医用超声耦合剂无菌产品与灭菌方法的相容性

袁国正　张爱辉　喻晓兰　李凤秀

【摘 要】研究医用超声耦合剂无菌产品生产与采用灭菌方法（系统）的相容性。作为生产的安全性风险评估，要求灭菌方法（系统）对产品的相容性和有效性不会造成不良影响。本文介绍国内目前选用对耦合剂无菌产品灭菌方法（系统）存在质量问题进行分析。辐照灭菌方法由于辐照过程产生r射线激发水溶液产品中水分子产生自由基，引发产品化合物解聚，大分子断链，产品粘度降低，与产品不相容合。另外辐照一次性难以杀灭产品中微生物的细菌芽孢，不能保证产品长期有效。热力灭菌（系统）具有简单、可靠、安全的灭菌效果适合于无菌产品的生产。由于该生产工艺可以采用产品包装后终端灭菌，可以免去生产无菌产品要求严格无菌生产车间的建造，节约大量资源和降低生产成本。根据检测结果，采用热力灭菌（系统）生产医用无菌超声耦合剂，其无菌期限已超过10年。

【关键词】医用超声耦合剂、无菌产品、灭菌方法、相容性、热力灭菌，辐照灭菌

Compatibility of sterile ultrasound transmission gel products and sterilization synthesis —understanding a series problems for solution in manufacture

Yuan Guo-zheng（Faculty of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510090.China）

Abstract： The compatibility of the sterile ultrasound transmission gel products and the sterilization methods（synthesis）is studied.The risk assessments of safety are subjected to influence on compatibility and effectiveness of the sterile products by the various sterilization methods（synthesis）.Currently，in our country not the least important of problems is to choose any sterilization methods（synthesis），it always associate with quality of the sterile ultrasound transmissions gel.Thus，principles and techniques of sterilization are discussed.r-Radial originate from the radiation process by the radiation sterilization methods，which wish stimulate free radical in molecule of water from the product.The free radical set off a chain reaction and have be the cause of depolymerization，chain scission，at last，leading to reduction of the viscosity of the sterile ultrasound transmission gel product.Another，by only once radiation cannot complete kill all spores，so，it cannot assure effectiveness of the product for long period of time.The heat sterilization methods （synthesis） is simple，safe and effctive，Therefor，it will be applicable to process the sterile products.Because of the ultrasound transmission gel have been packed before the final sterilization，it is not need a sterile environment and strict sterile workshop in the manufacture process，that can be reduce cost and no necessary to make a large investment.That the report for analysis of the sterile ultrasound gel products which have been manufactured by the heat sterilization methods （synthesis），it show that is also stable as sterile state of the sterile ultrasound transmission gel products for 10 years or more at room temperature.

【中圖分类号】R543【文献标识码】B【文章编号】1005-0019（2019）22--01

1 前言

多年来，超声医学应用于介入手术操作越来越广泛。另外在超声诊断和治疗过程，某些场合使用非无菌型医用超声耦合剂过程可能存在微生物感染、污染，甚至在医院内引起爆发性感染流行的风险。2017年8月31日国家食品药品监督管理局2017年104号公告规定包括术中超声、穿刺活栓等侵入性操作，经直肠、经阴道、经食管等接触粘膜的操作，及对非完好皮肤和新生儿的操作，用于改善探头与受体之间的超声耦合剂效果的医用超声耦合剂必须采用无菌产品。

过去医用超声耦合剂无菌产品一直依靠进口，或者医院采用手提式压力蒸汽锅灭菌处理。2009年国内开始采用热力灭菌法生产无菌型医用超声耦合剂，该产品在广州市食品药品监督管理局办理粤穗食药监械（准）字2009第1230053号注册，属一类管理。

近年来国内医用超声耦合剂生产厂家达到数百家，有几家采用钴60辐照灭菌获二类注册。据报导，国内有的无菌型产品其细菌总数甚至高于非无菌型产品的规定数量，而且存在产品粘度降低等问题，针对这些我们有必要对国内医用超声耦合剂无菌产品生产存在问题与解决方法进行探讨。并且对采用灭菌方法的安全性和相容性进行评估

2 安全性和相容性风险评估的概念

涉及生产医用超声耦合剂无菌产品采用灭菌方法（系统）的安全性风险评估，主要包括灭菌方法（系统）对无菌产品安全性和有效性的影响，从通常的意义上讲，灭菌方法（系统）的影响要么导致产品并非要求达到的无菌状况，对于临床预防感染产生非预期的结果，要么产品功能能否与原来标签和说明书一致，产品中的成分是否发生化学反应改变了产品成分，影响使用效果。

对于灭菌方法（系统）的安全性风险评估，人们引出了相容性的概念。完整的相容性包括安全性和有效性。如果采用的灭菌方法完成无菌作业达到无菌要求，产品的其他性能没有改变或改变很小不影响使用效果，就认为灭菌方法（系统）与产品相容性良好。

3 辐照灭菌系统用于生产医用超声耦合剂无菌产品的相容性

3.1 辐照灭菌和生产装置 用r射線处理物品，杀死其中微生物的冷灭菌方法称为辐照灭菌。这种20世纪50年代发展起来的灭菌方法，由于具有穿透力强、灭菌彻底，可对包装后的产品进行灭菌。在常温下处理，特别适合于热敏材料的灭菌处理。钴60放射性同位素产生的r射线（射线通过切断生物的重要分子如DNA中的化学键，并通过产生自由基和对生物起化腐蚀作用的活性分子来破坏微生物）在医疗用品，食品、制药工业和其他领域中得到日益广泛的应用，到20世纪90年代初，我国已建成辐射装置150多台，北京、上海、深圳、南京、成都等大城市都有大功率的辐照加工装置在运转。

微生物细胞和人类细胞对辐照的敏感度的区别可以从这样的事实测量，即r射线照射只需数秒或数分钟就可达到对人类细胞的致死剂量。

用于电离辐射的设备必须有辐照源，控制传送货物进出的装量和循环式辐射区。同时还必须有足够安全的加工控制系统，辐照检测和测量装置。（如图）[1]

3.2 医疗用品和制药工业应用的辐照灭菌的范围

国际上普通采用辐射方法对一次性使用的医疗用品，密封包装后需要长期储存的器材、精密器械和仪器，以及移植用的组织、人工器官和下述的医疗卫生用品进行灭菌。1.敷料：纱布、绷带、石膏绷带、脱脂棉、棉球、棉签、急救包、眼保护垫、口罩、眼罩、烧伤垫料、手术巾、卫生巾、产巾等。2.缝合线：吸收型羊肠线、非吸收性丝线、尼龙、聚酯、聚丙脂、金属丝及缝线等。3.注射及输液器具：注射器、针头、皮下注射器、输血装置、输注设备等。4.采血器械：刺血针、血液吸管、工具盘、采血瓶、导管连接器、止血塞等。5.导管、插管：导管、导管销环、吸管、输血管、管吸引工具、各种引流管、血管插管、心导管、气管导管、导尿管等。6.器械：手术刀柄、刀片、刀、剪、锯、止血钳、镊子、钳子、解剖刀片、探针、压舌板、电动或气动器械等。7.手术衣、手套：手术外衣、手术围帘、衣服、衣物包、手套、指套等。8.精密器械：人工心肺机、心脏起搏器、血透析装置和吸引器等。9.人工医学制品：心脏瓣膜、人工器官、移植的组织和器官等。10.各种化验设备：烧杯、运输容器、瓶子、生物测定盘、血液琼脂（冰冻加工）、离心管、培养瓶、培养管、滴管、滴瓶、接种针或环、实验室动物垫褥、实验动物饲料、带盖玻璃碟、平皿、样品收集工具、样品容器、试管、尿样收集工具等，11.节育器材：节育叉、环、塑料或橡胶制的人工节育器、避孕工具等。12.一次性使用的医疗产品等：塑料注射器、橡皮手套、指套、包装材料、尿袋等。13.其他医疗产品：婴儿奶嘴、婴儿粉剂（滑石粉、香料等）、骨蜡、烧伤药膏、护肤膏、泥炭沼、滑石、毛巾、刷子、水等。[2]

实验证实，凡是干的药物经辐照灭菌后，极大多数是稳定的，油膏制剂也是稳定的。而水剂极大多数是不稳定的，药效丧失或大量丧失。辐照对灭菌的成分的影响复杂，对低分子糖类进行辐照时，不管是固体状态还是水溶液，随着辐照剂量的增加都会出现强光度降低、褐变、还原性和吸收光谱变化等现象，而且在辐照过程中还会有H2、CO、CO2，CH4等气体生成，多糖类经辐照后会发生熔点降低，旋光度降低、吸收光谱变化、褐变和结构变化等现象，直链淀粉经20KGY的剂量辐照后其平均聚合度从1700降至350;支链淀粉的链长会减少到15个葡萄糖单位以下，淀粉的糖度下降要比经过热处理的显著。辐照对脂类所产生的影响可分为三个方面：整个理化性质的变化;受辐照感应而发生自动氧化变化和发生非自动氧化性辐照分解。国内采用钴60用于中草药贮藏和药品加工。近年有的采用大剂量同位素的r射线生产医用超声耦合剂无菌产品，由于照射与产品不相容和存在质量问题引起关注。

3.3 辐照用于生产医用超声耦合剂无菌产品存在的一些问题

3.3.1 辐照过程产生的自由基引起耦合剂粘度降低 高能r射线对医用超声耦合剂所含起增稠作用的高分子化合物会发生解聚，产品粘度降低甚至丧失使用功能。水经辐照发生辐解作用，最后产物是氢和过氧化氢等，形成机制很复杂。现已知的中间产物有三种：水合电子（e-水化），羟基自由基（OH·），氢自由基（H·）。e-水化是一个还原剂，OH·是一个氧化剂，H·有时是氧化剂，但有时又是还原剂。他们可以和其他有机体的分子接触而进行反应氧化反应促使聚合物降解。[3]产品中水受辐射产生的自由基可以作为聚合物降解的引发剂，特别对于丙烯基聚合物，例如聚丙烯酸酯或盐聚合单元的链节为（CH2-CH）-COOX侧链的-COOX极易受自由基引发断裂，引起产品粘度降低。同时水合电子（e水化）也会与其他化学成分起反应。所以可以认为辐照灭菌影响医用超声耦合剂的有效性。有关辐照灭菌生产医用超声耦合剂由于存在灭菌后产品的安全性和有效性降低，该灭菌方法与医用超声耦合剂不具相容性。

3.3.2 影响辐照灭菌效果的部分原因 国家疾病预防控制中心在2018年初“医用超声耦合剂风险评价报告第6-7页中指出国内医用超声耦合剂普遍没有达到现行医用超声耦合剂标准6.1.2微生物限度规定，.....甚至部分无菌型医用超声耦合剂不符合该项要求。”[4][5]

原因之一，辐照灭菌主要靶点是微生物DNA，DNA发生损伤是离子化作用产生自由基产物的结果（r射线和电子）。通常增值细胞经验证对辐照最为敏感。而对细胞芽孢和病毒的抵抗力最强。致使细胞死亡所必需的DNA损伤程度是不同的，加上DNA具有进行有效修复的能力，这一点或许就决定了生物体对辐射的抵抗能力。使用电离辐射（r射线和加速电子）灭菌时，微生物抗能力将会固混气、溶解氧（增加自由基产物所产生的结果）的存在和温度的升高而降低。对于包括外科器具、医用缝合线、人工假体、单位剂量软膏、塑料注射器和干燥药品，辐射源对微生物种群的杀伤作用遵循典型的存活典线和D值，以辐射剂量给出，是根据标准和细胞芽孢（如短小芽孢杆菌芽孢）所允许的适宜灭菌剂量值而建立起来的。在英国，医药产品灭菌所使用的剂量通常是25KGY（2.5mrad），而美国和加拿大使用的剂量要低一些。不同情况使用的剂量以达到产品无菌肯定使用剂量是不同的。如果没有足够的辐射制剂，微生物难以杀死，另外辐照难以杀死细菌芽孢，日后芽孢会成长成细菌，影响产品安全性持久。

3.3.3 辐照对于小批量生产成本较高 目前辐照灭菌装置趋于大型化，考虑到对环境的影响，建造位置远离市中心，医用超声耦合剂产品属于小批量，生产操作只能外包，在管理方面有诸多不方便，交通费用等都会增加生产成本。

4 热力灭菌生产無菌产品的状况

4.1 热力灭菌的相容性 热力灭菌方法简单有效、并且长期使用已积累了丰富的操作经验、生产成本低，对许多耐热产品相容性良好。热力灭菌，特别是高压蒸汽用于制备无菌型产品在医院无论是思想认识还是灭菌条件都比较成熟。但是制成无菌产品还不是太容易的事情。热力灭菌包括湿热灭菌和干热灭菌两大类。在同一湿度下，湿热灭菌的杀菌效力比干热大，因为在湿热情况下，菌体吸收水分，使蛋白质易于凝固;同时湿热的穿透力强，热蒸汽的穿透力比热空气强，可增加灭菌效力。因此，无论是对芽孢杆菌还是无芽孢杆菌，在同一温度下效果比干湿热法好。不过对于耦合剂这样的产品是水溶性的类似凝胶体的物质，不管是干热和湿热都是一样的。由于凝胶状物质传热较慢，所以在热处理时必须考虑这一点。影响微生物对热抵力的因素包括菌种、菌龄、菌体数量、基质的因素和加热的温度与时间。在热力灭菌方法中要测定在特定的条件和特定的温度下，杀死一定数量微生物所需的时间。高温蒸汽灭菌由于排除了氧气，耦合剂不会产生降解反应，不会影响产品质量，热力方法对超声耦合剂产品相容性良好，极少发生安全性问题，同时生产成本也不高。

4.2 热力灭菌对无菌包装材料和包装设备的要求 医用超声耦合剂无菌产品为一次性用品，其包装量一般为20g或40g，包装袋为多层结构铝箔袋，外层为聚酯，中间层为铝箔，铝箔主要用于阻隔气体、光照和微生物，加上起增强和粘合作用聚酰胺，最内层为聚乙烯或聚丙烯层。其厚度为PET（12um）/AL（9um）/PA（20um）/PP，复合铝膜袋可耐125-140℃高温。该包装材料只要没有因铝箔折曲而产生针孔，其阻隔性指标，如透气度和透视度基本接近零。医用超声耦合剂产品含有水、水溶性高分子化合物和保湿剂等，其无菌产品对于包装设备有一定要求。芬兰Elester公司提供的FPS-2000L4塑料袋无菌包装机是专门的无菌产品自动灭菌填充包装系统，包括薄膜杀菌、成型、无菌纵向和横向热封与定量填充和打印与计数等机构。机器的工作过程：包装薄膜6从膜卷牵引出，经过H2O2浴槽用1%H2O2杀菌，和H2O刮除棍3后进入机器上部的紫外灯，进行第二次杀菌;灭菌薄膜进入薄膜成形、热封的灭菌区9，薄膜由三角形折断器 10折叠成薄膜筒14 被并被纵缝热封器 12将纵缝密封;充填管 10将灭菌物料充入薄膜筒，接着横缝热封和切断器13将充满物料的薄膜筒横向热封并切断成单个包装袋。在整个包装过程必须保证无菌腔9达到无菌状态。[6]

l-H2O2浴 槽;2-导向辊;3一H2O2 刮 除辊;4-各用薄膜卷;5-薄膜卷 6-包装薄膜;7-紫外灯室;8-定量灌装泵;9-无菌腔;10- 三角形薄膜折叠器;ll-物料灌装管;12-纵缝热封器;13-横缝热封和切断器;14-薄膜简;15-无菌空气喷管;16-控制箱

5 有关改革某些无菌产品管理条例的建议

5.1 国家关于灭菌医疗器械生产管理规范 国家食品药品监督管理局2015年发布的2015年第101号“医疗器械生产质量管理规范附录无菌医疗器械”文件。文件2.2.7对于有要求或采用无菌操作技术加工的无菌医疗器械（包括医用材料），应当在10000级下的局部100级洁净室（区）内进行生产。生产场地有许多严格的规定，洁净室（区）温度应控制在18-28℃，相对湿度控制在45%-65%。2.6.5进入洁净室（区）的物品，包括原料和零配件等必须按顺序进行净化处理。

5.2 无菌生产区域和生产管理过程 通常无菌产品的生产和包装必须在洁净区和无菌区环境中进行无菌生产区域的产品流程输出如图所示[7]

1，在图示中所建的缓冲区原则以黑色（A）-灰色（B）-白色（C）;进入洁净区要经过A和B区，进入无菌区则要最后经过C区。划分区域的基石。3.无菌产品的装填车间;该区域应该装有一个空气层流工作站。4（i）～4（vi），这些区域是洁净区。在终端灭菌产品的装填区要格外小心微尘污染。最后的漂洗位置要尽量靠近装填位置。5要被传送进无菌区的物品必须经过一个双开门的消毒器进行灭菌处理。在洁净区生产的溶液必须经过无菌滤膜过滤后才能带进无菌区。6，提前进行灭菌处理的物品向无菌区传递的双开门的通道。工作流程的方向是→代表终端灭菌产品;...→...是代表无菌制备的产品;...__→...共同步骤在无菌区，无论在任何情况下都不应该有活的微生物的存在。这些要求似乎有点苛刻，但是必须的。流入无菌室（区）的压缩空气都是经过过滤、化学消毒或紫外线（UV）照射过的。英国和美国都有针对流动空气的质量标准，英国空气质量标准等级从A到D，美国空气质量标准等级从1级到10万级。对于最严格的无菌工作，要求使用高效空气过滤器（HEPA）来出去空气中所有大于0.1um的颗粒，但是对于多数操作来说空气质量标准达到每3.5升气体中≧0.5um大小的颗粒数目在100一下就够了（英国标准A级/美国标准100级）。利用曾流动原理，滤过的空气可以用来净化整个房间或局部区域，这样所有的操作就可在无菌的层流空气中进行。在各个级别的区域之间最小的压力差通常在10-15Pa，在洁净区和无菌区每小时的空气交换最少20次。所有的无菌包装应该在一个B级环境中的A级条件下进行。

5.3 从无菌隔离间建立到无菌腔的装置 科技的进步使建立设备齐全的工作站以及隔离间成为可能，这些设备将洁净区、层流柜等多种设计集成到一起。隔离间既能防止工作人员产生污染，也能防止有害物质对工作人员的伤害。通过手套和袖套的进入隔离间的内部空间，利用正压的A级空气层流使工作人员和产品的直接接触减少到最小。在一个D级的环境中进行这样的操作也能满足无菌操作的要求。[7]

一个完整的无菌区的建立需要很大的资金投入，建立隔离间是无菌操作变得便利。新的包装设备改变了无菌包装的环境状态和投资。像芬兰Elester公司提供的FPS-2000L4塑料袋无菌包装机，起核心技术集中于机器的无菌腔，就是这个无菌腔实现了无菌作业。改变了生产无菌产品必须投资无菌生产区的传统观念。

5.4 生产医用超声耦合剂无菌产品，可以免去设置严格要求的无菌操作区

现在医用超声耦合剂作为医疗器械管理，由于它不是药品，也不是医疗器械和用具。他是一種带有包装材料的凝胶状传声接触介质。其无菌产品生产可以采取包装之后的终端灭菌工艺，其操作不需要严格的无菌区域（车间）或者无菌隔离间，也不必使用从国外进口带有无菌包装腔的昂贵包装机。无菌产品的检验需要在无菌实验室持续培养14天，这些检测工作可以委托中科院广东省微生物研究所（即广东省微生物分析检验中心）检测。2009年国内采用热力灭菌法生产的医用超声耦合剂无菌产品，历经十年岁月，经反复检测，产品质量符合无菌产品要求，而且其性能都没有发生改变，也就是说，无菌产品的有效期实际上可达10年以上。[8][9]

6 结束语

上面对医用超声耦合剂无菌产品的生产现状发表了一些见解。特别要感谢的是广东省微生物分析检测中心在检测方面作出不可缺少的工作。2010年中山大学附属第三医院院感科、手术室、医务科和设备科经数月的反复测试临床使用认为“目前没有可在手术台上使用的无菌超声传导凝胶。本产品经院感科审核符合无菌标准适合手术台上使用。产品安全，暂无可替代产品。”基层单位的评价给予科研和生产者很大的鼓励。广州市食品药品监督管理局在产品注册方面给予很大的支持，为填补国内急需产品空白肩负责任，功不可没。有关产品生产管理，美国的管理机构叫食品药品管理局，国内称食品药品监督管理局，名称的差异，功能会不同。管理需要专业知识。许多专业知识都出自基础，来源于实践。所以为了更有效的管理还要多征求基层的意见。政策法规要科学，否则管理超严，害处超大。致谢：本文参考了很多专家的著作，表示感谢。由于作者水平限制，文中难免会有疏漏和不妥之处，恳请读者批评指正。

参考文献

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国家食品药品监督管理 ICSI11.04.50C41《医用超声耦合剂》YY0299-2016，中华人民共和国医药行业标准[S].北京：[出版者不详]2016

徐文达，程裕东，岑伟平，包海蓉 食品软包装材料与技术[M]。北京：机械工业出版社，2003.298-299

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广东省微生物分析检测中心 分析检测报告 粤微检（2009）SP0457号

广东省微生物分析检测中心 分析检测报告 报告编号2019FM00509R01a

网络 “钴60事件”引出“辐照”食品之惑[N]新闻晚报 20090803