【干貨分享】環氧乙烷滅菌過程等效應用探討

環氧乙烷滅菌一直以來都是無菌醫療器械較為有效的滅菌方式，也是無菌醫療器械生產中至關重要的一個工藝過程。環氧乙烷滅菌可在低溫環境下（例如55°C±10°C）進行滅菌，廣泛應用于多數不耐高溫、不耐濕的包裝材料和醫用高分子醫療器械滅菌?？谡值娜蹏妼咏涍^駐極處理而帶靜電，具有粒子吸附作用。常用的輻照滅菌會破壞熔噴層的電荷結構，影響口罩的細菌過濾效率和顆粒過濾效率，而環氧乙烷滅菌并無此影響，在口罩滅菌中具有重要性和不可替代性^[1]。

滅菌過程是無菌醫療器械生產中的一個特殊過程，過程確認可以證明這一過程能夠持續且有效地生產出符合無菌保證水平要求的產品。由于滅菌設備之間存在差異，滅菌效果可能不同。因此，即使對于完全一致的滅菌過程，在不同滅菌設備上運行時，仍需要分別進行滅菌確認^[2]。在日常生產中，單一柜體滅菌通常不能滿足口罩的產能需求，而如果要用多臺滅菌柜同時滅菌，需要多次驗證工作，周期時間過長，不具有時效性。在應對緊急市場需求時，一方面要保證一次性使用醫用外科口罩產能充足，另一方面又要保證其滅菌后的無菌保證水平。為了減少在其他滅菌設備中驗證所需時間，本文依據YY/T 1268-2015 《環氧乙烷滅菌的產品追加和過程等效》，采用過程等效驗證的方式來實現。

1.材料與方法

1.1一般材料

研究起止時間：2020年12月~2022年6月。滅菌設備為同一生產廠家，表1為本次確認所用的滅菌設備信息。滅 菌 劑 選 用 環 氧 乙 烷 混 合 氣 體， 質 量 比 EO:CO₂=30%:70%。滅菌確認微生物評估中滅菌負載產品為一次性醫用外科口罩（生產廠家：天津市遠東醫材有限公司），微生物指示劑（Microbial Indicator，BI）采用枯草芽孢桿菌ATCC9372（D值3.0min，芽孢含量2.0×106cfu/unit）。將BI放入尺寸100mm×85mm，厚0.1mm的高密度全塑袋中密封，制成外部挑戰裝置（External Challenge Device，PCD）^[3]。

1.2方法

選擇已經按照GB 18279.1-2015《醫療保健產品滅菌　環氧乙烷　第1部分：醫療器械滅菌過程的開發、確認和常規控制的要求》完成了安裝確認和運行確認的3#滅菌設備和4#滅菌設備。按照YY/T 1268-2015 《環氧乙烷滅菌的產品追加和過程等效》中5.3過程等效確定。從設計和工程評估、過程分析和評估、微生物評估三個方面進行分析，評估經4#滅菌設備確認的滅菌參數是否可以等效到3#滅菌設備^[4]。在過程分析和評估中，在3#滅菌設備空載狀態下，分別進行各點位升溫速率和溫度分布測試分析。在滅菌設備空間中均勻放置溫度記錄儀，測溫點位和設備冷點點位如圖1所示（圖中圈出點位為冷點）。

在微生物評估中，在3#滅菌設備中滅菌負載產品滿載狀態下，按照圖2進行PCD擺放，采用表2中4#滅菌設備同樣的滅菌參數進行滅菌。滅菌后對PCD中的BI進行無菌檢測。

2.結果與分析

2.1設計和工程評估

2.1.1滅菌設備基本參數

所用的3#與4#環氧乙烷滅菌設備均為同一廠家制造，標稱容積不同，表3是兩臺滅菌設備基本工程參數。兩臺設備的截面尺寸，高度相差500mm，寬度一致，截面尺寸基本相似，長度是容積的變量，均采用六面體水循環加熱。兩臺設備均采用單排托盤裝載方式，在對滅菌產品加熱方式上（輻射、傳導、對流）從中心點到加熱面的最短距離是675mm，最大距離是750~1000mm，距離相差不大。

2.1.2真空系統

空載時理論排空時間是評估不同容積滅菌設備配置真空泵大小的依據，此參數直接影響抽真空的速率。表4中，按照真空泵的排量和滅菌設備的容積計算在相同壓力下理論空載排空時間為4.3min和5.6min，兩臺設備的真空系統相差不大，在可接受范圍內。

2.1.3加熱系統

滅菌設備柜內滅菌產品加熱和環氧乙烷氣化器加熱均由加熱水箱提供熱量，滅菌設備采用六面體保溫設計，保溫效果良好，循環水溫度一般在50°C~55°C。表5中，兩臺設備單位容積加熱功率在2~3kW/m3，單位容積加熱功率2kW/m3足以滿足柜內產品加熱和環氧乙烷氣化器加熱的要求，兩臺設備加熱控制均采用PID調節方式和自動控制系統，可以認為基本等同。

2.1.4滅菌劑注入和空氣導入系統

分別對兩臺滅菌設備的滅菌劑注入管路、滅菌劑注入點位進行對比，系統配置信息詳見表6。兩臺設備的滅菌劑注入管路均采用Φ8mm紫銅管，能夠保證高壓液態混合氣體的流量基本穩定且充分氣化、經過氣化器后為直徑DN16的不銹鋼管。兩臺設備滅菌劑加注口間距在1440~1950mm，每個滅菌劑加注口所覆蓋的空間相差不大，則滅菌劑進入產品的分布路徑基本一致。滅菌劑注入、空氣導入的點位數量和管道直徑均按不同容積進行匹配，每個加注口的間距及所覆蓋的范圍和導入空氣點位的速率也比較接近。

2.2過程分析和評估

對兩臺滅菌設備的升溫速率、真空速率、滅菌劑注入速率三個過程參數進行過程分析和評估。

2.2.1升溫速率分析

滅菌設備空載狀態平均升溫速率數據見表7，滅菌設備冷點升溫速率見表8，3#滅菌設備平均升溫速率和冷點升溫速率均高于4#滅菌設備。從產品進入設備到暴露的過程中，3#可以使產品升溫速率更高，更容易滅菌。

2.2.2真空速率分析

通過表9可以看出兩臺滅菌設備的真空速率基本相同。滅菌過程尤其是加濕前真空度對滅菌效果影響非常大，預真空的大小決定殘留空氣的多少，而殘留空氣可直接影響環氧乙烷氣體、熱量、濕氣到達被滅菌物品的深層和腔體內部，從而影響產品暴露階段的初始狀態。此外，真空速率過快可能造成對被滅菌產品及其包裝的破壞^[5]。

2.2.3滅菌劑注入速率分析

從表10的對比數據分析，本次評估中使用的滅菌劑為EO:CO2=30%:70%的混合氣體，每瓶凈重25kg（40L）^[5]。3#滅菌設備需要加入大約4瓶滅菌劑，4#滅菌設備加入0.5瓶滅菌劑，加注滅菌劑過程中有更換氣瓶停頓的影響，所以不同容積滅菌設備的加注滅菌劑速率計算值會有差別，但因采取了降低加注滅菌劑管徑限制液體流量的措施，保證了環氧乙烷的氣化效果，使得不同柜體的加注滅菌劑分布總體影響較小。等效評估中，在設計和工程評估通過后，通過對兩臺滅菌設備進行空載狀態的溫差分布和加熱速率、真空速率、以及滅菌劑注入速率、時間綜合分析評估，兩臺滅菌設備實施的過程評估，過程參數基本相似，可以進行微生物評估。

2.3微生物評估

采用同一滅菌負載產品（一次性醫用外科口罩），同一廠家滅菌劑、同一廠家滅菌生物指示劑和相同的PCD，進行滿載狀態滅菌。3#滅菌設備運行經4#滅菌設備確認后的一個半周期參數，對放置的PCD進行無菌檢測，結果全部滅活。

在等效評估中，影響滅菌產品生物負載水平的生產環境沒有改變；生產設施和滅菌場所之間的距離相同，滅菌前的轉運時間相同。因此，產品滅菌前的生物負載基本一致。在微生物評估過程中，運行了一個半周期，從試驗的無菌檢驗報告，可以證明在已評估的設備內該滅菌過程有能力傳遞規定的最小無菌保證水平（SAL不超過10^-6）。

在YY/T 1268-2015《環氧乙烷滅菌的產品追加和過程等效》5.3.4中規定，通過設計和工程評估、過程分析和評估、微生物評估，則證明這個過程是等效的，無須進一步的鑒定。綜上分析，3#滅菌設備和4#滅菌設備對一次性使用醫用外科口罩的滅菌過程等效。此滅菌過程等效是建立在以上三個不同層級評估的基礎之上的，當滅菌設備發生較大變化（如可能影響設備運行參數的維修、更換部件等）時都要進行重新確認和評估。

3.討論

此次評估針對的是一次性醫用外科口罩產品做的環氧乙烷滅菌過程等效評估，該類產品材質和結構簡單，多采用透氣的紙塑包裝。若對其他組成材料、結構或包裝復雜的產品建立過程等效評估，如輸液器、血液凈化體外循環管路、植入類等產品，在進行微生物學評估時，應進行更全面和更嚴格的評估。此外，除評估最小無菌保證水平的傳遞，對于可能引起已鑒定的產品生物負載變化的因素也應予以評估，這些變化通常有以下幾個方面：①制造環境變化，如生產車間潔凈空調系統的改變；②滅菌場所的變化；③對于委托滅菌的生產企業，還應關注生產場地和滅菌場地之間運輸距離以及運輸條件（比如運輸時間、季節引起的溫度、濕度的不同）帶來的影響^[6]。

對于無菌醫療器械，產品無菌性至關重要。滅菌過程作為無菌醫療器械生產中的特殊過程，是企業生產過程控制和政府監管的重點。通過滅菌過程等效驗證可以縮短滅菌確認所需的時間，減少重復性的確認工作，提高效率滿足市場需求。但同時也要充分考慮其關鍵控制點，全面評估由此帶來的產品風險^[7]。

參考文獻

[1] 白丹丹,李菲,李利娜,等.不同滅菌方法對醫用口罩的性能影響[J].輕紡工業與技術,2020,49(10):7-9.

[2] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.醫療保健產品滅菌　環氧乙烷　第1部分:醫療器械滅菌過程的開發、確認和常規控制的要求:GB 18279.1-2015[S].2015.

[3] International Organization for Standardization. Sterilization of health—care products—Ethylene oxide—Requirements for the development, validation and routine controlof a sterilization process for medical devices: ISO 11135:2014[S].2014.

[4] 國家食品藥品監督管理總局.環氧乙烷滅菌的產品追加和過程等效:YY/T 1268-2015[S].2015.

[5] 李偉松.影響環氧乙烷滅菌效果的因素[J].醫療保健器具,2005,12(Z2):53-56.

[6] 翟建紅.影響環氧乙烷滅菌濕度的季節因素分析[J].護理研究,2014,28(12):1436-1437.[7] 唐劍,姚鵬.無菌醫療器械生產企業滅菌控制常見缺陷分析及監管要點梳理[J].中國食品藥品監管,2019,17(10):41-45.

【文章來源】中國醫療器械信息