灭菌设备热穿透测试

发布时间：2025-07-24 11:46:38 阅读量：1 作者：生物检测中心

灭菌设备热穿透测试：过程验证的核心环节

在医疗、制药、生物技术及食品等行业，无菌保证是产品的刚性要求。灭菌设备（如蒸汽灭菌柜、干热灭菌柜、环氧乙烷灭菌柜等）是实现无菌的核心保障，而热穿透测试（Heat Penetration Test） 作为灭菌过程验证的核心环节，直接关系到灭菌效果的科学性与可靠性。此测试旨在确认灭菌介质（如饱和蒸汽、干热空气、EO气体）能否在设定的工艺参数下，有效穿透并均匀分布于整个装载物品的内部最难灭菌位置（冷点），并确保该位置能达到并维持足够长时间的灭菌温度（或气体浓度与温湿度），从而彻底杀灭或去除所有微生物。

一、 热穿透测试的核心目标与意义

  1. 确定冷点（Cold Spot）： 识别灭菌周期中物品内部温度（或关键参数）最低、最难达到灭菌条件的物理位置，这是确认无菌保证水平的基点。
  2. 验证工艺参数的有效性： 证明在设备操作规程（SOP）规定的装载方式、灭菌温度（或浓度）、压力、时间等参数下，冷点能达到并维持足够的灭菌条件（如设定的最低温度及维持时间）。
  3. 建立科学灭菌依据： 为灭菌工艺的可靠性提供客观、量化的数据支持，是证明产品无菌性的科学基础。
  4. 满足法规强制要求： 各国药典（USP, EP, ChP）、GMP法规以及ISO标准（如ISO 17665、ISO 11135、ISO 20857等）均明确规定必须对灭菌工艺进行验证，热穿透测试是其中不可或缺的部分。
 

二、 热穿透测试的关键要素

  1. 测试物品（Product Load）：

    • 代表性： 必须使用实际生产中最具挑战性的装载配置（如密度最大、结构最复杂、包装最难穿透的组合）。应包含所有类型的日常灭菌物品。
    • 模拟物： 若实际产品难以布点或成本过高，可使用物理化学性质（密度、导热性、包装材料等）高度相似的替代物（模拟物），但需证明其等效性。

  2. 热电偶布置（Thermocouple Placement）：

    • 核心原则： 重点布放于预期最难灭菌的位置。
    • 关键位置：
      • 物品内部冷点： 如注射器管腔深处、器械关节内部、导管内腔、包装袋中心、大块敷料中心、容器液体几何中心/底部、多层堆叠物品中心等。
      • 装载冷点： 设备腔体内通常温度最低的位置（需通过空腔热分布测试初步确定），如排水口附近、靠近柜门处、装载密集区中心。
      • 参考点： 灭菌设备自身控制探头附近（用于对比）。
    • 数量： 足够多以充分覆盖所有预期冷点，数量需依据装载复杂性、风险评估和法规要求确定（通常≥10个）。
    • 安装： 确保热电偶感温点精确位于目标位置，不影响物品装载状态和介质穿透路径。使用专用夹具或验证材料固定。

  3. 数据采集系统（Data Acquisition System）：

    • 需具备足够通道数、高精度（通常误差≤±0.5°C）、高采样频率（至少每秒一次）的设备。
    • 热电偶需经过校准，并在使用前进行准确性验证（通常包括冰点、沸点或油浴校准）。

  4. 装载方式（Loading Pattern）：

    • 严格模拟日常生产的最大负载和最难灭菌的装载模式。
    • 装载图应详细记录，每次测试需严格按图执行以保证重现性。

  5. 灭菌周期参数： 使用经过开发并初步确认的、拟用于常规生产的灭菌程序和参数设置。

 

三、 热穿透测试的实施步骤

  1. 方案制定（Protocol Development）： 详细规定测试目的、范围、测试物品、装载方式、热电偶数量与位置图、数据采集要求、接受标准、偏差处理等。需经审核批准。
  2. 设备与仪器准备：
    • 灭菌设备按SOP完成维护、校准。
    • 数据采集系统及所有热电偶完成校验（提供证书）。
    • 准备好代表性测试物品/模拟物，并按方案要求准确布点、装载。
  3. 测试执行：
    • 启动数据采集系统。
    • 按批准的灭菌程序运行设备。
    • 完整记录整个灭菌周期的参数（设备记录仪+外部DAQ）。
  4. 数据采集与记录： 确保全程不间断采集所有热电偶数据及设备运行参数（温度、压力、时间等）。
  5. 报告编写（Report Generation）：
    • 汇总所有原始数据和校准证书。
    • 计算每个热电偶测点的F值（Lethality）：
      • 蒸汽灭菌： 计算F0值（121.1°C下的等效灭菌时间）。
      • 干热灭菌： 计算FH值（170°C下的等效灭菌时间，用于除热原）。
    • 识别并确认冷点位置。
    • 比较冷点的F值（或达到设定温度的时间、维持时间）与接受标准。
    • 分析所有关键参数是否符合方案要求。
    • 得出结论：验证是否成功。
  6. 结果判定与接受标准：
    • 首要标准： 所有位置的F值（F0或FH）必须大于或等于方案规定的最低要求（该要求基于微生物挑战试验或灭菌工艺开发数据得出）。
    • 次要标准： 冷点达到设定温度的时间、维持时间等关键参数也需符合方案要求。
    • 装载内各点参数差异应在可控范围内。
 

四、 热穿透测试与生物指示剂挑战试验的关系

  • 热穿透测试： 聚焦物理参数（温度/时间）的充分性和均匀性，确认灭菌环境是否达到。
  • 生物指示剂挑战试验： 将高抗性的微生物孢子（如嗜热脂肪地芽孢杆菌Geobacillus stearothermophilus用于湿热，枯草芽孢杆菌Bacillus atrophaeus用于干热和EO）放置在热穿透测试确定的冷点位置，直接挑战灭菌过程杀灭微生物的能力。
  • 相辅相成： 两者结合构成完整的物理-微生物学灭菌工艺验证。成功的穿透测试是生物指示剂试验成功的前提。物理参数达标才能保证生物杀灭有效。
 

五、 测试失败与再验证

  • 失败处理： 如果测试未达标，必须彻底调查原因（设备故障？装载问题？热电偶错误？程序参数不当？），采取纠正预防措施（CAPA），修改方案后重新测试。
  • 定期再验证： 灭菌工艺需定期（如每年）或在发生重大变更（设备大修、装载方式改变、产品/包装变更）后进行再验证，热穿透测试是再验证的核心内容。
 

六、 结论

热穿透测试不是简单的温度监测，而是一项严谨、科学、基于风险评估的灭菌工艺验证活动。它通过精准识别冷点并量化其达到的灭菌效力（F值），为产品无菌保证提供了坚实的物理学基础。严格遵守测试规范、精心设计实验方案、准确执行操作、科学分析数据，是确保灭菌设备可靠性和最终产品安全性的关键所在。成功的穿透测试，是无菌屏障背后不可或缺的科学依据。

重要提示： 具体实施需严格遵循现行GMP规范、相关药典通则以及适用的国际/国家标准（如ISO系列标准），并充分考虑具体产品特性进行风险评估后确定详细方案。