医疗器械灭菌过程安全性能测试的灭菌效果确认

医疗器械灭菌效果确认是保障产品无菌性的核心环节，直接关联患者使用安全。它并非单次灭菌后的产品抽检，而是通过系统性测试与验证，确认灭菌过程在正常运行、参数波动及产品变更时，仍能持续达到“杀灭一切微生物（包括芽孢）”的目标。作为连接灭菌工艺开发与规模化生产的关键步骤，其科学性与严谨性直接决定了灭菌过程的可靠性——毕竟，一旦灭菌失效，哪怕万分之一的微生物残留，都可能导致术后感染等严重后果。

灭菌效果确认的核心定义与边界

很多人会将“灭菌效果确认”等同于“灭菌后产品无菌检测”，但两者有本质区别：后者是对单个或批次产品的“结果检验”，而前者是对“灭菌过程本身”的“能力验证”。简单来说，灭菌效果确认要回答的问题是：“这个灭菌工艺，在未来的每一次运行中，都能让所有产品达到无菌要求吗？”

具体而言，它包含三个关键要素：一是“挑战性”——要模拟灭菌过程中最不利的条件（比如产品堆叠最密、温度分布最差的位置）；二是“系统性”——覆盖灭菌前（生物负载监测）、灭菌中（工艺参数记录）、灭菌后（BI复苏、产品无菌测试）全流程；三是“可追溯性”——所有测试数据、参数记录、验证报告都要留存至少产品保质期加一年，满足法规追溯要求。

举个例子：某输液器生产企业用环氧乙烷灭菌，其灭菌效果确认不仅要测某一批输液器的无菌性，还要验证：当灭菌器内负载从50%增加到100%时，EO气体能否穿透到每一个输液器的内腔；当灭菌温度从55℃波动到60℃时，BI的杀灭率是否仍能达到10⁶以上；当EO浓度从600mg/L降到500mg/L时，残留量是否仍符合GB 18279的要求。这些“边界条件”的测试，才是灭菌效果确认的核心。

还要区分“初始确认”和“再确认”：初始确认是新产品或新灭菌工艺上线前的验证，再确认是当灭菌器维护、产品材质变更、生产场地搬迁等“可能影响灭菌效果”的情况发生时，重新进行的确认——比如某企业将输液器的材质从PVC换成PP，由于PP的EO吸附性更强，必须重新验证EO残留量是否符合要求，这就是再确认的必要性。

法规驱动下的灭菌效果确认要求

灭菌效果确认的每一步都要紧扣法规要求，不同灭菌方法对应不同的标准体系。比如湿热灭菌（蒸汽灭菌）遵循ISO 11134《医疗保健产品灭菌 湿热灭菌 过程确认的指南》和GB 18278《医疗保健产品灭菌 湿热灭菌 过程确认的要求》；环氧乙烷（EO）灭菌遵循ISO 11135《医疗保健产品灭菌 环氧乙烷 过程确认的要求》和GB 18279《医疗保健产品灭菌 环氧乙烷 残留量限值及检验方法》；辐照灭菌（γ射线、电子束）遵循ISO 11137《医疗保健产品灭菌 辐射 过程确认的要求》。

以ISO 11135为例，它要求EO灭菌效果确认必须包含“工艺开发”“安装确认（IQ）”“运行确认（OQ）”“性能确认（PQ）”四个阶段：IQ验证灭菌器的安装符合设计要求（比如EO注入系统是否密封）；OQ验证灭菌器在规定参数范围内能稳定运行（比如温度波动≤±1℃）；PQ则是用实际产品或模拟负载，验证灭菌过程能达到预期效果（比如BI的杀灭率≥10⁶）。

再比如ISO 11137针对辐照灭菌，要求确认“剂量分布均匀性”——即灭菌箱内不同位置的辐照剂量差异不超过±5%，否则会出现“有的产品剂量不够（灭菌失败），有的产品剂量过高（材质老化）”的问题。这就是为什么辐照灭菌效果确认中，必须在灭菌箱内布放至少10个剂量计（比如聚乙烯膜剂量计），覆盖四角、中心等关键位置。

国内法规方面，GB 9706.1-2020《医用电气设备 第1部分：基本安全和基本性能的通用要求》也明确：“灭菌后的医用电气设备，其灭菌效果必须经过确认，且确认记录应留存至设备报废。”这意味着，即使是小型医用设备（比如电动吸引器的外壳），只要经过灭菌，就必须做效果确认。

不同灭菌方法的针对性测试重点

灭菌方法不同，灭菌效果确认的测试重点也不同，核心是“针对灭菌因子的作用机制设计测试”。比如湿热灭菌（121℃、15min）的杀菌机制是“蛋白质变性”，所以测试重点是“温度的均匀性”和“时间的有效性”——用F0值（标准灭菌时间）来量化：当F0≥8时，说明该灭菌过程相当于在121℃下灭菌8分钟，能杀灭所有芽孢。因此，湿热灭菌效果确认中，必须在灭菌器内布放多个温度探头，记录每个位置的温度-时间曲线，计算F0值是否符合要求。

环氧乙烷灭菌的机制是“烷基化作用破坏微生物DNA”，受温度、湿度、EO浓度三个参数影响。因此，其效果确认要测三个关键点：一是“湿度控制”——EO在湿度≥30%时才能有效作用，所以要验证灭菌前产品的含水率是否在10%-15%之间；二是“EO浓度分布”——用气体采样器测试灭菌箱内不同位置的EO浓度，差异不超过±10%；三是“EO残留”——按照GB 18279，EO残留量≤10μg/g，所以要测产品中的EO残留，比如用气相色谱法检测输液器内表面的EO含量。

辐照灭菌（γ射线或电子束）的机制是“电离辐射破坏微生物DNA”，测试重点是“剂量分布”和“产品相容性”。剂量分布测试要保证灭菌箱内所有位置的剂量在“最低有效剂量”（比如25kGy）和“最高允许剂量”（比如40kGy）之间——剂量太低杀不死微生物，太高会让产品变脆（比如塑料注射器）。产品相容性测试则要验证：辐照后的产品是否仍符合性能要求（比如注射器的针管韧性是否下降）。

干热灭菌（160℃、2h）的机制是“氧化作用破坏微生物细胞结构”，测试重点是“温度的稳定性”——因为干热灭菌的温度波动会直接影响杀菌效果，比如温度降到150℃，灭菌时间要延长到3h才能达到同样效果。因此，干热灭菌效果确认中，必须用铂电阻温度探头（精度±0.1℃）记录整个灭菌过程的温度变化，确保温度波动≤±2℃。

生物指示剂：灭菌效果的“黄金标准”

生物指示剂（BI）是灭菌效果确认中最常用的“挑战工具”，它是含有已知抗力微生物芽孢的载体（比如滤纸、玻璃管），其抗力要“高于产品的自然生物负载”——简单来说，如果BI都被杀死了，说明产品上的微生物肯定被杀死了。

选择BI的关键是“匹配灭菌方法”：湿热灭菌用“嗜热脂肪芽孢杆菌（ATCC 7953）”，其芽孢在121℃下的D值（杀灭90%芽孢所需时间）约为1.5min，抗力高于大部分产品的生物负载；环氧乙烷灭菌用“枯草芽孢杆菌黑色变种（ATCC 9372）”，其D值（杀灭90%芽孢所需EO浓度×时间）约为2.5mg·h/L；辐照灭菌用“短小芽孢杆菌（ATCC 27142）”，其D值（杀灭90%芽孢所需剂量）约为3kGy。

使用BI时要注意三点：一是“复苏条件”——比如嗜热脂肪芽孢杆菌需要在55℃下培养48小时，若复苏温度不对，会导致“假阴性”（其实BI没被杀死，但没复苏出来）；二是“布放位置”——要放在灭菌器内最难灭菌的位置（比如灭菌箱的角落、产品堆叠的最底层）；三是“阳性对照”——每次测试都要留一支未灭菌的BI做对照，确保复苏方法有效。

举个例子：某企业用湿热灭菌器灭菌手术包，BI布放在手术包的中心位置（最难达到温度的地方）。灭菌后，将BI放入55℃培养箱，48小时后观察：若BI的培养基不变色（阴性），说明灭菌有效；若变色（阳性），则要追溯原因——是温度没达到121℃？还是时间不够？或者BI本身有问题？

物理化学监测：实时补充生物监测的延迟性

生物监测（BI）是灭菌效果的“最终验证”，但需要48-72小时才能出结果，无法实时判断该批次产品是否合格。而物理化学监测能解决这个问题——它们是“实时的、直观的”监测手段，能快速判断灭菌过程是否符合参数要求。

物理监测主要用“传感器”：比如温度探头（测灭菌器内的温度）、压力传感器（测湿热灭菌的内压力，121℃对应的压力是103kPa）、剂量计（测辐照灭菌的剂量）。这些传感器的数据会实时传输到灭菌器的控制系统，若参数超出范围，系统会自动报警——比如湿热灭菌时温度降到118℃，系统会立即停止灭菌，避免生产出不合格产品。

化学监测主要用“化学指示物（CI）”：比如化学指示卡（含热敏染料，121℃下15min会从黄色变黑色）、化学指示带（贴在产品包装上，经过灭菌后会显示“已灭菌”字样）、过程指示物（放在PCD内，模拟产品的灭菌条件）。化学指示物的优点是“快速”——灭菌结束后，打开包装看化学指示卡的颜色，就能知道该产品是否经过灭菌，以及灭菌参数是否符合要求。

需要注意的是，化学监测不能代替生物监测——比如化学指示卡变黑只能说明该产品经过了121℃、15min的处理，但不能证明“所有微生物都被杀死了”。而生物监测能直接证明这一点，所以两者要结合使用。比如某医院的供应室，每包器械都放化学指示卡和BI：灭菌后先看指示卡，变黑的才能进入无菌储存区；等BI结果出来后，再最终确认该批次是否合格。

过程挑战装置：模拟最不利灭菌条件

过程挑战装置（PCD）是灭菌效果确认中“模拟最差情况”的工具，它的设计目标是“再现产品灭菌时的最难灭菌位置”。比如管腔类产品（比如腹腔镜的细长管腔），其最难灭菌的位置是管腔的末端——因为灭菌因子（比如EO气体、蒸汽）很难穿透到细长的管腔内。因此，PCD要模拟这个位置：用和产品相同材质、相同长度的管腔，里面放BI和化学指示物。

PCD的设计要遵循三个原则：一是“相关性”——PCD的材质、尺寸、结构要和产品一致，比如模拟腹腔镜的PCD要用不锈钢管，长度和腹腔镜的管腔一样（比如30cm），内径一样（比如5mm）；二是“挑战性”——PCD的灭菌难度要“等于或高于”产品的灭菌难度，比如管腔类PCD的长度可以比产品长5cm，增加灭菌难度；三是“可重复性”——PCD的制作要标准化，每次使用的PCD都要一样，这样测试结果才有可比性。

举个例子：某企业生产的“一次性使用腹腔镜穿刺器”，其管腔长度是25cm，内径4mm。为了设计PCD，他们用同样材质的不锈钢管，长度30cm，内径4mm，里面放一支BI（枯草芽孢杆菌黑色变种）和一张化学指示卡。灭菌时，将PCD放在灭菌箱的角落（最难灭菌的位置）。灭菌后，若PCD内的BI呈阴性、化学指示卡变黑，说明即使是比产品更长的管腔，灭菌过程也能有效，那么产品的灭菌效果肯定没问题。

PCD的另一个作用是“验证灭菌工艺的变更”——比如当企业将穿刺器的管腔长度从25cm增加到30cm时，只要用新的PCD（35cm长）做测试，若结果合格，说明灭菌工艺可以覆盖新的产品尺寸，不需要重新做全套的性能确认。

日常运行中的效果维持：周期性与变更控制

灭菌效果确认不是“一劳永逸”的——即使初始确认通过了，日常运行中也要定期验证，确保灭菌过程持续有效。这种“维持验证”主要包括两种情况：周期性再确认和变更后再确认。

周期性再确认的周期根据灭菌方法而定：比如湿热灭菌器每半年做一次再确认，环氧乙烷灭菌器每一年做一次，辐照灭菌器每两年做一次。再确认的内容包括：重新测试温度分布（湿热）、EO浓度分布（EO）、剂量分布（辐照），以及BI的杀灭率。比如湿热灭菌器的周期性再确认，要布放10个温度探头，记录每个位置的F0值，确保所有位置的F0≥8。

变更后再确认是当“影响灭菌效果的因素发生变化”时进行的：比如更换灭菌器的循环泵（影响EO气体的分布）、变更产品的包装材料（比如从纸塑袋换成铝箔袋，影响蒸汽的穿透）、调整灭菌工艺参数（比如将EO灭菌的温度从55℃升到60℃）。这些变更都可能影响灭菌效果，因此必须重新做确认。

举个例子：某企业用环氧乙烷灭菌器灭菌注射器，原来的包装材料是纸塑袋，后来换成了更环保的无纺布。更换后，他们发现EO气体的穿透时间从30min增加到了45min——这时候就必须做变更后再确认：用新的包装材料做PQ，验证EO浓度分布是否均匀，BI的杀灭率是否≥10⁶，EO残留是否符合要求。如果确认通过，才能用新的包装材料生产；如果没通过，要么调整灭菌参数（比如延长EO注入时间），要么换回原来的包装材料。