．6 包裝材料

環(huán)氧乙烷滅菌的對(duì)象是最終包裝好的產(chǎn)品，因此包裝材料的選擇同樣需要予以考慮。在選擇包裝材料時(shí)，不僅需要考慮對(duì)滅菌效果的影響，還要兼顧滅菌劑的殘留問(wèn)題。環(huán)氧乙烷進(jìn)行滅菌時(shí)，可能的殘留物質(zhì)有環(huán)氧乙烷、2－氯乙醇及乙二醇。目前，各國(guó)對(duì)殘留量的限度要求有所不同，我國(guó)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)主要有《GB／T 16886．7醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià)第7部分：環(huán)氧乙烷滅菌殘留量》《一次性使用醫(yī)療用品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。常用的初包裝材料有全塑和紙塑2種。全塑材料采用聚丙烯薄膜袋，在滅菌后需要較長(zhǎng)時(shí)間的解析，實(shí)際使用受到較大限制。紙塑包裝采用聚丙烯薄膜與醫(yī)療透析紙復(fù)合包裝，既保證了包裝的良好透氣性和阻菌性，也大大節(jié)省了解析時(shí)間。產(chǎn)品的最終包裝大多為瓦楞紙箱，其材料性質(zhì)及所用塑膠帶都應(yīng)在滅菌驗(yàn)證中予以考慮。很多企業(yè)在做滅菌驗(yàn)證時(shí)所用的產(chǎn)品包裝形式是初包裝，而不是最終包裝，這樣所得結(jié)論的科學(xué)性將大打折扣[11－12]。

2 結(jié)語(yǔ)

環(huán)氧乙烷滅菌過(guò)程十分復(fù)雜，沒(méi)有經(jīng)典的參數(shù)設(shè)置以適用于各種情況。除上面提到的因素外，滅菌氣體成分比例、初始污染菌、滅菌器性能等均會(huì)影響滅菌效果。此外，目前國(guó)內(nèi)仍有部分生產(chǎn)無(wú)菌高分子材料的醫(yī)療器械企業(yè)將環(huán)氧乙烷滅菌工作委托給其他企業(yè)，這也給滅菌效果帶來(lái)了新的影響因素。我國(guó)是生產(chǎn)一次性高分子耗材最多的國(guó)家，環(huán)氧乙烷滅菌又是高分子材料的主要滅菌方式[10，13]，如何科學(xué)、高效地運(yùn)用這種滅菌方式，值得深入研究。

[1]周繪勤，李 濤．影響環(huán)氧乙烷滅菌效果因素探討[J]．內(nèi)蒙古中醫(yī)藥，2010（17）：162－163．

[2]朱瑞銀，陸 蓓，何忠平．無(wú)菌醫(yī)療器械環(huán)氧乙烷滅菌的驗(yàn)證方法[J]．中國(guó)醫(yī)療器械信息，2008（14）：10－13．

[3]Phillips CR．The sterilizing action of gaseous ethylene oxide，Ⅱ．Sterilization of contaminated objects with ethylene oxide and related compounds：time，concentration and temperature relationships[J]． Am J Hyg，1949，50（3）：280－288．

[4]李偉松．影響環(huán)氧乙烷滅菌效果的因素[J]．醫(yī)療保健器具，2005（Z2）：53．

[5]張文捷，高雅文，毛雅琴．環(huán)氧乙烷滅菌過(guò)程中存在的問(wèn)題探討[J]．浙江預(yù)防醫(yī)學(xué)，2002（1）：50．

[6]Ernst RR，Shull JJ．Ethylene oxide gaseous sterilization．I．Concentration and temperature effects[J]．Appl Microbiol，1962，10（4）：337－341．

[7]楊 冰，張自強(qiáng)，季君暉，等．無(wú)菌醫(yī)療器械的常用滅菌方法及驗(yàn)證[J]．中國(guó)醫(yī)療器械信息，2010（5）：34－38．

[8]桂萌雙．環(huán)氧乙烷低溫滅菌的環(huán)節(jié)質(zhì)控要點(diǎn)[J]．醫(yī)學(xué)信息：上旬刊，2010（12）：4 950－4 951．

[9]王洪林．環(huán)氧乙烷滅菌存在問(wèn)題及對(duì)策[J]．中國(guó)消毒學(xué)雜志，2004（1）：78．

[10]姚思維．淺談醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)環(huán)氧乙烷滅菌的驗(yàn)證[J]．生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)進(jìn)展，2014（35）：60－62．

[11]程 玲，徐玉茵，高 勇，等．醫(yī)療器械滅菌方法、滅菌工藝驗(yàn)證及無(wú)菌檢查[J]．價(jià)值工程，2011（29）：272－273．

[12]哈景華，董文嬋，王 柳．環(huán)氧乙烷滅菌出現(xiàn)不合格原因分析[J]．中國(guó)消毒學(xué)雜志，2009（1）：114．

[13]聶旭陽(yáng)．環(huán)氧乙烷的當(dāng)前現(xiàn)狀及其未來(lái)發(fā)展[J]．化工管理，2013（18）：220．

Factors of Biomedical Polymer Material Sterilization Using Ethylene Oxide

Zhu Jing，Zhou Dong，Zhang Xian
（Anhui Center for Food and Drug Evaluation＆ Certification，Hefei，Anhui，China 230051）

Objective To analyze the factors of the ethylene oxide′s sterilization effect in order to improve its effect．M ethods Rataed factors in the sterilization process were analysed one by one．Results There were so many factors impacting the sterilization effect．The mechanism of each factor was very various，i．e．，temperature，humidity，concentration，reaction time，loading methods，each factor had different mechanism．Conclusion In the use of ethylene oxide for the sterilization of medical polymer materials，we should fully consider the impact of various factors in order to achieve good sterilization effect．

ethylene oxide；sterilization；biomedical polymer material；residual；influencing factor

R197．39

A

1006－4931(2016)10－0006－03

2015－07－28；

2015－12－16)