体外诊断试剂工艺用水质量控制的必要性及方法分析

郭 准，毛省侠

(1.国家食品药品监督管理总局药品认证管理中心，北京 100061;2.陕西省食品药品监督管理局，陕西 西安 710061)

体外诊断试剂生产中的工艺用水有各种用途，作为产品配方中的组成成分和产品的其他组分一样重要。体外诊断试剂工艺用水的水质可因使用目的的不同而有所区别，而且不同的检测方法和检测技术对试剂制备用水的要求也不同。笔者通过分析体外诊断试剂在不同检测方法和检测技术中对水质的要求，比较用水质量标准，探讨了工艺用水质量控制的方法。

1 体外诊断技术的用水要求

1.1 基本要求

临床实验室的基本水质要求包括:去除微粒，水中的粒子能堵塞针头或歧管并干扰光谱探测;检查硅水平，以防止二氧化硅在针中形成沉积物而改变配送体积;减少有机质和高分子的水平，如腐殖酸和富里酸，因其具有较高的紫外线吸收率和荧光性质特性。

1.2 几种具体技术的用水要求

普通化学分析(电解质、脂质和蛋白质):这类试验的目的是测量离子和生物有机分子。普通化学分析方法中的干扰源包括进水中的离子、释放离子和有机质的细菌，其水质要求为低离子含量(高电阻率)、细菌含量低。

酶免疫分析:这类方法中的干扰源包括释放酶的细菌、离子(作为辅酶因子或酶抑制剂)、高浓度有机质(可干扰结合过程，抑制酶和干预荧光检测)，其水质要求为低细菌计数、低离子含量。

毒理学和治疗药物监测试验:毒理学试验和治疗药物监测主要采用免疫法和色谱法两种方法进行检测分析。免疫法对水质的要求与前述类似。以液相色谱法为基础的方法和质谱联用技术，对水质的要求为低有机质，因为有机质可缩短色谱柱寿命，造成背景干扰而产生伪峰值。

核酸结合试验:这类试验方法中的干扰源包括离子(如磷酸盐和许多二价离子，其能与核酸结合并干扰结合过程)、有机酸特别是羧酸与磷酸衍生物(能模拟核酸作用并干扰结合过程)、细菌(能释放核酸、DNA和RNA、离子和有机酸)，其水质要求为低离子水平、低细菌含量、不含核酸。

2 体外诊断试剂用水的质量标准比较

2.1 各类规范或指南中的水质分类

体外诊断试剂工艺用水应以提高试剂的化学分析性能为目的，结合产品方法学和检测技术的特点，并应考虑整个检测系统的综合分析要求而确定。

国际通用标准ISO3696《分析实验室用水规格和试验方法》[1]将实验室用水分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级。我国修改ISO3696∶1987发布中国国家实验室分析用水标准GB/T 6682－2008《分析实验室用水规格和试验方法》[2]，规定了分析实验室用水的级别、规格、取样及贮存、试验方法和试验报告，适用于化学分析和无机痕量分析等的试验用水，可根据实际工作需要选用不同级别的水。

美国临床病理学会(CAP)、美国材料试验学会(ASTM)、国家临床检验学会(NCCLS)发布了美国试药级用水的标准规格，将用水分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型。

临床和实验室标准组织发布的《临床实验室试剂用水的制备和检测》指南中，涵盖了医学实验室的用水要求。该指南对水纯度进行了新的类型命名，如临床实验室制剂用水(CLRW)、特别试剂水(CRW)、仪器给水(IFW)，以及对用作稀释剂和制剂的水、商业瓶装水、高压蒸气灭菌器和清洗用水进行了规定，并且提供了临床实验室水净化、用法的建议[3]。

2.2 现行的各类水质标准比较

由于体外诊断试剂工艺用水目的的多样性，在制订适合产品性能的工艺用水质量标准时，可参照相关的规范和指南。目前，与诊断试剂有关的水质标准有以下几种:国际通用ISO3696《分析实验室用水规格和试验方法》标准，以及GB/T 6682－2008《分析实验室用水规格和试验方法》(见表1);CAP，ASTM，NCCLS发布的美国试药级用水的标准规格(见表2);中国电子行业超纯水国家标准GB/T1146.1－1997(由于体外诊断试剂与检测仪器配套使用，因此试剂用水应首先满足所配套检测设备对水质的要求，这是临床和实验室标准组织在指南中定义的新的水质量标准);2010年版《中国药典》规定的工艺用水主要包括注射用水和纯化水。

表1 中国国家实验室分析用水标准(GB/T 6682－2008)

注:在一级水、二级水的纯度下，难以测定其真实的pH，故对一级水、二级水的pH范围不作规定;在一级水纯度下，难以测定可氧化物质和蒸发残渣，故对其限量不作规定，可用其他条件和制备方法来保证一级水的质量。

表2 美国试药级用水的标准规格(CAP，ASTM，NCCLS)

3 工艺用水质量标准的选择

我国多数体外诊断试剂生产企业只单纯生产试剂，生产中工艺用水主要有两种用途:作为试剂组分的水，直接参与试剂的反应体系;作为生产过程中环境控制和容器衣物清洁消毒等用水。不同的检测方法和检测技术，对试剂制备用水的要求有所不同。对于一些化学类试剂，杂质可能对试剂产生不良影响，检测其工艺用水中的离子和化学质量加以控制是非常重要的。

工艺用水中的微生物负载会够对最终产品质量产生不良影响，用于受控区域清洗和抗污染溶液的水的微生物限度要求应较低。除了对无菌产品增加的灭菌要求，生产用水也可以无需灭菌。但水中生物负载和(或)其他成分的增加，可能对灭菌处理的能力产生不良影响，为保证产品的灭菌有效性，微生物应控制在可接受的限度内。因此，对水中的微生物负载的监测是非常重要的。

体外诊断试剂最终产品中细菌内毒性达到的可检测水平，会对试剂性能产生不良影响，细菌内毒素最大允许限度的建立来自试验确认数据，建立的允许限度不能对产品性能产生相反的影响。

聚合酶链反应(PCR)及其相关方法、酶法检测、核酸结合试验能被细菌、细菌副产品、带电有机质和离子污染。细菌能释放各种酶和离子，模拟该试验方法中目标酶的行为，一些污染离子会被作为酶的共同因子，其他则作为抑制剂。因此，该试验中用水的要求高纯水并且必须不含核酸，离子纯度必须高，同时有机化合物低。

体外诊断试剂生产企业研制和生产医学实验室使用的试剂产品，应制订工艺用水水质标准，制备试剂的用水必须符合水质标准。在产品设计阶段，就应根据方法学和配套检测技术的要求，提出控制参数，通过研制测试、试样、监测和临床试验等各环节的验证和确认，从而形成水质的质量标准。

4 工艺用水的质量控制

4.1 水的净化技术

水是良好的溶剂，能溶解各种固态、液态和气态的物质。天然水中含有各种盐类和化合物，溶有CO2，还有胶体;还存在大量的非溶解物质，包括黏土、砂石、细菌、微生物、藻类、浮游生物、热原等;另外，还包括由于排放造成的废水、溶解在水中的废气和废渣等有害的物质。因此，自然界的水是不纯的，所谓的纯水和高纯水是要通过复杂的工艺才能制造出来的。水中的杂质与水源有直接关系，不同的水源中杂质的成分、种类和含量也不同，也就是工艺用水处理的对象。体外诊断试剂生产工艺用水包括饮用水、纯化水和注射用水。

纯化水制备是以原水(如饮用水)为原料，经逐级提纯水质，使之符合要求的过程。然后，再通过蒸馏等方法获得注射用水。因此，水的净化是一个多级过程，每一级都除掉一定量的污物，为下一级作准备。对于某一独特的水源，应根据其水质特性及供水对象来设计净化系统。例如，水源中有机物质的含量和浓度较高时，需加强凝聚、活性炭处理、过滤及澄清等预处理;水源中硬度高时，需要增加软化工序。就脱盐工序而言，可以用电渗析(ED)、反渗透(RO)和离子交换树脂除盐，也可用三者的不同组合来脱盐，要视水中含盐量的多少而定。若水源中的可溶性盐(TDS)含量很低，在预处理后可直接使用离子交换树脂系统，而不必用电渗析或反渗透。对于含二氧化碳高的水源，还需采用脱气的装置。对于含有机物高的水源，需采用大孔树脂或活性碳处理。对于含细菌多的水源，需采用加氯或紫外灯或臭氧杀菌。对水源中颗粒的截留可采用各种膜过滤或超过滤技术。制水是各种纯化手段的组合应用，既要受原水性质、用水标准与用水量的制约，又要考虑制水效率的高低、消耗的大小、设备的繁简、管理维护的难易和成本。

4.2 水系统的基本要求

纯化水、注射用水系统是由水处理设备、储存设备、分配泵及管网等组成。制水系统存在着原水及制水系统外部原因所致外部污染的可能，原水的污染是制水系统最主要的外部污染源。美国药典、欧洲药典及中国药典均明确要求，制药用水的原水至少要达到饮用水的质量标准。若达不到饮用水标准的，则先要采取预净化措施。由于大肠杆菌的存在是水质遭受明显污染的标志，因此国际上对饮用水中大肠杆菌均有明确的要求。对于其他污染菌则不作细分，在标准中以“细菌总数”表示，我国规定的限度为100个菌/mL。这说明符合饮用水标准的原水中仍存在着微生物污染，而危及制水系统的污染菌主要是革兰阴性菌。其他如贮罐的排气口无保护措施或使用了劣质气体过滤器，水从污染了的出口倒流等也会导致外部污染。

此外，在制水系统制备及运行过程中还存在着内部污染。内部污染与制水系统的设计、选材、运行、维护、贮存、使用等因素密切相关。各种水处理设备均可能成为微生物的内部污染源。原水中的微生物被吸附于活性碳、去离子树脂、过滤膜和其他设备的表面上，并形成生物膜。生物膜中的微生物受到生物膜的保护，一般消毒剂对它不起作用。另一个内部污染源存在于分配系统之中。微生物能在管道表面、阀门和其他区域生成菌落并大量繁殖，形成生物膜，从而成为持久性的污染源。因此，国外一些企业对制水系统的设计有比较严格的标准。包括对预处理设备、纯化水制取设备、注射用水(清洁蒸气)制取设备、贮水容器、管路及分配系统、输送泵、热交换器等各种要求。

4.3 水系统的验证

工艺用水验证的基本思路是，证明水系统在操作情况下，工艺用水的质量与预期设计一致。因此，验证必须用文件证明，当根据设计的操作方法和规程管理工艺用水系统时，系统能稳定地生产出一定数量和质量的水。纯化水和注射用水(包括清洁蒸气)是两个独立的系统，应单独进行验证。但纯化水和注射用水制备系统的预处理设备往往是共用的，故这些预处理设备的安装确认、运行确认可以一起完成。验证通常要进行适当的挑战性试验。工艺用水系统最大的问题在于微生物及细菌内毒素，但对水系统人为地接种微生物或加入细菌内毒素是不切实际的试验方法。美国食品和药物管理局(FDA)认为，考核并验证系统的可靠性应当采用这样的方法:一是定期监测微生物学指标;二是在特定的监控部位安装监控装置，对水系统各有关部位取样检验，以确保整个系统始终达标运行。

纯化水、注射用水系统的验证可分为3个阶段。初始验证阶段:当确认所有设备和管路均已正确安装并能按要求运行后，则可进入水系统的初始验证阶段，在此阶段应制订出运行参数、清洁/消毒规程及其频率;运行阶段(同步验证阶段):通过系统验证的第二阶段证明，按标准操作规程(SOP)运行，系统能始终稳定地生产出符合质量标准的水，取样方案及检测时间与第一阶段相同;长期考察阶段:通过系统验证的第三阶段证明，按SOP运行，系统能在相当长的时间内始终产生符合质量要求的水，在此阶段，应找出因原水的任何质量变化而给系统运行和成品水质所造成的影响，即寻找原水、水系统及出水水质的相关性。但上述验证方案不是水系统验证的唯一方法。现在普遍采用的方法是采用二阶段制，即安装以后的验证和运行以后1年数据的积累。

4.4 水系统的维护

制水系统的运行和维护，对于验证及正常使用关系极大，故应建立监控、预修计划，以确保水系统的运行始终处于受控状态。应制订工艺用水的质量体系管理文件并实施有效控制。用于试剂制备的水，应按照主要原料进行管理，在使用前进行检测，符合质量标准后方可用于配液、试验等环节。应控制工艺用水参数的稳定性和准确性，以保证产品质量的稳定性，减少不同批次产品的不一致性。用于环境控制的工艺用水，可以在对制水系统验证的基础上，加强对水系统的检测，确保工艺用水满足要求。

5 思考与建议

我国尚未制订体外诊断试剂生产用水的相关规范或指南。目前征求意见的《体外诊断试剂生产用纯化水》(征求意见稿)中，规定了医学实验室一般试剂配制、仪器及器械清洗用水的要求及试验方法，相应体外诊断试剂生产中用水可参照，且标准规定了用水的性状、电导率、微生物总数、总有机碳或可氧化物质等参数。通常，大多数试剂企业对环境清洁用水采用《中国药典》中的纯化水标准，配制试剂时采用纯化水超滤后的超纯水，但很多企业并不明白水质标准的制订依据和参数选择。

《体外诊断试剂生产实施细则》中规定，企业应制订工艺用水的规程，验证并规定工艺用水的质量标准、检验周期和保存期限。笔者认为，用于试剂制备的工艺用水，在产品设计阶段就应根据方法学和配套检测技术的要求，提出控制参数，通过研制测试、试样、监测和临床试验等各环节的验证和确认，形成质量标准;用于环境控制的工艺用水，主要应用于无菌或洁净区域的清洁，可参照现有无菌或洁净区卫生控制用水的要求制订质量标准。

对于已有相关规定的工艺用水的质量标准，由于这些规定已经验证或多年经验积累而成，企业应尽量采用相关规定，并做好水系统的各种验证。

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

[2]GB/T 6682－2008，分析实验室用水规格和试验方法[S].

[3]国家食品药品监督管理局药品安全监管司，国家食品药品监督管理局药品认证管理中心.药品生产验证指南(2003)[M].北京:化学工业出版社，2003:96－107.