郁朝陽

（辛克萊工程有限公司（SKM-S2F） 上海 200120）

1 常見消毒與滅菌方法

當(dāng)今在制藥、實驗中心及醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)，針對微生物的消毒和滅菌已有很多選項。下表綜合描述了各種常用滅菌方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較。

表1 常用滅菌方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

2 汽化過氧化氫滅菌技術(shù)和應(yīng)用

過氧化氫，化學(xué)式為H2O2，其水溶液俗稱雙氧水，外觀為無色透明液體，是一種強(qiáng)氧化劑。常用的過氧化氫濃度為30%或35%。過氧化氫滅菌可根除細(xì)菌、病毒、真菌和芽孢，是一種廣譜微生物滅菌方式。

在制藥行業(yè)，常用SAL（Sterility Assurance Level）即“無菌保證水平”來評價滅菌工藝效果，SAL的定義為，產(chǎn)品經(jīng)滅菌后微生物殘存的概率。SAL值越小，產(chǎn)品中微生物存在的概率也越小。國際上一般認(rèn)定，采用濕熱滅菌法的SAL值不得大于10-6，即滅菌后微生物存活的概率不得大于百萬分之一[1]。

滅菌設(shè)備的性能、滅菌程序的驗證以及生產(chǎn)過程滅菌效果監(jiān)控等可采用生物指示劑進(jìn)行確認(rèn)。仍以濕熱滅菌法為例，其業(yè)內(nèi)常用的生物指示劑為嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子（Spores of Bacillus Stearothermophilus）。在實際應(yīng)用中，過氧化氫滅菌的滅菌效果與濕熱滅菌法相當(dāng)，采用同樣的生物指示劑，可驗證嗜熱脂肪芽孢桿菌達(dá)到百萬分之一的殺滅率。

過氧化氫滅菌的主要原理是生成游離的氫氧基，通過進(jìn)攻細(xì)胞成分，例如脂類，蛋白質(zhì)和DNA，從而破壞微生物組織[2]。

過氧化氫滅菌方法一般在室溫下進(jìn)行，無需額外升溫。滅菌后殘留過氧化氫的降解方法較易實現(xiàn)，催化劑也較容易獲得。降解后生成產(chǎn)物只有水和氧氣，因此對環(huán)境無害，無需額外的清潔。另外，一般認(rèn)為在空氣中濃度在1 ppm以內(nèi)屬于人員安全濃度水平。

汽化過氧化氫滅菌法是各國藥典、GMP、消毒滅菌技術(shù)規(guī)范所推薦的方法，滅菌工藝已經(jīng)非常成熟，重復(fù)性好，有專門的化學(xué)指示劑和生物指示劑驗證過氧化氫氣體分布均勻情況和無菌保證水平。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在生物制藥工廠、醫(yī)療衛(wèi)生、生物實驗室和動物研究實驗室等諸多領(lǐng)域。并已在傳遞艙、隔離器、凍干機(jī)、生物安全柜、醫(yī)療器械、生物培養(yǎng)箱、氣閘間和無菌實驗室空間等場合成為最常用的生物凈化方式之一。例如，隔離器的消毒滅菌是國內(nèi)外過氧化氫技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域之一。根據(jù)國內(nèi)凍干機(jī)廠商東富龍的數(shù)據(jù)，目前92%的隔離器用戶都使用H2O2作為滅菌劑[3]。

另一個實例是用于粉針劑生產(chǎn)的凍干機(jī)在線滅菌。 由于1998版GMP對凍干機(jī)并不強(qiáng)求在線滅菌，以致目前國內(nèi)在用凍干機(jī)只有10%配置了在線蒸汽滅菌（SIP）系統(tǒng)。隨著新版GMP的實施，大量的凍干機(jī)面臨無菌改造的壓力。增設(shè)過氧化氫滅菌裝置已成為僅次于增配濕熱蒸汽滅菌的選擇，并可作為后者的替代方式。

據(jù)此推論，該滅菌系統(tǒng)可作為中國新版GMP認(rèn)證專家沒有爭議和認(rèn)可的冷滅菌方式，隨著新版GMP的頒布執(zhí)行，汽化過氧化氫低溫滅菌系統(tǒng)將在GMP 生物制品的無菌轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)揮重要作用[4]。

3 主流過氧化氫滅菌技術(shù)

目前國外過氧化氫滅菌技術(shù)可分為兩大陣營，分別為以英國Bioquell（倍爾科）為代表的濕法HPV （Hydrogen Peroxide Vapour）滅菌，以及美國Steris（斯泰瑞）的干法VHP （Vaporized Hydrogen Peroxide）滅菌。

3.1 Bioquell HPV技術(shù)

當(dāng)過氧化氫在房間或腔體的表面形成微冷凝時達(dá)到生物消毒，這個階段可以在顯微鏡下看到一個肉眼不可見的亞微米級的過氧化氫薄層，經(jīng)研究證實，這個低溫、無殘留的過程已經(jīng)在蒸汽發(fā)生階段開始?xì)缥⑸?。Bioquell專家認(rèn)為，微冷凝的形成確保形成了微生物殺滅的最佳條件，當(dāng)達(dá)到凝露點(diǎn)時，減少一個對數(shù)級別（1-log）微生物的時間（D值）最短。從滅菌動力學(xué)曲線（見圖1）可以看到，伴隨著微冷凝的形成，生物指示劑數(shù)量曲線從舒緩變得急劇下降。這意味著微生物數(shù)量陡降，滅菌效果顯現(xiàn)。

圖1 Bioquell“微冷凝”滅菌動力學(xué)曲線

Bioquell HPV技術(shù)一般經(jīng)過以下過程：

（1）實現(xiàn)環(huán)境條件（Conditioning），取得40%左右的相對濕度和溫度；

（2）進(jìn)汽（Gassing），不斷提升過氧化氫濃度；

（3）進(jìn)氣維持（Gassing Dwell），保持濃度，維持一定時間用以滅菌；

（4）通風(fēng)（Aeration），從腔體內(nèi)移除過氧化氫。

從圖2中可見，腔體內(nèi)汽化過氧化氫濃度需達(dá)到環(huán)境溫度和壓力下的冷凝點(diǎn)（露點(diǎn)），此時產(chǎn)生微冷凝，在此條件下，生物凈化過程得以展開和維持。

3.2 Steris VHP技術(shù)

美國Steris公司于1980年代末最早發(fā)現(xiàn)低濃度氣態(tài)過氧化氫滅菌的效用，是過氧化氫滅菌技術(shù)的創(chuàng)始者。1990年汽化過氧化氫正式通過美國EPA（美國國家環(huán)境保護(hù)局）批準(zhǔn)，作為滅菌劑。Steris通過實驗證明汽化過氧化氫，750 ～2000ppm 濃度的汽化雙氧水滅菌效果等同于300000ppm濃度的液態(tài)雙氧水，因此氣態(tài)過氧化氫具有更好的除菌效果。

圖2 Bioquell“微冷凝”凈化周期示意圖

Steris VHP技術(shù)一般經(jīng)過以下過程：

（1）除濕（Dehumidification），降低腔體內(nèi)濕度，并提升溫度。

（2）實現(xiàn)環(huán)境條件（Conditioning），不斷提升過氧化氫濃度。

（3）凈化（Decontamination），保持濃度，維持一定時間用以滅菌。

（4）通風(fēng)（Aeration），從腔體內(nèi)移除過氧化氫。

如圖3所示，干法冷凝的要點(diǎn)是將過氧化氫濃度控制在實際環(huán)境溫度和壓力條件所對應(yīng)的過氧化氫冷凝點(diǎn)（露點(diǎn)）以內(nèi)，此時過氧化氫維持在較高濃度的氣體狀態(tài)，在此條件下，生物凈化過程得以展開和維持。

圖3 Steris 干汽化凈化周期示意圖

Bioquell HPV和Steris VHP在生物制藥、科研和醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)中均得到廣泛應(yīng)用。盡管兩者宣稱的技術(shù)不同，但都是有效可行的[5]。

Bioquell HPV和Steris VHP的主要優(yōu)缺點(diǎn)對比經(jīng)整理后列于下表：

表2 Bioquell HPV和Steris VHP的主要技術(shù)對比

上述綜合比較是相對的，在不同應(yīng)用場合中可能會有增減出入，因而可針對不同的應(yīng)用場合進(jìn)行選用。

以下是筆者最近參加項目中的一些應(yīng)用案例，供同行交流。

為了切實保障鋼混凝土疊合梁模板支架施工的質(zhì)量和安全，除了上述基本的施工要求外，施工現(xiàn)場還要力求做好以下幾點(diǎn)。

4 應(yīng)用實例

在某著名外資制藥集團(tuán)研發(fā)中心的動物設(shè)施配置中，其SPF動物房設(shè)施采用大面積層流罩作為屏障系統(tǒng)，使用四類籠具，而非IVC（獨(dú)立通風(fēng)籠具）方式。在屏障系統(tǒng)的定義方面，國內(nèi)的實驗動物標(biāo)準(zhǔn)較國外標(biāo)準(zhǔn)如AAALAC（國際實驗動物評估和認(rèn)可委員會）等有著更嚴(yán)格的無菌要求，但由于該研發(fā)中心所用籠具在使用環(huán)境下并不具備單獨(dú)的空氣過濾裝置，因此對籠具和籠車均要求進(jìn)行徹底的消毒滅菌處理，以確保無菌。

在設(shè)計和采購過程中，通過多方探討和比較，最終選擇了在籠車、籠具及籠底等設(shè)施清洗后隨即在同一清洗機(jī)腔體內(nèi)直接進(jìn)行汽化過氧化氫滅菌的方案。該方案在國內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有任何先例，即使在國外也沒有定型的產(chǎn)品。

目前的過氧化氫生成和循環(huán)裝置大多為可移動式，可以與被滅菌設(shè)備腔體或房間通過具有高密閉性的金屬軟管連接，并提供體外循環(huán)，在這個方面，實際上已經(jīng)具備充分的應(yīng)用靈活性和兼容性。

在籠架清洗機(jī)方面，以往多數(shù)廠商的清洗機(jī)設(shè)備本身不配套熱壓縮空氣干燥功能。清洗完的籠架或籠具從腔體取出置于滴干區(qū)放置。不過隨著技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在的部分進(jìn)口設(shè)備已能提供霧化噴頭和壓縮空氣循環(huán)干燥單元，不過這兩項均為可選項。因此，在清洗機(jī)結(jié)構(gòu)方面，實際上也提供了實現(xiàn)集成的基本條件和可能性。

基于上述條件，在廠商外方技術(shù)人員的支持下，這樣的集成得以順利實現(xiàn)。

在我們的應(yīng)用中，集成了過氧化氫滅菌系統(tǒng)的籠架清洗機(jī)如圖4所示。在外表看來與普通的籠架清洗機(jī)并無二致，外置式過氧化氫發(fā)生裝置提供預(yù)熱、汽化和除濕作用，具有完整易用的控制系統(tǒng)和觸摸屏界面。該裝置可以是可移動的，也可以為固定式，通過連接軟管和接頭與設(shè)備相連。這也是過氧化氫滅菌的常見配置方式。

實際應(yīng)用所選擇的是干汽化工藝。先經(jīng)過壓縮空氣對腔體進(jìn)行循環(huán)除濕，然后進(jìn)過氧化氫，通過循環(huán)和進(jìn)一步除濕以到達(dá)預(yù)定過氧化氫濃度，在此濃度下維持一定時間進(jìn)行凈化滅菌，最后是通風(fēng)排放。

在腔體內(nèi)部的適當(dāng)部位配設(shè)噴嘴，使汽化過氧化氫得以高效擴(kuò)散和分布?？蓞⒖紙D5。

在滅菌后的過氧化氫催化降解方面，可通過在設(shè)備內(nèi)部集成過氧化氫的催化降解裝置，使殘留的過氧化氫氣體得以降解并可在室內(nèi)排放。圖6所示的排氣過程示意圖應(yīng)用于我們的解決方案，但此圖僅供參考。

圖4 集成H2O2滅菌系統(tǒng)的籠架清洗機(jī)

圖5 H2O2的噴霧汽化

對市場上的大多數(shù)清洗機(jī)供應(yīng)商來說，要確保過氧化氫滅菌系統(tǒng)和清洗機(jī)本身的無縫集成并非易事。誠然，不管是Bioquell還是Steris的過氧化氫發(fā)生器都具有很好的配套靈活性，因此在清洗機(jī)內(nèi)部配設(shè)噴霧頭相對來說比較容易實現(xiàn)。但對于接觸到過氧化氫的材質(zhì)，以及清洗機(jī)腔體本身的氣密性則需要嚴(yán)格保證。采用316L不銹鋼作為腔體材質(zhì)，將可以降低材質(zhì)方面的風(fēng)險。

對于在設(shè)備上排氣單元中配設(shè)催化分解裝置，由于受到設(shè)備結(jié)構(gòu)的限制，往往無法輕易實現(xiàn)。如果限于條件無法經(jīng)降解而直接排放，則建議最好是外置風(fēng)機(jī)并排出屋面上方一定高度，以符合相關(guān)環(huán)保規(guī)范的要求。此排放空氣管路的材質(zhì)也需要優(yōu)選，以避免殘留的濕過氧化氫對管壁產(chǎn)生潛在的腐蝕，造成隱患。

對于籠架清洗機(jī)來說，其主要的職能還是針對動物房籠具和籠車的清洗。但是反過來看，如果在需要單獨(dú)的清洗機(jī)，再配套單獨(dú)的滅菌設(shè)備腔體，由此在投資方面，以及占用空間方面都可能成為問題。

圖6 集成化的H2O2催化降解單元

在消毒滅菌后，需經(jīng)過一段預(yù)定時間的排放處理?；诎踩紤]，操作工可通過設(shè)備人機(jī)界面查看腔體內(nèi)過氧化氫濃度是否已達(dá)到1 ppm這一安全指標(biāo)以內(nèi)，也可以通過設(shè)備商提供的手持式過氧化氫探測器直接檢查。在確保腔體內(nèi)達(dá)到安全濃度后，方可打開艙門。由于此前已進(jìn)行空氣干燥循環(huán)，以及排氣階段，籠車或者籠具已處于干燥狀態(tài)，可直接進(jìn)入潔凈工作間存放。

清洗加滅菌的時間是一個值得注意的問題是。當(dāng)今的籠架/籠具清洗時間往往很快，一般每一批籠具放入腔體后，所有清洗操作在十幾分鐘時間內(nèi)可全部完成。在引入滅菌選項后無形中增加了2～3 h的初始化、滅菌及氣體排放的用時。當(dāng)然，如果能合理安排洗消批次，甚至可以考慮把滅菌過程在過夜時自動完成，則此矛盾顯得不是很明顯。

通過在籠架清洗機(jī)中增加過氧化氫消毒滅菌這一功能配置選項，無疑提升了該款籠架清洗機(jī)的價值和競爭力。從洗消工藝的高效性和清洗設(shè)備功能的高集成性方面，該應(yīng)用具有一定的優(yōu)勢和先進(jìn)性。

5 結(jié)束語

以上在論述過氧化氫滅菌主流技術(shù)的基礎(chǔ)上，對在動物房設(shè)施籠具進(jìn)行過氧化氫滅菌的案例進(jìn)行了詳細(xì)的介紹?；趪鴥?nèi)屏障系統(tǒng)對非IVC籠具的無菌要求，實現(xiàn)了在籠具清洗后隨即在同一腔體內(nèi)通入過氧化氫進(jìn)行快速滅菌的解決方案。相信在國內(nèi)的動物實驗中心設(shè)施建設(shè)中會有一定的適用性和參考價值。

[1] 國家食品藥品監(jiān)督管理局藥品審評中心.注射劑無菌保證工藝研究及評價的原則要求.無菌工藝驗證文獻(xiàn).2007，(8):14.

[2] 丁曉玥，梁 毅. 國外汽化過氧化氫（VHP）低溫滅菌系統(tǒng)的最新動態(tài)觀察與探討[J].機(jī)電信息，2010，26(9):45-50.

[3] 史 云.汽化過氧化氫（VHP）常溫滅菌系統(tǒng)的應(yīng)用探討[J].醫(yī)藥工程設(shè)計，2011，32(3):12-14.

[4] 東富龍網(wǎng)站http://www.tofflon.com/p31.html.

[5] Comparing and Contrasting - Barrier Isolator Decontamination Systems, by Jim Fisher and Ross A. Caputo, Pharmaceutical Technology Magazine November 2004, page 68.