环氧乙烷灭菌连续使用模拟试验

环氧乙烷灭菌连续使用模拟试验完整指南

摘要： 本文系统阐述了环氧乙烷（EO）灭菌设备在连续使用状态下性能稳定性的模拟验证方法（即“连续使用模拟试验”）。重点围绕试验设计原则、执行流程、关键参数监控、生物与理化挑战方法、数据处理及结论判定展开，旨在为科学评估灭菌设备在模拟真实生产负荷下的长期可靠性提供标准化参考依据，确保医疗器械产品的无菌保障水平持续达标。

关键词： 环氧乙烷灭菌；工艺验证；连续使用模拟试验；设备性能；生物指示剂；灭菌保证水平；物理监测；化学指示剂；微生物挑战

一、 引言

环氧乙烷灭菌因其优异的材料兼容性和低温特性，成为热敏性医疗器械的主要灭菌方法。灭菌设备在长期、连续运行过程中，其关键组件（如真空泵、加药系统、温湿度传感器、循环风机等）的性能可能随使用时间延长而出现衰减或波动。为确保灭菌设备在全生命周期内（尤其是在模拟最大预期生产负荷下）能持续稳定地输出符合预定灭菌工艺参数的能力，执行“连续使用模拟试验”是工艺验证中的关键环节。该试验旨在模拟设备在实际生产中的连续运行状态，挑战其在最不利工况下的性能极限与稳定性。

二、 试验目的与依据

• 核心目的：
  1. 验证设备稳定性： 评估灭菌设备在模拟连续运行（通常覆盖多个灭菌周期）过程中，关键工艺参数（温度、湿度、压力、环氧乙烷浓度、暴露时间）的控制精度与重现性。
  2. 确认灭菌可靠性： 证明在最不利的模拟连续使用条件下（如设备处于轻微衰减状态），灭菌工艺仍能稳定达到并维持预定的无菌保证水平（SAL ≤ 10⁻⁶）。
  3. 识别潜在风险： 发现设备在长期运行中可能出现的性能漂移或故障模式，为预防性维护和再验证周期设定提供依据。
• 法规与标准依据：
  • ISO 11135:2014《医疗保健产品灭菌 环氧乙烷 医疗器械灭菌过程的开发、确认和常规控制要求》
  • GB 18279.1-2015《医疗保健产品灭菌 环氧乙烷 第1部分：医疗器械灭菌过程的开发、确认和常规控制的要求》（等同采用ISO 11135:2014）
  • ISO/TS 11135-2:2008《医疗保健产品灭菌 环氧乙烷 第2部分：应用指南》
  • 《医疗器械生产质量管理规范》及相关附录要求

三、 试验设计原则

1. 模拟“最差情况”负荷：
   • 使用具有代表性的产品或模拟产品（如满载验证用挑战装置），其设计应能最大程度阻碍灭菌剂的穿透（如长管腔、复杂几何结构、吸湿性材料）。
   • 装载配置应模拟实际生产中最具挑战性的状态（如最大密度装载、最大生物负载产品组合）。
2. 设定“连续使用”周期数：
   • 周期数量应基于设备制造商建议、历史性能数据和风险评估确定，需足够模拟设备在维护周期内可能经历的疲劳状态。
   • 常见做法通常涵盖 3个完整工作日 的运行（如每天运行多个周期，周末暂停模拟休息），总计 数十个连续灭菌周期。具体数量应在验证方案中明确规定。
3. 挑战位置的选择：
   • 在灭菌室内科学分布生物指示剂（BI）和化学指示剂（CI），尤其关注灭菌剂最难到达的区域（如冷点、腔体中心、管腔内部最深点、物品堆叠内部）。
   • 需覆盖所有典型的灭菌装载配置（如最小装载、典型装载、最大装载）。
4. 微生物挑战设定：
   • 使用高抗性、标准化的生物指示剂，通常为 嗜热脂肪地芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus）孢子，载体类型（如纸条、孢子悬液、自含式）需适合挑战位置。
   • 生物指示剂数量： 每个灭菌周期内，需在挑战装置内部及灭菌室多个代表性位置放置足够数量的BI，以确保能有效探测任何潜在灭菌失败点。允许在连续多个周期内轮换位置（保证所有关键位置在试验期间都被充分挑战）。
   • 最低挑战水平： 每个BI的初始孢子数必须足够高（通常 ≥ 1 x 10⁶ CFU/载体），以满足过度杀灭法或半周期法确认的杀灭效果要求（如证明至少能达到12-log的孢子杀灭）。
5. 物理参数全程监控：
   • 使用经过校准的高精度数据记录仪，持续实时监测并记录每个灭菌周期内的关键物理参数：
     • 预热期： 温度、相对湿度（RH）、压力变化（真空度/压力保持）。
     • 预处理（保压/保湿）： 温度、RH、压力、时间（若适用）。
     • 加药期： EO浓度（通过直接测量或压力/温度推算）、压力、温度、加药时间。
     • 灭菌期（暴露期）： EO浓度、温度、RH（维持在一定范围）、压力、时间（精确计时）。
     • 排气/换气期： 真空/压力循环次数、持续时间、换气次数、温度。
     • 通风解析期： 温度、换气速率、持续时间（可选监测残余EO浓度）。
   • 所有监测探头需放置于产品内部（尤其是挑战装置内最难灭菌位置）、装载内部及灭菌室参考点。
6. 化学指示剂应用：
   • 在每个周期的关键位置（特别是BI附近）放置化学指示剂（如Bowie-Dick测试包用于真空泄漏测试，过程挑战装置PCD内放置CI，产品包装内外）。
   • 用于实时监测单个周期的灭菌剂渗透情况和工艺参数是否达到预定要求。

四、 试验执行流程

1. 设备与仪器准备：
   • 灭菌设备完成必要的预防性维护和校准（温度探头、湿度传感器、压力传感器、计时器、气体浓度监测装置等）。
   • 生物指示剂、化学指示剂确认在有效期内，BI的D值、孢子数量和存活-杀灭特性经过确认。
   • 数据记录系统（如多点温度记录仪）校准合格并设置好采样频率。
   • 模拟产品或挑战装置准备就绪，确保装载方式标准化。
   • 确保充足的环氧乙烷气源供应。
2. 执行连续灭菌周期：
   • 按照预先设定的工艺参数（包含预处理条件、加药量、暴露时间、排气通风程序等）执行连续的灭菌周期。
   • 关键操作：
     • 每个周期严格按SOP操作。
     • 每个周期按方案要求放置BI、CI及物理监测探头。
     • 详细记录每个周期的操作过程、设备运行状态（有无异常报警）、气瓶更换记录等。
     • 确保两个灭菌周期之间的间隔时间符合方案规定（模拟实际生产节奏）。
3. 物理参数监控与记录：
   • 通过数据记录系统连续采集并存储所有关键物理参数数据。
   • 实时观察参数曲线，发现任何超出预设公差范围的偏差应立即记录并评估。
4. 生物指示剂培养与结果判读：
   • 每个周期结束后，按方案及时取出生物指示剂。
   • 严格按照BI说明书规定的条件（特定温度和时间）进行培养（阳性对照和阴性对照同步进行）。
   • 培养结束后，观察并记录每个BI的生长情况（阳性/阳性对照应生长，阴性对照应无菌生长）。记录所有BI的最终结果（阳性/阴性）。
5. 化学指示剂判读：
   • 每个周期结束后，立即判读放置在各处的化学指示剂颜色变化，并与标准色卡对比，记录是否符合通过标准。

五、 数据处理与结果判定

1. 物理参数分析：
   • 汇总所有连续周期的物理监测数据。
   • 分析每个关键阶段（预处理、加药、暴露、排气、通风）的参数值是否持续稳定地在验证过的可接受范围内波动。
   • 计算关键参数（如暴露期最低温度、最低EO浓度、暴露时间）在每个周期的实际值。确认：
     • 所有周期的物理参数均符合工艺规范要求。
     • 参数波动在正常范围内，无异常漂移或失控趋势。
     • 无因设备性能下降导致的参数劣化。
2. 生物指示剂结果分析：
   • 统计所有生物指示剂的培养结果。
   • 核心判定标准： 所有 放置的 生物指示剂必须全部呈现阴性结果（无菌生长）。任何一个BI出现阳性结果，都意味着该挑战点在该周期未能达到无菌要求，整个连续模拟试验即视为 失败。
   • 结合物理参数分析阳性结果（如果发生）的原因。
3. 化学指示剂结果分析：
   • 确认所有化学指示剂均显示了预期且一致的颜色变化，符合通过标准，证明灭菌剂在预期的时间和条件下到达了这些位置。
4. 综合判定：
   • 只有同时满足以下所有条件，才能判定环氧乙烷灭菌连续使用模拟试验 通过：
     • 物理参数： 所有关键工艺参数在所有连续周期内持续稳定地控制在已验证的可接受范围内。
     • 生物挑战： 所有放置的生物指示剂在所有灭菌周期中均呈现阴性（无菌生长）。
     • 化学指示： 所有化学指示剂的结果均符合通过标准。
     • 设备运行： 设备在整个试验过程中运行正常，无影响灭菌效果的故障或重大报警。
     • 记录完整性： 所有操作、监测、培养和判定记录完整、准确、清晰、可追溯。

六、 结论与报告

• 结论：
  • 明确陈述试验是否通过。若通过，则结论为：在模拟连续运行[具体数量]个灭菌周期的最差情况条件下，该灭菌设备的关键工艺参数控制稳定，性能可靠，能够持续有效地使具有挑战性的负载达到并维持预定的无菌保证水平（SAL ≤ 10⁻⁶）。
  • 若未通过，需清晰说明失败原因（如哪个周期、哪个位置的BI阳性、关联的物理参数异常等）。
• 试验报告：
  • 报告应包含完整的试验方案摘要。
  • 详细记录试验执行过程、所用设备仪器、材料（BI/CI型号批号、挑战装置详情）、装载图示。
  • 附上所有原始数据记录（物理参数曲线图/表、BI培养记录表、CI判读记录表）。
  • 展示详细的数据分析过程和结果判定依据。
  • 明确试验结论，并由授权人员审核批准。
  • 若试验失败，需包含根本原因分析（RCA）报告和所采取的纠正预防措施（CAPA）计划。

七、 安全注意事项

在执行环氧乙烷灭菌连续使用模拟试验时，必须严格遵守以下安全规范：

1. 气体泄漏防范： 使用环氧乙烷前，必须严格进行设备密封性检查（保压测试）。操作区域应配备固定式和便携式环氧乙烷泄漏监测报警仪。
2. 爆炸风险控制： 确保灭菌器符合防爆要求。严格控制灭菌室内环氧乙烷浓度远低于爆炸下限（3% v/v），通常通过真空和惰性气体（如氮气或二氧化碳）置换实现。
3. 人员防护：
   • 操作人员需接受专门培训，了解环氧乙烷的毒性（致癌性、致突变性、生殖毒性、刺激性和致敏性）和应急处置措施。
   • 在可能接触环氧乙烷的环境（如设备维护、气瓶更换）必须佩戴合适的个人防护装备（PPE）：防毒面具（针对有机气体）、化学防护手套、防护服、护目镜。
   • 保持良好的通风（优先采用局部排风设施）。
4. 紧急预案： 制定完善的环氧乙烷泄漏、火灾、人员中毒等紧急情况的应急预案，配备必要的应急设备（如洗眼器、淋浴器、适用的灭火器），并定期演练。
5. 废气处理： 灭菌结束后的排气必须经过安全有效的处理系统（如催化分解焚烧、化学吸收、水洗吸收等），确保排放至大气的环氧乙烷浓度符合国家环保法规要求。
6. 废弃物处理： 使用过的生物指示剂（尤其阳性对照）、化学指示剂及其他受环氧乙烷污染的废弃物，应按危险废弃物相关法规进行安全处置。

八、 重要性总结

环氧乙烷灭菌连续使用模拟试验是设备确认（OQ/PQ）的重要组成部分，是证明灭菌设备在预期生产负荷下的长期运行能力和工艺稳健性的直接证据。科学严谨地执行该试验，是确保医疗器械产品在整个灭菌生命周期内持续获得安全有效的无菌保障的基石，对于满足法规合规性要求、降低产品灭菌失败风险、保障患者用械安全具有不可替代的价值。