干热灭菌柜效果测试

干热灭菌柜效果测试：原理、方法及关键考量

干热灭菌是医药、生物技术和精密制造业中不可或缺的无菌保障手段。其核心机理是利用高温（通常在160°C至250°C以上）的干热空气，通过长时间的烘烤，使微生物细胞内的蛋白质发生不可逆的变性、氧化，并最终导致其死亡或失去繁殖能力。这一过程尤其适用于那些不耐湿热（蒸汽灭菌）或需要彻底销毁热原（细菌内毒素）的关键物品，如玻璃器皿、金属器械、油类、粉末以及某些电子元件。

一、灭菌效果的核心测试项目

要科学、全面地验证干热灭菌柜的性能是否符合预定要求，必须执行一系列严谨的测试：

1. 空载热分布测试 (Empty Chamber Temperature Distribution):

   • 目的： 评估灭菌柜在空载运行时腔体内各点的温度均匀性。找出温度相对较高（热点）和相对较低（冷点）的区域，为后续负载测试的探头布点提供依据。
   • 方法： 在灭菌柜腔室内合理布置足够数量的热电偶（通常≥10个，覆盖腔室几何中心、各角落、靠近加热元件及排风口处等关键位置）。运行设定的灭菌程序（如180°C，120分钟）。
   • 合格标准： 在灭菌温度保温阶段，所有监控点的温度读数与设定温度之间的最大偏差应在±15°C以内（或根据更严格的内部标准，如±10°C）。腔室内各点之间的最大温差也应控制在规定范围内（例如≤10°C）。

2. 负载热穿透测试 (Loaded Chamber Thermal Penetration / Heat Penetration):

   • 目的： 模拟实际灭菌物品装入柜内后，评估热量穿透至物品内部最难加热位置（冷点）所需的时间，并确认该位置能达到并维持足够的灭菌温度和时间。
   • 方法： 使用具有代表性的实际负载（类型、密度、包装方式、摆放方式均需模拟常规灭菌）。在负载内部最难加热的部位（如物品中心、紧密堆积内部、容器底部）以及负载表面、腔室空间（含之前确定的空载冷点）布设热电偶。执行完整的灭菌程序。
   • 合格标准：
     • 所有监控点（特别是负载内部的冷点）在灭菌保温阶段的最低温度必须≥设定的灭菌温度。
     • 所有监控点（特别是负载内部的冷点）在该温度下的持续时间（保持时间）必须≥设定的灭菌时间。
     • 负载内部冷点在升温阶段达到灭菌温度所需的时间以及整个灭菌周期的时间应在可接受范围内。

3. 微生物挑战试验 (Microbiological Challenge Test / Biological Indicator Test):

   • 目的： 这是灭菌效果的最直接、最权威的证明。通过使用具有高耐受性的标准微生物指示剂，验证在特定的灭菌程序下，微生物被杀灭的程度是否达到无菌保证水平的要求。
   • 方法：
     • 选择生物指示剂(Bioindicators, BI)：干热灭菌首选 嗜热脂肪地芽孢杆菌芽孢 (Geobacillus stearothermophilus ATCC 7953 或等效菌株)。该类芽孢对干热具有极强的耐受性。
     • 布点策略：将已知数量（通常≥10⁵ - 10⁶ 个活芽孢）的BI放置在负载内部和表面的多个位置，尤其要覆盖热穿透测试中确定的负载内部冷点和腔室空间冷点。同时放置阳性对照（未灭菌）和阴性对照（培养基无菌性）。
     • 执行灭菌程序。
     • 灭菌后将BI取出，在规定的条件下培养（如55-60°C，需氧培养）。
   • 合格标准： 所有经过灭菌处理的BI培养结果必须为 无菌生长（阴性）。阳性对照必须生长，阴性对照必须无菌生长。这证明灭菌程序的杀灭力足以使BI的存活概率低于10⁻⁶（即SAL ≤ 10⁻⁶），达到无菌保证水平。

4. 细菌内毒素挑战试验 (Bacterial Endotoxin Challenge Test / Depyrogenation Test):

   • 目的： 专门验证灭菌程序对细菌内毒素（热原）的破坏能力。干热是除热原最有效的方法之一。
   • 方法：
     • 选择挑战试剂：使用已知高浓度（通常≥1000 EU/载体）的标准内毒素（如 Escherichia coli O55:B5 内毒素）。
     • 布点策略：将内毒素挑战物（如涂布在载体材料如玻璃碎片上）放置在热穿透测试确定的负载内部和表面冷点。
     • 执行灭菌程序。
     • 灭菌后，严格按照《中国药典》或相关法规规定的凝胶法或光度法（浊度法或显色法），检测载体上残留的内毒素含量。
   • 合格标准： 灭菌后，每个载体上测得的残留内毒素量必须小于规定的可接受限值（通常要求内毒素的下降对数单位≥3.0 LRV，即至少降低99.9%，例如从1000 EU降至≤1.0 EU）。

二、辅助及关键性能测试

除了上述核心验证测试外，以下测试对于确保灭菌柜日常运行的可靠性和程序有效性同样至关重要：

• 运行确认测试 (OQ)： 在空载状态下验证设备各系统功能：腔室密封性（泄漏率）、抽真空速率（若适用）、程序运行逻辑、报警系统（超温、超时、门未关）、打印/记录功能、安全联锁功能等。
• 装载方式确认： 每种特定的装载模式（物品类型、数量、摆放方式）都应单独进行热穿透测试和微生物挑战试验（若适用），确保其有效性。
• 温度仪表校准： 验证过程中使用的所有热电偶及测温仪表必须在测试前和测试后（或定期）通过可溯源的国家标准进行校准，确保精度。
• 程序变量确认： 验证不同的灭菌程序（不同温度-时间组合）是否均能达到预期效果。
• 开门冷却测试 (Door Open Cooling)： 评估灭菌程序结束后，柜门打开状态下腔室温度下降到安全操作温度所需的时间和均匀性。

三、效果测试的计划与执行要点

• 制定详细的验证方案 (Validation Protocol): 明确测试目的、范围、职责、使用的设备（型号、校准状态）、具体方法步骤、取样计划、合格标准、偏差处理程序、报告要求。
• 选择合适的设备与材料： 高精度热电偶、数据记录仪、合格的标准生物指示剂和内毒素、适当的负载模拟物。
• 代表性的负载： 负载必须真实反映日常处理的物品的最大密度、尺寸和最难灭菌的状况。
• 充分的探头布点： 确保覆盖所有潜在的冷点和关键位置。探头数量应足够。
• 严格的程序控制： 确保灭菌程序（升温、保温、冷却各阶段）严格按设定参数执行。
• 准确的数据记录与分析： 实时记录所有温度数据，精确计算保温时间（Fh值计算可更准确评估累积热致死效应）。
• 结果评估与报告: 严格按照方案中设定的合格标准评估所有数据（温度均匀性、保温时间、BI培养结果、内毒素下降LRV）。出具详尽的报告，记录所有测试过程、原始数据、偏差分析（如有）及最终结论。

四、持续监控与再验证

干热灭菌效果的验证并非一劳永逸。为保证持续的灭菌效能，必须建立：

• 周期性再验证： 根据风险评估结果（如设备使用频率、维护状况、历史数据）和设备变更等情况，定期（如每年）重复关键测试（特别是热分布/穿透和微生物挑战）。
• 日常灭菌参数监控： 每一灭菌批次均需记录关键参数（时间、温度曲线）。腔室温度探头（通常位于腔室排水口或冷点代表点）在保温阶段的最低温度及其持续时间是重点监控对象。
• 生物指示剂/内毒素指示剂定期测试： 可定期（如每月、每季度或在工艺变更、设备大修后）将BI或内毒素指示剂放入常规负载中最难灭菌的位置随批运行，作为灭菌程序持续有效性的附加证据。

结论

干热灭菌柜的效果测试是一个严谨、系统的工程，涉及温度物理学、微生物学以及验证科学的综合应用。通过科学设计并严格执行空载热分布、负载热穿透、微生物挑战和细菌内毒素挑战等一系列核心测试，并辅以关键性能确认和持续的监控与再验证，才能确保证实灭菌柜能够稳定、可靠地达到既定的灭菌和除热原目标。这是确保最终产品无菌无热原、保障患者安全和产品质量符合法规要求的根本基石。严格遵循既定的验证方案和合格标准是整个测试过程的核心原则。