體外診斷試劑工藝用水質量控制的必要性及方法分析

郭 準，毛省俠

(1.國家食品藥品監督管理總局藥品認證管理中心，北京 100061;2.陜西省食品藥品監督管理局，陜西 西安 710061)

體外診斷試劑生產中的工藝用水有各種用途，作為產品配方中的組成成分和產品的其他組分一樣重要。體外診斷試劑工藝用水的水質可因使用目的的不同而有所區別，而且不同的檢測方法和檢測技術對試劑制備用水的要求也不同。筆者通過分析體外診斷試劑在不同檢測方法和檢測技術中對水質的要求，比較用水質量標準，探討了工藝用水質量控制的方法。

1 體外診斷技術的用水要求

1.1 基本要求

臨床實驗室的基本水質要求包括:去除微粒，水中的粒子能堵塞針頭或歧管并干擾光譜探測;檢查硅水平，以防止二氧化硅在針中形成沉積物而改變配送體積;減少有機質和高分子的水平，如腐殖酸和富里酸，因其具有較高的紫外線吸收率和熒光性質特性。

1.2 幾種具體技術的用水要求

普通化學分析(電解質、脂質和蛋白質):這類試驗的目的是測量離子和生物有機分子。普通化學分析方法中的干擾源包括進水中的離子、釋放離子和有機質的細菌，其水質要求為低離子含量(高電阻率)、細菌含量低。

酶免疫分析:這類方法中的干擾源包括釋放酶的細菌、離子(作為輔酶因子或酶抑制劑)、高濃度有機質(可干擾結合過程，抑制酶和干預熒光檢測)，其水質要求為低細菌計數、低離子含量。

毒理學和治療藥物監測試驗:毒理學試驗和治療藥物監測主要采用免疫法和色譜法兩種方法進行檢測分析。免疫法對水質的要求與前述類似。以液相色譜法為基礎的方法和質譜聯用技術，對水質的要求為低有機質，因為有機質可縮短色譜柱壽命，造成背景干擾而產生偽峰值。

核酸結合試驗:這類試驗方法中的干擾源包括離子(如磷酸鹽和許多二價離子，其能與核酸結合并干擾結合過程)、有機酸特別是羧酸與磷酸衍生物(能模擬核酸作用并干擾結合過程)、細菌(能釋放核酸、DNA和RNA、離子和有機酸)，其水質要求為低離子水平、低細菌含量、不含核酸。

2 體外診斷試劑用水的質量標準比較

2.1 各類規范或指南中的水質分類

體外診斷試劑工藝用水應以提高試劑的化學分析性能為目的，結合產品方法學和檢測技術的特點，并應考慮整個檢測系統的綜合分析要求而確定。

國際通用標準ISO3696《分析實驗室用水規格和試驗方法》[1]將實驗室用水分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ級。我國修改ISO3696∶1987發布中國國家實驗室分析用水標準GB/T 6682－2008《分析實驗室用水規格和試驗方法》[2]，規定了分析實驗室用水的級別、規格、取樣及貯存、試驗方法和試驗報告，適用于化學分析和無機痕量分析等的試驗用水，可根據實際工作需要選用不同級別的水。

美國臨床病理學會(CAP)、美國材料試驗學會(ASTM)、國家臨床檢驗學會(NCCLS)發布了美國試藥級用水的標準規格，將用水分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型。

臨床和實驗室標準組織發布的《臨床實驗室試劑用水的制備和檢測》指南中，涵蓋了醫學實驗室的用水要求。該指南對水純度進行了新的類型命名，如臨床實驗室制劑用水(CLRW)、特別試劑水(CRW)、儀器給水(IFW)，以及對用作稀釋劑和制劑的水、商業瓶裝水、高壓蒸氣滅菌器和清洗用水進行了規定，并且提供了臨床實驗室水凈化、用法的建議[3]。

2.2 現行的各類水質標準比較

由于體外診斷試劑工藝用水目的的多樣性，在制訂適合產品性能的工藝用水質量標準時，可參照相關的規范和指南。目前，與診斷試劑有關的水質標準有以下幾種:國際通用ISO3696《分析實驗室用水規格和試驗方法》標準，以及GB/T 6682－2008《分析實驗室用水規格和試驗方法》(見表1);CAP，ASTM，NCCLS發布的美國試藥級用水的標準規格(見表2);中國電子行業超純水國家標準GB/T1146.1－1997(由于體外診斷試劑與檢測儀器配套使用，因此試劑用水應首先滿足所配套檢測設備對水質的要求，這是臨床和實驗室標準組織在指南中定義的新的水質量標準);2010年版《中國藥典》規定的工藝用水主要包括注射用水和純化水。

表1 中國國家實驗室分析用水標準(GB/T 6682－2008)

注:在一級水、二級水的純度下，難以測定其真實的pH，故對一級水、二級水的pH范圍不作規定;在一級水純度下，難以測定可氧化物質和蒸發殘渣，故對其限量不作規定，可用其他條件和制備方法來保證一級水的質量。

表2 美國試藥級用水的標準規格(CAP，ASTM，NCCLS)

3 工藝用水質量標準的選擇

我國多數體外診斷試劑生產企業只單純生產試劑，生產中工藝用水主要有兩種用途:作為試劑組分的水，直接參與試劑的反應體系;作為生產過程中環境控制和容器衣物清潔消毒等用水。不同的檢測方法和檢測技術，對試劑制備用水的要求有所不同。對于一些化學類試劑，雜質可能對試劑產生不良影響，檢測其工藝用水中的離子和化學質量加以控制是非常重要的。

工藝用水中的微生物負載會夠對最終產品質量產生不良影響，用于受控區域清洗和抗污染溶液的水的微生物限度要求應較低。除了對無菌產品增加的滅菌要求，生產用水也可以無需滅菌。但水中生物負載和(或)其他成分的增加，可能對滅菌處理的能力產生不良影響，為保證產品的滅菌有效性，微生物應控制在可接受的限度內。因此，對水中的微生物負載的監測是非常重要的。

體外診斷試劑最終產品中細菌內毒性達到的可檢測水平，會對試劑性能產生不良影響，細菌內毒素最大允許限度的建立來自試驗確認數據，建立的允許限度不能對產品性能產生相反的影響。

聚合酶鏈反應(PCR)及其相關方法、酶法檢測、核酸結合試驗能被細菌、細菌副產品、帶電有機質和離子污染。細菌能釋放各種酶和離子，模擬該試驗方法中目標酶的行為，一些污染離子會被作為酶的共同因子，其他則作為抑制劑。因此，該試驗中用水的要求高純水并且必須不含核酸，離子純度必須高，同時有機化合物低。

體外診斷試劑生產企業研制和生產醫學實驗室使用的試劑產品，應制訂工藝用水水質標準，制備試劑的用水必須符合水質標準。在產品設計階段，就應根據方法學和配套檢測技術的要求，提出控制參數，通過研制測試、試樣、監測和臨床試驗等各環節的驗證和確認，從而形成水質的質量標準。

4 工藝用水的質量控制

4.1 水的凈化技術

水是良好的溶劑，能溶解各種固態、液態和氣態的物質。天然水中含有各種鹽類和化合物，溶有CO2，還有膠體;還存在大量的非溶解物質，包括黏土、砂石、細菌、微生物、藻類、浮游生物、熱原等;另外，還包括由于排放造成的廢水、溶解在水中的廢氣和廢渣等有害的物質。因此，自然界的水是不純的，所謂的純水和高純水是要通過復雜的工藝才能制造出來的。水中的雜質與水源有直接關系，不同的水源中雜質的成分、種類和含量也不同，也就是工藝用水處理的對象。體外診斷試劑生產工藝用水包括飲用水、純化水和注射用水。

純化水制備是以原水(如飲用水)為原料，經逐級提純水質，使之符合要求的過程。然后，再通過蒸餾等方法獲得注射用水。因此，水的凈化是一個多級過程，每一級都除掉一定量的污物，為下一級作準備。對于某一獨特的水源，應根據其水質特性及供水對象來設計凈化系統。例如，水源中有機物質的含量和濃度較高時，需加強凝聚、活性炭處理、過濾及澄清等預處理;水源中硬度高時，需要增加軟化工序。就脫鹽工序而言，可以用電滲析(ED)、反滲透(RO)和離子交換樹脂除鹽，也可用三者的不同組合來脫鹽，要視水中含鹽量的多少而定。若水源中的可溶性鹽(TDS)含量很低，在預處理后可直接使用離子交換樹脂系統，而不必用電滲析或反滲透。對于含二氧化碳高的水源，還需采用脫氣的裝置。對于含有機物高的水源，需采用大孔樹脂或活性碳處理。對于含細菌多的水源，需采用加氯或紫外燈或臭氧殺菌。對水源中顆粒的截留可采用各種膜過濾或超過濾技術。制水是各種純化手段的組合應用，既要受原水性質、用水標準與用水量的制約，又要考慮制水效率的高低、消耗的大小、設備的繁簡、管理維護的難易和成本。

4.2 水系統的基本要求

純化水、注射用水系統是由水處理設備、儲存設備、分配泵及管網等組成。制水系統存在著原水及制水系統外部原因所致外部污染的可能，原水的污染是制水系統最主要的外部污染源。美國藥典、歐洲藥典及中國藥典均明確要求，制藥用水的原水至少要達到飲用水的質量標準。若達不到飲用水標準的，則先要采取預凈化措施。由于大腸桿菌的存在是水質遭受明顯污染的標志，因此國際上對飲用水中大腸桿菌均有明確的要求。對于其他污染菌則不作細分，在標準中以“細菌總數”表示，我國規定的限度為100個菌/mL。這說明符合飲用水標準的原水中仍存在著微生物污染，而危及制水系統的污染菌主要是革蘭陰性菌。其他如貯罐的排氣口無保護措施或使用了劣質氣體過濾器，水從污染了的出口倒流等也會導致外部污染。

此外，在制水系統制備及運行過程中還存在著內部污染。內部污染與制水系統的設計、選材、運行、維護、貯存、使用等因素密切相關。各種水處理設備均可能成為微生物的內部污染源。原水中的微生物被吸附于活性碳、去離子樹脂、過濾膜和其他設備的表面上，并形成生物膜。生物膜中的微生物受到生物膜的保護，一般消毒劑對它不起作用。另一個內部污染源存在于分配系統之中。微生物能在管道表面、閥門和其他區域生成菌落并大量繁殖，形成生物膜，從而成為持久性的污染源。因此，國外一些企業對制水系統的設計有比較嚴格的標準。包括對預處理設備、純化水制取設備、注射用水(清潔蒸氣)制取設備、貯水容器、管路及分配系統、輸送泵、熱交換器等各種要求。

4.3 水系統的驗證

工藝用水驗證的基本思路是，證明水系統在操作情況下，工藝用水的質量與預期設計一致。因此，驗證必須用文件證明，當根據設計的操作方法和規程管理工藝用水系統時，系統能穩定地生產出一定數量和質量的水。純化水和注射用水(包括清潔蒸氣)是兩個獨立的系統，應單獨進行驗證。但純化水和注射用水制備系統的預處理設備往往是共用的，故這些預處理設備的安裝確認、運行確認可以一起完成。驗證通常要進行適當的挑戰性試驗。工藝用水系統最大的問題在于微生物及細菌內毒素，但對水系統人為地接種微生物或加入細菌內毒素是不切實際的試驗方法。美國食品和藥物管理局(FDA)認為，考核并驗證系統的可靠性應當采用這樣的方法:一是定期監測微生物學指標;二是在特定的監控部位安裝監控裝置，對水系統各有關部位取樣檢驗，以確保整個系統始終達標運行。

純化水、注射用水系統的驗證可分為3個階段。初始驗證階段:當確認所有設備和管路均已正確安裝并能按要求運行后，則可進入水系統的初始驗證階段，在此階段應制訂出運行參數、清潔/消毒規程及其頻率;運行階段(同步驗證階段):通過系統驗證的第二階段證明，按標準操作規程(SOP)運行，系統能始終穩定地生產出符合質量標準的水，取樣方案及檢測時間與第一階段相同;長期考察階段:通過系統驗證的第三階段證明，按SOP運行，系統能在相當長的時間內始終產生符合質量要求的水，在此階段，應找出因原水的任何質量變化而給系統運行和成品水質所造成的影響，即尋找原水、水系統及出水水質的相關性。但上述驗證方案不是水系統驗證的唯一方法。現在普遍采用的方法是采用二階段制，即安裝以后的驗證和運行以后1年數據的積累。

4.4 水系統的維護

制水系統的運行和維護，對于驗證及正常使用關系極大，故應建立監控、預修計劃，以確保水系統的運行始終處于受控狀態。應制訂工藝用水的質量體系管理文件并實施有效控制。用于試劑制備的水，應按照主要原料進行管理，在使用前進行檢測，符合質量標準后方可用于配液、試驗等環節。應控制工藝用水參數的穩定性和準確性，以保證產品質量的穩定性，減少不同批次產品的不一致性。用于環境控制的工藝用水，可以在對制水系統驗證的基礎上，加強對水系統的檢測，確保工藝用水滿足要求。

5 思考與建議

我國尚未制訂體外診斷試劑生產用水的相關規范或指南。目前征求意見的《體外診斷試劑生產用純化水》(征求意見稿)中，規定了醫學實驗室一般試劑配制、儀器及器械清洗用水的要求及試驗方法，相應體外診斷試劑生產中用水可參照，且標準規定了用水的性狀、電導率、微生物總數、總有機碳或可氧化物質等參數。通常，大多數試劑企業對環境清潔用水采用《中國藥典》中的純化水標準，配制試劑時采用純化水超濾后的超純水，但很多企業并不明白水質標準的制訂依據和參數選擇。

《體外診斷試劑生產實施細則》中規定，企業應制訂工藝用水的規程，驗證并規定工藝用水的質量標準、檢驗周期和保存期限。筆者認為，用于試劑制備的工藝用水，在產品設計階段就應根據方法學和配套檢測技術的要求，提出控制參數，通過研制測試、試樣、監測和臨床試驗等各環節的驗證和確認，形成質量標準;用于環境控制的工藝用水，主要應用于無菌或潔凈區域的清潔，可參照現有無菌或潔凈區衛生控制用水的要求制訂質量標準。

對于已有相關規定的工藝用水的質量標準，由于這些規定已經驗證或多年經驗積累而成，企業應盡量采用相關規定，并做好水系統的各種驗證。

[1]ISO3696，Water for analytical laboratory use－Specification and test methods[S].

[2]GB/T 6682－2008，分析實驗室用水規格和試驗方法[S].

[3]國家食品藥品監督管理局藥品安全監管司，國家食品藥品監督管理局藥品認證管理中心.藥品生產驗證指南(2003)[M].北京:化學工業出版社，2003:96－107.