醫用高分子材料環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認證中心，安徽 合肥 230051）

醫用高分子材料環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認證中心，安徽 合肥 230051）

目的 分析環氧乙烷滅菌效果的影響因素，提高滅菌效果。方法 對滅菌過程中涉及的相關因素逐一分析。結果 影響醫用高分子材料環氧乙烷滅菌效果的因素較多，主要有溫度、濕度、濃度、作用時間、裝載方式等，各個因素的影響機理差異很大。結論 在運用環氧乙烷對醫用高分子材料進行滅菌時，應充分考慮各個因素的影響，以達到良好的滅菌效果。

環氧乙烷；滅菌；高分子材料；殘留量；影響因素

目前，國內市場使用的醫用高分子材料主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯等，這些都是一次性無菌耗材的主要原材料。醫療器械常用的滅菌方式主要有輻照、電子束、環氧乙烷、蒸氣、干熱、過氧化氫等，受成本、材料耐受性及滅菌后殘留等諸多因素的影響，現在廣泛使用環氧乙烷滅菌。環氧乙烷是性質活潑的環醚，可破壞包括孢子甚至病毒在內的各種微生物，在一定濃度范圍內對微生物不僅有抑制作用，而且有致死效應。環氧乙烷在常溫下為氣態，在較大蒸氣壓下，對滅菌物品穿透性強，可穿透微孔達到物品深部，且費用較低[1]，但滅菌效果受到諸多因素影響。影響高分子材料環氧乙烷滅菌效果的主要因素包括溫度、相對濕度、環氧乙烷濃度、作用時間、裝載方式、包裝材料等[2]。在滅菌前，首先應對滅菌設備進行必要的安裝及運行驗證，以確保滅菌設備處于正常工作狀態。

1 影響因素

1．1 溫度

密閉空間內，隨著溫度的升高，環氧乙烷分子活動加劇，有利于滲透到本來難以到達的部位，從而提高滅菌效率。同時，隨著溫度的升高，蒸氣壓也隨之增大，穿透力加強。其對應關系見表1。通常采取定量討論形式衡量滅菌速度與溫度的相關性，將溫度每提高10℃滅菌效率（化學反應速度）的提高值定義為 Q10。經過Phillips等[3]多年的研究發現，Q10的值介于1．8～2．74之間。采用簡化的估算方法，溫度每提高10℃，滅菌效果加倍。而在實際應用中，溫度難以無限制升高。一方面要考慮能量成本，另一方面也要考慮產品所用高分子材料的耐受性，因過高的溫度會加速高分子材料的分解，從而影響產品的質量，故環氧乙烷滅菌溫度通常在40～60℃，且滅菌過程中應控制溫度的波動性[4]。

表1 不同溫度下環氧乙烷的蒸汽壓（mmHg）

1．2 濕度

環氧乙烷滅菌過程是烷基化的化學反應過程，水是烷基化反應中的參與者，通過打開環氧乙烷的環氧基團使其與微生物發生作用，以達到滅菌效果。一定的濕度可加速環境溫度的升高速度。水的存在，還可增強環氧乙烷的穿透力，使之更容易透過醫療器械的包裝。比較理想的相對濕度范圍為40%～80%，值得注意的是，在試生產時，30%的相對濕度已可充分滿足滅菌的要求，但在大規模工業生產滅菌中，產品的包裝材料如初包裝、瓦楞紙板及纏繞的膠帶均會對相對濕度產生影響。在實際運用中如采用30%的相對濕度，易造成滅菌失敗。滅菌柜內可采用濕度傳感器監測相對濕度，也可采集注入的蒸氣分壓、蒸氣注入前滅菌柜內的蒸氣分壓及滅菌溫度下的飽和蒸氣壓3個參數，再運用公式法計算相對濕度。相應的計算公式可參考《AAMI TIR15：2009 EO滅菌物理學方面問題》相關內容[5]。應用公式計算出的相對濕度是一個理論值，有時跟實際滅菌濕度有較大差異。所以，最好能安裝可監視整個過程的感應器，并可根據實際變化隨時進行調整，以獲得一個既可達到滅菌效果又可保證資源不被浪費的使用過程。

1．3 環氧乙烷濃度

在溫度和濕度條件一定的情況下，適當提高環氧乙烷濃度可提高滅菌效率，其相關性大致呈現一級動力學反應。但反應速率隨濃度的上升是有上限的，有研究表明，在37℃以上，當環氧乙烷質量濃度大于884 mg／L時，呈現零級反應，即環氧乙烷濃度對反應速率基本無影響[6]。根據此原理，在實際工業生產中選擇合適的滅菌濃度既可提高滅菌效率，也可降低生產成本。環氧乙烷濃度有2種計算方法，即重量法和理想氣體狀態方程法。因重量法的參數容易得到且計算較簡便，企業在實際生產中大多采用此方法，但得出的結果與實測數據的差異較大。建議有條件的企業在滅菌柜內安裝傳感器，以便對環氧乙烷濃度進行實時監控[7]。

1．4 作用時間

環氧乙烷滅菌過程中，微生物數量與作用時間呈指數關系。將微生物數量轉化為對數值后，與作用時間呈負線性相關。通常用半周期法、存活曲線法和部分陰性法來確定作用時間，其中半周期法應用最廣。該法是在除時間外其他參數不變的情況下，將作用時間依次減半，直到找到能使滅菌物品達到無菌狀態的最短時間。若在該時間內再重復3次的滅菌試驗中，均能達到滅菌效果，即可確定為半周期。滅菌工藝規定的實際滅菌時間應至少為半周期的2倍，以確保滅菌效果。但作用時間并非越長越好，否則不僅增加生產成本，同時也會給產品帶來不利影響，如分解、滅菌劑殘留等問題[8－9]。

1．5 裝載方式

裝載方式缺乏量化指標，且操作起來相對復雜，在實際滅菌過程中，該影響因素往往得不到足夠重視，但該因素對滅菌效果的影響不可小覷。在滅菌過程中，為確保環氧乙烷氣體能有效穿透產品及在滅菌柜內分布均勻，滅菌產品在裝載時，應至少與柜壁保持5 cm的間隔。同時，每一包裝單元間也應有適宜的間隔。每批次的滅菌體積不應超過柜體空間的80%。具體的裝載方式因產品、包裝等因素而異，需要企業在滅菌驗證時進行摸索確定，并在實際生產中保持相同或近似的裝載方式[10－11]。

1．6 包裝材料

環氧乙烷滅菌的對象是最終包裝好的產品，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，不僅需要考慮對滅菌效果的影響，還要兼顧滅菌劑的殘留問題。環氧乙烷進行滅菌時，可能的殘留物質有環氧乙烷、2－氯乙醇及乙二醇。目前，各國對殘留量的限度要求有所不同，我國現行的標準主要有《GB／T 16886．7醫療器械生物學評價第7部分：環氧乙烷滅菌殘留量》《一次性使用醫療用品衛生標準》。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，在滅菌后需要較長時間的解析，實際使用受到較大限制。紙塑包裝采用聚丙烯薄膜與醫療透析紙復合包裝，既保證了包裝的良好透氣性和阻菌性，也大大節省了解析時間。產品的最終包裝大多為瓦楞紙箱，其材料性質及所用塑膠帶都應在滅菌驗證中予以考慮。很多企業在做滅菌驗證時所用的產品包裝形式是初包裝，而不是最終包裝，這樣所得結論的科學性將大打折扣[11－12]。

2 結語

環氧乙烷滅菌過程十分復雜，沒有經典的參數設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、滅菌器性能等均會影響滅菌效果。此外，目前國內仍有部分生產無菌高分子材料的醫療器械企業將環氧乙烷滅菌工作委托給其他企業，這也給滅菌效果帶來了新的影響因素。我國是生產一次性高分子耗材最多的國家，環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、高效地運用這種滅菌方式，值得深入研究。

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

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

[5]張文捷，高雅文，毛雅琴．環氧乙烷滅菌過程中存在的問題探討[J]．浙江預防醫學，2002（1）：50．

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[10]姚思維．淺談醫療器械生產企業環氧乙烷滅菌的驗證[J]．生物醫學工程學進展，2014（35）：60－62．

[11]程 玲，徐玉茵，高 勇，等．醫療器械滅菌方法、滅菌工藝驗證及無菌檢查[J]．價值工程，2011（29）：272－273．

[12]哈景華，董文嬋，王 柳．環氧乙烷滅菌出現不合格原因分析[J]．中國消毒學雜志，2009（1）：114．

[13]聶旭陽．環氧乙烷的當前現狀及其未來發展[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)