医用高分子材料环氧乙烷灭菌效果影响因素分析

朱 静，周 冬，张 弦

（安徽省食品药品审评认证中心，安徽 合肥 230051）

医用高分子材料环氧乙烷灭菌效果影响因素分析

朱 静，周 冬，张 弦

（安徽省食品药品审评认证中心，安徽 合肥 230051）

目的 分析环氧乙烷灭菌效果的影响因素，提高灭菌效果。方法 对灭菌过程中涉及的相关因素逐一分析。结果 影响医用高分子材料环氧乙烷灭菌效果的因素较多，主要有温度、湿度、浓度、作用时间、装载方式等，各个因素的影响机理差异很大。结论 在运用环氧乙烷对医用高分子材料进行灭菌时，应充分考虑各个因素的影响，以达到良好的灭菌效果。

环氧乙烷；灭菌；高分子材料；残留量；影响因素

目前，国内市场使用的医用高分子材料主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯等，这些都是一次性无菌耗材的主要原材料。医疗器械常用的灭菌方式主要有辐照、电子束、环氧乙烷、蒸气、干热、过氧化氢等，受成本、材料耐受性及灭菌后残留等诸多因素的影响，现在广泛使用环氧乙烷灭菌。环氧乙烷是性质活泼的环醚，可破坏包括孢子甚至病毒在内的各种微生物，在一定浓度范围内对微生物不仅有抑制作用，而且有致死效应。环氧乙烷在常温下为气态，在较大蒸气压下，对灭菌物品穿透性强，可穿透微孔达到物品深部，且费用较低[1]，但灭菌效果受到诸多因素影响。影响高分子材料环氧乙烷灭菌效果的主要因素包括温度、相对湿度、环氧乙烷浓度、作用时间、装载方式、包装材料等[2]。在灭菌前，首先应对灭菌设备进行必要的安装及运行验证，以确保灭菌设备处于正常工作状态。

1 影响因素

1．1 温度

密闭空间内，随着温度的升高，环氧乙烷分子活动加剧，有利于渗透到本来难以到达的部位，从而提高灭菌效率。同时，随着温度的升高，蒸气压也随之增大，穿透力加强。其对应关系见表1。通常采取定量讨论形式衡量灭菌速度与温度的相关性，将温度每提高10℃灭菌效率（化学反应速度）的提高值定义为 Q10。经过Phillips等[3]多年的研究发现，Q10的值介于1．8～2．74之间。采用简化的估算方法，温度每提高10℃，灭菌效果加倍。而在实际应用中，温度难以无限制升高。一方面要考虑能量成本，另一方面也要考虑产品所用高分子材料的耐受性，因过高的温度会加速高分子材料的分解，从而影响产品的质量，故环氧乙烷灭菌温度通常在40～60℃，且灭菌过程中应控制温度的波动性[4]。

表1 不同温度下环氧乙烷的蒸汽压（mmHg）

1．2 湿度

环氧乙烷灭菌过程是烷基化的化学反应过程，水是烷基化反应中的参与者，通过打开环氧乙烷的环氧基团使其与微生物发生作用，以达到灭菌效果。一定的湿度可加速环境温度的升高速度。水的存在，还可增强环氧乙烷的穿透力，使之更容易透过医疗器械的包装。比较理想的相对湿度范围为40%～80%，值得注意的是，在试生产时，30%的相对湿度已可充分满足灭菌的要求，但在大规模工业生产灭菌中，产品的包装材料如初包装、瓦楞纸板及缠绕的胶带均会对相对湿度产生影响。在实际运用中如采用30%的相对湿度，易造成灭菌失败。灭菌柜内可采用湿度传感器监测相对湿度，也可采集注入的蒸气分压、蒸气注入前灭菌柜内的蒸气分压及灭菌温度下的饱和蒸气压3个参数，再运用公式法计算相对湿度。相应的计算公式可参考《AAMI TIR15：2009 EO灭菌物理学方面问题》相关内容[5]。应用公式计算出的相对湿度是一个理论值，有时跟实际灭菌湿度有较大差异。所以，最好能安装可监视整个过程的感应器，并可根据实际变化随时进行调整，以获得一个既可达到灭菌效果又可保证资源不被浪费的使用过程。

1．3 环氧乙烷浓度

在温度和湿度条件一定的情况下，适当提高环氧乙烷浓度可提高灭菌效率，其相关性大致呈现一级动力学反应。但反应速率随浓度的上升是有上限的，有研究表明，在37℃以上，当环氧乙烷质量浓度大于884 mg／L时，呈现零级反应，即环氧乙烷浓度对反应速率基本无影响[6]。根据此原理，在实际工业生产中选择合适的灭菌浓度既可提高灭菌效率，也可降低生产成本。环氧乙烷浓度有2种计算方法，即重量法和理想气体状态方程法。因重量法的参数容易得到且计算较简便，企业在实际生产中大多采用此方法，但得出的结果与实测数据的差异较大。建议有条件的企业在灭菌柜内安装传感器，以便对环氧乙烷浓度进行实时监控[7]。

1．4 作用时间

环氧乙烷灭菌过程中，微生物数量与作用时间呈指数关系。将微生物数量转化为对数值后，与作用时间呈负线性相关。通常用半周期法、存活曲线法和部分阴性法来确定作用时间，其中半周期法应用最广。该法是在除时间外其他参数不变的情况下，将作用时间依次减半，直到找到能使灭菌物品达到无菌状态的最短时间。若在该时间内再重复3次的灭菌试验中，均能达到灭菌效果，即可确定为半周期。灭菌工艺规定的实际灭菌时间应至少为半周期的2倍，以确保灭菌效果。但作用时间并非越长越好，否则不仅增加生产成本，同时也会给产品带来不利影响，如分解、灭菌剂残留等问题[8－9]。

1．5 装载方式

装载方式缺乏量化指标，且操作起来相对复杂，在实际灭菌过程中，该影响因素往往得不到足够重视，但该因素对灭菌效果的影响不可小觑。在灭菌过程中，为确保环氧乙烷气体能有效穿透产品及在灭菌柜内分布均匀，灭菌产品在装载时，应至少与柜壁保持5 cm的间隔。同时，每一包装单元间也应有适宜的间隔。每批次的灭菌体积不应超过柜体空间的80%。具体的装载方式因产品、包装等因素而异，需要企业在灭菌验证时进行摸索确定，并在实际生产中保持相同或近似的装载方式[10－11]。

1．6 包装材料

环氧乙烷灭菌的对象是最终包装好的产品，因此包装材料的选择同样需要予以考虑。在选择包装材料时，不仅需要考虑对灭菌效果的影响，还要兼顾灭菌剂的残留问题。环氧乙烷进行灭菌时，可能的残留物质有环氧乙烷、2－氯乙醇及乙二醇。目前，各国对残留量的限度要求有所不同，我国现行的标准主要有《GB／T 16886．7医疗器械生物学评价第7部分：环氧乙烷灭菌残留量》《一次性使用医疗用品卫生标准》。常用的初包装材料有全塑和纸塑2种。全塑材料采用聚丙烯薄膜袋，在灭菌后需要较长时间的解析，实际使用受到较大限制。纸塑包装采用聚丙烯薄膜与医疗透析纸复合包装，既保证了包装的良好透气性和阻菌性，也大大节省了解析时间。产品的最终包装大多为瓦楞纸箱，其材料性质及所用塑胶带都应在灭菌验证中予以考虑。很多企业在做灭菌验证时所用的产品包装形式是初包装，而不是最终包装，这样所得结论的科学性将大打折扣[11－12]。

2 结语

环氧乙烷灭菌过程十分复杂，没有经典的参数设置以适用于各种情况。除上面提到的因素外，灭菌气体成分比例、初始污染菌、灭菌器性能等均会影响灭菌效果。此外，目前国内仍有部分生产无菌高分子材料的医疗器械企业将环氧乙烷灭菌工作委托给其他企业，这也给灭菌效果带来了新的影响因素。我国是生产一次性高分子耗材最多的国家，环氧乙烷灭菌又是高分子材料的主要灭菌方式[10，13]，如何科学、高效地运用这种灭菌方式，值得深入研究。

[1]周绘勤，李 涛．影响环氧乙烷灭菌效果因素探讨[J]．内蒙古中医药，2010（17）：162－163．

[2]朱瑞银，陆 蓓，何忠平．无菌医疗器械环氧乙烷灭菌的验证方法[J]．中国医疗器械信息，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]李伟松．影响环氧乙烷灭菌效果的因素[J]．医疗保健器具，2005（Z2）：53．

[5]张文捷，高雅文，毛雅琴．环氧乙烷灭菌过程中存在的问题探讨[J]．浙江预防医学，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]杨 冰，张自强，季君晖，等．无菌医疗器械的常用灭菌方法及验证[J]．中国医疗器械信息，2010（5）：34－38．

[8]桂萌双．环氧乙烷低温灭菌的环节质控要点[J]．医学信息：上旬刊，2010（12）：4 950－4 951．

[9]王洪林．环氧乙烷灭菌存在问题及对策[J]．中国消毒学杂志，2004（1）：78．

[10]姚思维．浅谈医疗器械生产企业环氧乙烷灭菌的验证[J]．生物医学工程学进展，2014（35）：60－62．

[11]程 玲，徐玉茵，高 勇，等．医疗器械灭菌方法、灭菌工艺验证及无菌检查[J]．价值工程，2011（29）：272－273．

[12]哈景华，董文婵，王 柳．环氧乙烷灭菌出现不合格原因分析[J]．中国消毒学杂志，2009（1）：114．

[13]聂旭阳．环氧乙烷的当前现状及其未来发展[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)