醫療器械滅菌技術的應用與發展

張宏濤，海 平，張敏娟，陳岳蓉，龍存林，趙志杰，雷 迪，韓生蘭

（青海省藥品檢驗檢測院，青海省醫療器械檢驗檢測中心，國家藥品監督管理局中藥（藏藥）質量控制重點實驗室，青海省中藏藥現代化研究重點實驗室，西寧 810016）

0 引言

醫療器械被廣泛應用于醫療機構和普通家庭，其按結構特征分為無源器械、有源器械、體外診斷試劑，它們一般由醫用高分子、生物醫用金屬、生物醫用非金屬材料或者多種材料組合而成[1]。醫療器械的安全性和有效性是其應用的基礎，其中安全性包括使用的安全性和材料的安全性，如設備可靠性、輻射安全、電氣安全、材料生物相容性、微生物安全等。

微生物安全是保證醫療器械安全性的重要內容之一，其目的就是最大限度降低使用醫療器械時微生物的感染風險?？刂漆t療器械表面和內部大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、溶血性鏈球菌、真菌等病原微生物數量在安全范圍以內或使其不含有活的微生物，成為無菌醫療器械降低感染風險的重要途徑之一。但是實際操作過程中會存在一定的概率使極少數微生物存活，難以完全保證每個器械產品都保持完全無菌狀態，通常將無菌保證水平（sterility assurance level，SAL）保持在10-6及以下時，可認為該批次產品為無菌[2]。實現無菌狀態有2 種方法：一是在生產中保持原料及整個生產過程為無菌狀態，保證最終的產品無病原微生物存在；二是在產品生產完成后進行終端滅菌，使有菌產品成為無菌產品[3]。實際應用中終端滅菌是實現產品無菌更有效、穩定且更易操作的方法，因而被用戶廣泛使用。終端滅菌作為特殊的醫療器械生產和質量控制工藝，受到政府部門的嚴格監管和法律法規的規范。目前，傳統的終端滅菌方法有高溫滅菌法、輻射滅菌法、化學滅菌法，能夠滿足絕大多數產品和材料的滅菌，但對于阮病毒滅活、內毒素去除和一些醫用生物材料的滅菌等方面仍存在著困難與挑戰。與此同時，面對一些新型醫用材料的出現和人們對產品、環境安全要求不斷提高的現狀，人們迫切需要對傳統滅菌技術進行改進和新滅菌技術進行開發。本文結合醫療器械滅菌技術的實際應用，對滅菌的質量控制、各種滅菌方法及滅菌方面存在的困難與挑戰綜述如下。

1 醫療器械滅菌質量的控制

醫療器械滅菌技術被無菌醫療器械生產企業和醫療機構廣泛使用。無菌醫療器械生產企業主要對一次性使用醫療器械進行滅菌，一般滅菌物品量大，滅菌次數為一次或數次，而醫療機構主要用于重復使用醫療器械的滅菌，滅菌物品量小、滅菌次數多。兩者使用的滅菌方法和滅菌工藝有很大的不同，因此對不同滅菌對象、不同滅菌物品量及不同的滅菌環境建立可靠的滅菌方法以保證無菌水平（SAL≤10-6）很重要?？煽康臏缇椒ǖ慕⒒诖_認的滅菌工藝、嚴格的管理和良好的無菌保證體系，其要素包括質量體系的建立、滅菌因子的描述、滅菌產品的確定、滅菌過程的確定、滅菌的確認、常規檢測與控制、滅菌后產品的放行、保持過程的有效性等部分[2，4]。此外，保證良好的無菌水平，還應考慮使用的原料和/或組件的微生物狀況，用于產品的清潔和消毒程序的常規控制和確認，產品制造、裝配和包裝環境的控制，設備和過程的控制，人員及其衛生的控制，產品的包裝方式和包裝材料，產品的儲存條件等因素[5]。

在我國，常用的醫療器械滅菌方法有干熱滅菌、濕熱滅菌、輻射滅菌、環氧乙烷滅菌、低溫蒸汽甲醛滅菌、低溫過氧化氫等離子體滅菌、臭氧滅菌、過氧乙酸滅菌，其滅菌的開發、驗證和常規控制是按照國家或行業標準進行的，詳見表1。由于各種醫療器械滅菌方法的滅菌原理、滅菌過程不同，實際應用中每種滅菌方法的適用性及技術應用各有不同，接下來本研究結合醫療器械滅菌的質量控制，對各種醫療器械滅菌方法的滅菌原理、滅菌方法、適用材料及技術應用進行詳述。

2 高溫滅菌

2.1 干熱滅菌

2.1.1 滅菌原理

干熱滅菌法是通過加熱空氣或電磁波提高被滅菌物體溫度，使被滅菌物體上細菌的細胞成分產生非特異性氧化或高溫將細胞結構破壞（細胞固有的水分也起了重要作用），如酶受熱變性、細胞內的核糖核酸破壞以及細胞膜受損傷等，使細菌死亡[6]。

2.1.2 滅菌方法

在干燥條件下，利用空氣或加熱源加熱被滅菌醫療器械至105~330 ℃，經過一定時間的處理，滅活所有醫療器械表面和內部的微生物，滅菌時間的長短與滅菌溫度、熱傳導介質相關，見表2。

表2 干熱滅菌溫度與滅菌時間的關系[6]

2.1.3 適用材料

干熱滅菌法適用的滅菌產品為耐高溫材料制成的手術器械、玻璃器皿、粉劑等[3]。滅菌產品材料的適用性可按照YY/T 1263—2015《適用于干熱滅菌的醫療器械的材料評價》進行評價。

2.1.4 技術應用

干熱滅菌法的主要設備為干熱滅菌器，干熱滅菌器按照加熱方式可分為熱空氣滅菌器和熱輻射滅菌器。熱空氣滅菌器為烘箱，通過熱空氣的對流實現加熱[2]。熱輻射滅菌器通過微波、強光電磁輻射等方式加熱，相較熱空氣滅菌器，其升溫速率、滅菌效率大大提高。熱輻射滅菌器瞬間滅菌溫度可達到180 ℃，2.5~3.5 min 就可達到無菌的要求。干熱滅菌法對滅菌物品要求高，但是操作簡單，能夠實現金屬類物品去熱原以及油、粉、膏劑的滅菌，在醫療、科研領域廣泛使用。目前市售的干熱滅菌產品大多采用微處理器控制、數碼顯示等技術，滅菌過程更加智能、快速和安全。

2.2 高壓蒸汽滅菌

2.2.1 滅菌原理

高壓蒸汽滅菌法是利用高溫、高壓的飽和水蒸氣的強穿透性和沸水的高比熱使微生物蛋白質變性、凝固，從而實現滅菌。該方法能夠滅活細菌孢子、霉菌、病毒等大多數的微生物[3，7]。

2.2.2 滅菌方法

將被滅菌物品進行適當包裝，置于滅菌器內部，在115~134 ℃的高溫下使滅菌器內部產生高溫高壓的飽和水蒸氣，由飽和水蒸氣對被滅菌物體的表面和內部進行滅菌[8]。滅菌溫度、蒸汽壓力、滅菌時間的選擇與被滅活的靶向微生物有關，見表3。常用的滅菌參數為115 ℃（0.67 bar，1 bar=0.1 MPa），30 min；121 ℃（0.97 bar），20 min；126 ℃（1.39 bar），15 min，也可選擇132/134 ℃（2.02 bar），10 min 的高溫進行滅菌。

2.2.3 適用材料

高壓蒸汽滅菌法適用于耐濕、耐熱材料，如玻璃、金屬、織物、耐熱高分子聚合物構成的器械滅菌[6]。滅菌產品材料的適用性可按照YY/T 1265—2015《適用于濕熱醫療器械的材料評價》進行評價。高壓蒸汽滅菌法不適用于對不耐高溫、高濕和蒸汽無法穿透的物品進行滅菌，如塑料、皮革、毛皮、內鏡、凡士林、甘油、粉劑等。

2.2.4 技術應用

從國家藥品監督管理局官網統計的產品注冊信息看，壓力蒸汽滅菌器有124 條信息（見表1），表明壓力蒸汽滅菌器為應用最多的滅菌器。壓力蒸汽滅菌器產品種類多，有多種型號和規格，按照放置方式可分為手提式、臺式、立式、卡式、臥式，按照滅菌體積的大小可分為大型、中型、小型等，按照排氣方式的不同可分為下排氣和真空高壓蒸汽滅菌器。相較于下排氣高壓滅菌器，真空高壓蒸汽滅菌器是一種更加先進、高效的滅菌器。真空高壓蒸汽滅菌器在工作時利用真空泵抽走腔內98%以上的空氣，使內部形成負壓，滅菌蒸汽在較短的時間內達到滅菌溫度，并且更加容易穿透滅菌物體內部，滅菌效率大大提高。真空高壓蒸汽滅菌器按照抽真空的方式可分為預真空高壓滅菌器和脈動真空滅菌器。預真空滅菌器采用一次抽真空后充入蒸汽滅菌，而脈動真空滅菌器采用多次真空和多次充入蒸汽交替進行作用，滅菌效果更好。高溫高壓蒸汽滅菌具有滅菌效率高、滅菌效果好、成本低、安全可靠、無化學殘留、不污染環境、對器械損傷小等優點，被廣泛用于醫療、生物、食品、科研等單位。

3 輻射滅菌

3.1 滅菌形式

輻射滅菌也是廣泛應用的醫療器械滅菌技術之一。目前，我國成熟的醫療器械輻射滅菌方式有γ 射線（鈷-60 源、銫-137 源）滅菌、電子加速器發出的電子束滅菌、X 射線發生器發生的X 射線滅菌[4，10]。其中γ 射線滅菌為輻射滅菌中最主要的滅菌方式，約占商業滅菌市場的40%[11]。

3.2 滅菌原理

輻射滅菌主要利用發射源或放射源發出高能電子或射線破壞微生物細胞中DNA、RNA、蛋白質、酶等大分子物質的結構，使DNA、RNA 失去合成蛋白質的能力，蛋白質和酶被變性，失去生物活性，從而達到滅菌的目的[12]。

3.3 滅菌劑量

一般生物染色體結構越復雜對輻射越敏感，見表4。提高輻射劑量，能夠提高滅菌效率，但是材料損傷的風險也大大增加，因此，一般滅菌輻射劑量在15~45 kGy 選擇，不宜過大，通常選擇25 kGy 作為殺滅微生物的合適劑量，以兼碩滅菌效果和材料保護[3]。

表4 一些生物的輻射敏感性[13]

3.4 滅菌方法

在滅菌時，被滅菌物品按一定數量裝入容器中，并按次序置于傳送帶，傳送帶將其帶入輻射室中。在輻射室內，γ 放射源、電子加速器、X 射線發生器等輻射源對容器內物品進行輻射。期間，傳送帶速率控制輻射時間，劑量計系統分析是否達到已確認的輻射劑量。完成輻射之后，容器被傳送帶依次帶出輻射室，完成滅菌。

3.5 適用材料

輻射滅菌可用于不同相（氣態、液態、固態）、不同密度、不同大小、形狀的物體滅菌。滅菌過程可以在任何溫度和壓力下進行。輻射滅菌過程中容易對滅菌材料產生不可逆轉的損傷，如在25 kGy 輻射劑量下，有可能對聚甲基丙烯酸甲酯、超高分子量聚乙烯、聚氯乙烯、硅橡膠、聚碳酸酯、聚丙烯等高分子聚合物的結構產生破壞。輻射滅菌產品材料的適用性可按照YY/T 0884—2013《適用于輻射滅菌的醫療保健產品的材料評價》進行評價。

3.6 技術特點

γ 輻射具有很強的穿透力，對工作環境無特殊要求，滅菌均勻徹底、速度快、可連續作業，適用于大規模滅菌。相較γ 射線滅菌，電子束滅菌劑量傳遞率較高，滅菌時間較短，對敏感材料的損害較小，滅菌成本低于γ 射線和X 射線滅菌，但是穿透性能較差。穿透性能與加速器電子加速能力有關。X 射線穿透性能優于電子束滅菌法，γ 射線滅菌時是朝各個方向發射而X 射線是集中照射物品，劑量分布較均勻，滅菌成本低于γ 射線滅菌，高于電子束滅菌（如圖1 所示）。γ 射線、X 射線、電子束滅菌具有滅菌時間短、無化學殘留等優點，并且在生產中X 射線滅菌和電子束滅菌只需關閉電源即可消除輻射危害，生產安全性較高。

圖1 電子束、γ 射線、X 射線滅菌穿透性

3.7 技術應用

商業上多利用鈷-60產生的γ 射線和電子加速器產生的低于10 MeV 的電子束來進行輻射滅菌。輻射滅菌多應用于組織移植、藥品、批量生產醫療器械的滅菌，如無菌手術刀片、一次性使用無菌注射器、無菌手術縫線、針頭、敷料等。

4 化學滅菌

化學滅菌是廣泛應用的醫療器械滅菌方法，其滅菌原理與滅菌劑密切相關，主要利用化學滅菌劑的氧化性對微生物的結構、蛋白質、核酸以及pH 等的改變使微生物滅活。滅菌一般包含產品的預處理、滅菌周期、通風解析3 個過程，見表5?；瘜W滅菌為低溫滅菌法，適用于非耐熱器械的滅菌，主要滅菌形式有環氧乙烷滅菌、低溫過氧化氫等離子體滅菌、低溫蒸汽甲醛滅菌、臭氧滅菌、過氧乙酸滅菌等。

表5 各種化學滅菌器的滅菌因子、原理、步驟、溶劑殘留影響統計

4.1 環氧乙烷滅菌

4.1.1 滅菌原理

環氧乙烷分子式為C2H4O，具有不穩定的三元環結構，能與蛋白質分子上的巰基（-SH）、氨基（-NH2）、羥基（-OH）和羧基（-COOH）以及核酸分子上的亞氨基（-NH-）發生烷基化反應，造成蛋白質失去反應基團，阻礙蛋白質的正常生化反應和新陳代謝，導致微生物死亡[3，8，14]。絕大多數醫療器械由聚合物、玻璃、金屬等材料構成，不含有上述化學基團，所以環氧乙烷不會破壞其產品結構和性能[2]。

4.1.2 滅菌方法

環氧乙烷滅菌是在密閉可以抽真空的滅菌柜中進行，滅菌效果與滅菌過程中環氧乙烷的質量濃度、溫度、濕度、滅菌時間等相關[4]，通常在環氧乙烷質量濃度為300~1 000 mg/L、溫度為30~60 ℃、相對濕度為40%~90%的條件下進行滅菌，滅菌時間為2 h 到2 周不等。滅菌條件的選擇與產品的材料、物理化學性能，產品在滅菌柜中的擺放，產品包裝材料、大小、厚度、裝載數量有關。

4.1.3 適用材料

環氧乙烷為廣譜殺菌劑，對細菌、真菌、病毒、芽孢、結核桿菌等都有較好的殺滅作用[7]。目前，大多數的材料和產品都可以用環氧乙烷滅菌，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚氨酯等高分子聚合物，滅菌材料的適用性可按照YY/T 1267—2015《適用于環氧乙烷滅菌的醫療器械的材料評價》評價。采用環氧乙烷滅菌后，產品中可能會殘留環氧乙烷、2-氯乙醇、乙二醇等有害物質。由于強烷基化能力，殘留的環氧乙烷可能對人體產生致突變性、胎兒毒性、致畸變性等危害，所以滅菌后環氧乙烷解析是一個必要的過程，通常解析時間為7~14 d，解析完成后產品中環氧乙烷的殘留量不得超過國家和行業標準中的限值。

4.1.4 技術應用

環氧乙烷滅菌器可分為工業化滅菌車間的大型滅菌柜和用于醫療供應室、手術室以及其他專門科室的小型滅菌器。環氧乙烷滅菌須經過產品預處理、滅菌周期、通風解析3 個過程。工業化滅菌的預處理是在預處理房進行，配備必要的加熱系統，如熱水循環加熱系統、正溫度系數熱敏電阻（PTC）電加熱系統、蒸汽換熱器加熱系統、熱風循環加熱等，以及加濕系統如自動加濕器等。在滅菌周期，采用滅菌柜或大型滅菌器。通風解析是在環氧乙烷解析房中，以加熱和通風的方式解析，配備熱水循環加熱或蒸汽換熱、加熱風機箱等設備，各階段分別由計算機控制系統自動控制溫度、濕度、時間、通風量等。在醫療供應室、手術室使用的小型滅菌器一般采用100%環氧乙烷氣體為滅菌介質，自動化程度比較高，可自動抽真空、加藥、調節溫度和相對濕度、控制滅菌時間，安裝簡單只需提供220 V 電源、排氣管道等。

4.2 低溫過氧化氫（H2O2）等離子體滅菌

4.2.1 滅菌原理

低溫過氧化氫等離子體滅菌是結合汽化過氧化氫和低溫氣體等離子體滅菌技術的新穎滅菌方法，其滅菌原理包含3 個部分：（1）在真空室內輸入的氣態過氧化氫氣體對微生物的破壞作用；（2）過氧化氫受電磁波的激發產生的等離子體放電、紫外光對微生物蛋白質、DNA、RNA 等分子的化學鍵破壞作用；（3）過氧化氫等離子體中產生的電子、激發態離子等高能離子對微生物細胞壁的侵蝕作用及強氧化自由基、強氧化劑臭氧等活性物質對微生物體內蛋白質和核酸的化學降解和破壞作用[8，15-16]。

4.2.2 滅菌方法

低溫過氧化氫等離子體滅菌是在低溫過氧化氫等離子體滅菌器中進行的，滅菌溫度為40~60 ℃，滅菌周期為1~3 h，滅菌過程包括抽真空、升溫、注入59%過氧化氫、過氧化氫擴散、過氧化氫等離子體化、通風等步驟[10]。

4.2.3 適用材料

低溫過氧化氫等離子體滅菌適用于不耐熱材料滅菌如金屬、有機硅、大多數聚合物等，可滅菌的物品有宮腔鏡、腹腔鏡、喉鏡、探頭、硬性內窺鏡、軟管內窺鏡、眼科鏡片等，被滅菌產品材料的適用性可按照YY/T 1266—2015《適用于過氧化氫滅菌的醫療器械的材料評價》進行評價。

4.2.4 技術應用

低溫過氧化氫等離子體在滅菌過程中擴散性和穿透性不如環氧乙烷，但是滅菌周期短，能大大提高設備的使用效率。近年來，過氧化氫低溫過氧化氫等離子體技術發展很快，從產品注冊來看，過氧化氫低溫等離子體滅菌器有23 條信息（見表1），表明該方法被臨床廣泛使用。過氧化氫低溫等離子體滅菌器具有體積小、安裝條件簡單、智能化高、具備干燥功能等優勢，在滅菌產業具有較好的發展前景。但是過氧化氫低溫等離子體滅菌效果也存在易受滅菌物的清洗質量﹑干燥程度﹑形狀、結構的復雜程度、過氧化氫的濃度、滅菌周期﹑穿透性等因素影響，在臨床應用中受到一定的限制。

4.3 低溫蒸汽甲醛滅菌

4.3.1 滅菌原理

甲醛也稱蟻醛，分子式為CH2O，常溫下是一種無色、有毒、可燃性氣體，具有強烈的醛刺激性氣味，易溶于水和醇。甲醛在氣態和液態都能殺滅細菌、細菌芽孢、病毒，其滅菌是利用甲醛分子中的醛基與微生物中蛋白質和核酸分子中的氨基、羧基、羥基等基團發生非特異性的烷基化反應，使蛋白質和核酸分子的結構被破壞，從而使微生物死亡[17]。

4.3.2 滅菌方法

低溫蒸汽甲醛滅菌是在醫用低溫蒸汽甲醛滅菌器中進行，一般采用2%復方甲醛溶液或福爾馬林溶液（35%~40%甲醛）進行滅菌，滅菌溫度為55~80 ℃，滅菌相對濕度為75%~100%，維持時間為30~60 min，整個滅菌周期為3~6 h，包含預熱、抽真空、注入甲醛、甲醛濃度維持、解吸附、通風、干燥等過程[4，17]。

4.3.3 適用材料

低溫蒸汽甲醛滅菌法的應用溫度為55~80 ℃，相較高壓蒸汽滅菌法滅菌溫度較低，所以它適用于不耐熱、耐濕物品的滅菌，如電子器械、光學設備、傳感器、金屬器械、玻璃器皿等，多應用于軟式內窺鏡[4]。

4.3.4 技術應用

從注冊信息看，低溫蒸汽甲醛滅菌有7 條信息（見表1），具有較好的應用。低溫蒸汽甲醛滅菌為低溫滅菌方法，借助飽和蒸汽的穿透力，低濃度蒸氣甲醛氣體可以實現滅菌，具有較好的管壁穿透力、對滅菌物體無腐蝕、滅菌成本較低、廣泛的器械兼容性等優點，同時存在滅菌周期相對較長、易殘留毒物甲醛、穿透性不如環氧乙烷滅菌等缺點。目前，國內生產的低溫蒸汽甲醛滅菌器可以實現以2%的蒸汽甲醛氣體進行滅菌，滅菌溫度小于80 ℃，滅菌時間為100~180 min，采用負壓設計，工作時甲醛環境質量濃度小于0.01 mg/m3，對環境無污染，具有較好的應用前景。

4.4 臭氧滅菌

4.4.1 滅菌原理

臭氧滅菌是通過化學強氧化性改變病原體微生物的化學結構[10，18]。臭氧可以在密閉的空氣或氧氣中高壓放電產生。

4.4.2 滅菌方法

臭氧滅菌周期大約為4.5 h。首先將滅菌物品放置在滅菌室內，并對滅菌器進行抽真空，保證臭氧的產生及滅菌在真空條件下進行，當滅菌器達到真空條件后，臭氧發生器進行高壓放電將內部的氧氣轉化為臭氧，產生的臭氧被注入系統注入至滅菌室內對滅菌物品進行曝氣，同時加濕系統向滅菌室內進行加濕。滅菌室內配有臭氧、濕度監測傳感器，傳感器實時監測滅菌室內臭氧濃度、濕度，并通過控制系統對滅菌室內的臭氧濃度、濕度進行控制。曝氣完成后，臭氧分解系統對滅菌器內部的臭氧進行分解并進行通風處理，保證殘留的臭氧濃度不高于國家環境質量標準要求。

4.4.3 適用材料

臭氧可用于空氣、食品、醫療設備滅菌。由于強氧化性及滅菌時的高濕度，臭氧用于抗氧化、抗濕材料滅菌，如聚縮醛、聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯等，不適用于天然橡膠、乳膠、紡織織物以及銅、鋅、鎳等金屬材料的滅菌[4]。滅菌產品材料的適用性可按照YY/T 1264—2015《適用于臭氧滅菌的醫療器械的材料評價》進行評價。

4.4.4 技術應用

臭氧滅菌在穿透性上優于過氧化氫滅菌而弱于環氧乙烷滅菌[3]，但是有害化學殘留要比環氧乙烷滅菌小得多。為減小滅菌時的臭氧濃度，相關人員正在研究用過氧化氫和臭氧協同滅菌的方式進行滅菌，以減少滅菌過程中對材料的氧化作用。臭氧滅菌具有滅菌范圍廣、高清潔性、操作簡單等優點，從注冊信息來看，臭氧滅菌產品較少（見表1），在醫療器械滅菌方面應用相對較少。臨床上使用的醫用臭氧滅菌器產品主要由柜體（包括滅菌室）、真空系統、臭氧發生注入系統、活化（加濕）系統、臭氧分解系統和控制系統組成，它適用于鈦類外科植入物類、電刀、雙極電極、聚四氟乙烯導管（內徑1 mm、長2 000 mm）、硅橡膠管、胃管、食道插管、體外引流管、喉鏡、不銹鋼及碳鋼類手術器械的滅菌。

4.5 過氧乙酸滅菌

4.5.1 滅菌原理

過氧乙酸滅菌以強氧化性破壞蛋白質磺基、硫化學鍵、細胞壁的通透性以及DNA 和RNA 分子的結構，使微生物死亡，可殺滅細菌、真菌、病毒、分枝桿菌、細菌芽孢等微生物[4，10]。

4.5.2 滅菌方法

過氧乙酸滅菌有液體和氣體2 種滅菌方式。液體滅菌以150~200 g/L 的過氧乙酸溶液作為滅菌劑，在30~50 ℃溫度下，以液體過氧乙酸溶液浸泡的方法對非金屬表面、診療用品、透析機、透析器等進行處理，滅菌時間須在12 min 以上[19]。氣體滅菌主要通過過氧乙酸低溫滅菌器進行，滅菌過程包含預處理、抽真空、過氧化乙酸擴散、低溫等離子體以及通風等步驟。滅菌時間一般為30~120 min。

4.5.3 適用材料

過氧乙酸滅菌主要用于玻璃、塑料、搪瓷、不銹鋼、化纖等耐腐蝕物品的滅菌，不宜用于金屬、堿性物質的滅菌。過氧乙酸滅菌后分解為水、氧氣、二氧化碳，與環氧乙烷滅菌相比較，化學殘留危害較小。

4.5.4 技術應用

國內注冊的過氧乙酸滅菌產品較少，只有2 條信息（見表1）。過氧乙酸低溫滅菌器主要由滅菌室、抽真空系統、過氧乙酸注入系統、自動控制系統、等離子體發生裝置組成，適用于患者端連接電線電纜、光學鏡片和玻璃鏡頭、硬式內窺鏡、導管和手術器械的滅菌。文獻[20]將過氧乙酸低溫滅菌器和過氧化氫低溫滅菌器的滅菌效果進行了對比，結果表明過氧乙酸低溫滅菌器比過氧化氫低溫滅菌器具有更強的滅菌能力，尤其是對盲端管腔的滅菌，具有更好的滅菌效果。

5 超臨界CO2 滅菌技術

5.1 滅菌因子

超臨界CO2滅菌是一種正在研究中的新型醫療器械滅菌方法，其滅菌是通過超臨界CO2特殊理化性能實現的。當加載于CO2的溫度和壓強超過臨界溫度（31.05 ℃）和臨界壓力（7.39 MPa）時，CO2流體呈超臨界CO2。超臨界CO2是一種超臨界流體，即介于液體和氣體之間的中間性質的物質相態，兼具液體的密度和氣體的黏度及擴散性。目前研究結果表明，超臨界CO2滅菌對細菌和真菌孢子具有明顯的殺滅作用[21]。

5.2 滅菌原理

酸化可能是主要機制，CO2溶解在含有微生物的水性培養基中并轉化為碳酸，并進一步電離成碳酸氫根和氫離子，這將降低細胞外的pH 值并破壞細胞膜的結構。國內學者在超臨界CO2對大腸桿菌鈍化作用的研究中得出，高壓CO2對細胞膜造成一定程度的損傷導致細胞內物質的外泄是細胞滅活的重要原因；細胞內部pH 降低，一些關鍵性的蛋白和酶失活導致細胞內一系列生理代謝活動無法正常進行，是另一個重要原因[21-22]。

5.3 滅菌方法

根據不同微生物的耐受程度，超臨界CO2滅菌在壓強為8~40 MPa、滅菌溫度為30~105 ℃、滅菌時間為5~360 min 的條件下，能夠有效對枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念球菌等微生物進行滅活，在添加三氟乙酸、過氧化氫等輔助滅菌劑的情況下，表現出更好的微生物滅活特性[23]。

5.4 適用材料

目前，已有研究表明，使用超臨界CO2滅菌技術對一些同種異體及異種移植生物材料、天然材料、紡織物材料進行滅菌時，具有很好的滅菌效果。例如，采用超臨界CO2滅菌法在對脫細胞心臟瓣膜進行滅菌時能夠實現SAL≤10-6且不引起顯著結構變化[24]；對異體不同部位（肱骨、半月板、股骨和脛骨）和異種來源移植物（羊、兔和牛），超臨界CO2滅菌法能夠達到滅活微生物的要求，并且能保持材料的機械和力學性能[25-26]；對天然材料藻酸鹽水凝膠、熱敏感性的天然蛋白，采用超臨界CO2滅菌法能夠實現很好的滅菌效果，并且不會對材料的性能產生明顯影響[27-28]；對以聚丙烯為主的織物材料構成的醫用口罩，超臨界CO2滅菌法能夠實現對多種病毒和細菌的滅菌[29]。

5.5 技術發展

目前，國內無用于醫療器械滅菌的超臨界CO2滅菌產品，國外已有相關產品的應用，如美國Nova-Sterilis 公司生產的一種超臨界CO2滅菌設備（專利號：US7108832 B2，設備名稱：Nova2200 Equipment Platform），已用于同種異體骨組織材料的滅菌處理[23]。超臨界CO2滅菌是一種新型的醫療器械滅菌方法，其滅菌工藝、滅菌控制、滅菌效率、滅菌穩定性及經濟成本等方面正處于探索階段，由于超臨界CO2滅菌在環保性上具有其他化學滅菌無法比擬的優勢，在未來具有廣泛的應用前景。

6 現有滅菌技術存在的挑戰

6.1 缺少有效、便于操作的朊病毒滅活方法

朊病毒是一類能侵染動物并在宿主細胞內形成的無免疫性疏水蛋白質。與一般病毒不同，該病毒不含有核酸，只是一種傳染性蛋白，可以通過移植、受污染的醫療產品途徑傳播。相比其他含有核酸物質的細菌、病毒，朊病毒具有極強的滅菌抗性，它們的失活需要完全破壞結構分子，使蛋白質變性。傳統滅菌方法，無論是化學方法還是物理方法，單一的滅菌方法很難將其完全滅活，目前，通常采用化學滅菌劑氫氧化鈉或有效氯處理之后，再用真空高壓脈沖滅菌法進行滅菌[9，30]。

6.2 苛刻的細菌內毒素去除條件

細菌內毒素，又稱“熱原”，是多種革蘭氏陰性菌的細胞壁成分由菌體裂解后釋出的毒素，其化學成分為磷脂多糖-蛋白質復合物。人感染過量的內毒素，可引起發熱、微循環障礙、內毒素休克及播散性血管內凝血等癥狀。采用物理或化學滅菌方法，能夠滅活微生物，但不能消除內毒素，它具有極強的抗性。目前在250 ℃、30 min 或180 ℃、3 h 的高溫條件下，采用干熱滅菌法或者等離子滅菌技術對內毒素的去除有效[31]。

6.3 傳統滅菌方法對一些生物醫療材料無能為力

現代生物醫學材料應用越來越廣泛，其形態和成分日益復雜，對此類材料的滅菌不僅要保持材料滅菌的有效性，而且要考慮對材料的機械、力學性能及滅菌有害物質殘留的影響。傳統的滅菌方法對一些新材料存在著諸多挑戰，比如，在對海藻酸鹽類生物墨水、絲素蛋白類生物墨水、脫細胞基質類生物墨水等采用酒精、紫外消毒對材料影響較小，但不能實現完全滅菌，而采用高壓蒸汽滅菌、輻射滅菌、環氧乙烷滅菌會影響材料的黏度、含水量、力學性能、機械性能等，滅菌的適用性存在挑戰[32]；在對膠原支架滅菌時，由于結構的脆弱性和對溫度的敏感性，不能采用大劑量輻射滅菌和高溫滅菌，而環氧乙烷滅菌依賴于膠原基生物材料的類型，采用低濃度過氧乙酸、乙醇的浸泡以及與抗生素的組合使用是常用的滅菌方法[33-34]。

7 結語

滅菌是保障醫療器械使用安全的一個重要環節，影響醫療器械滅菌效果的因素有很多，如物體表面清潔、生物負載、病原體類型、存在蛋白質和鹽類物質、滅菌對象的形狀規格和儀器設備的使用過程等，目前不存在一種完美滅菌方式適用于所有醫療器械的滅菌。在實際應用中，醫療器械滅菌方法的選擇應綜合考慮滅菌的有效性、經濟性、安全性。目前，我國常用的滅菌方法有干熱滅菌、濕熱滅菌、輻射滅菌、化學滅菌等，它們在醫療機構、工業生產、科學研究中被廣泛應用。盡管這些方法比較成熟，但是對一些特殊應用場景卻并非完全適用，如面對朊病毒、結構復雜的產品和一些生物制品的滅菌以及物體熱原的去除時，采用上述單一的方法并不能充分保證滅菌的有效性。因此，對于此類特殊滅菌對象，建立行之有效的聯合滅菌方法并形成相關質量控制標準或文件具有重要的意義。與此同時，隨著滅菌技術的發展，一些新型的滅菌方式應運而生，如超臨界CO2滅菌。超臨界CO2滅菌技術是一種環保的新滅菌技術，目前滅菌機理、滅菌效果、相關產品的研究還處于起步階段，我國暫無應用于醫療領域的相關滅菌設備，但是由于CO2的環保性、經濟性，被認為很有可能成為下一代醫療器械滅菌方法。