关于环氧乙烷灭菌后的残留分析
发布时间：2022-03-19 11:27:36
医疗器械是临床活动的载体，通过与人体直接或间接接触，实现其医疗用途。许多医疗器械在临床使用前必须经过灭菌才能保证安全性，灭菌的过程直接影响到人体生命安全。因此，对器械进行灭菌是非常重要的环节。
目前，环氧乙烷灭菌是医疗器械使用前的灭菌控制环节最常用的方式。环氧乙烷作为气体灭菌已经得到全世界的认可，随着工业化的发展，被普遍应用于，不耐高温高压高湿度的医疗器械灭菌。但是环氧乙烷灭菌也存在一定的缺点，特别是灭菌后的残留物是对相关使用或操作人员的重大威胁，对粘膜组织损伤严重，可引起细胞畸变和癌变。常见的残留物包括环氧乙烷、2-氯乙醇、乙二醇。因此了解环氧乙烷生产过程、灭菌特性、检测方法等才能更好地分析其灭菌后的相关残留物，进而对残留物开展相关评价及控制，保障使用经环氧乙烷灭菌的医疗器械的患者、医护人员的健康。
一般情况下，采用环氧乙烷灭菌的医疗器械应当对灭菌后相关残留物进行分析评价，因为残留量的多少与接触医疗器械的相关人员的健康息息相关。环氧乙烷是一种中枢神经抑制剂。若与皮肤接触迅速发生红肿，数小时后起泡，反复接触可致敏。液体溅入眼内，可致角膜灼伤。若长期少量接触，可见有神经衰弱综合症和植物神经功能紊乱。有报道表明，大鼠急性口服LD50为330 mg/kg，环氧乙烷可使小鼠骨髓染色体的畸变率提高[7]。有报道，环氧乙烷接触的工作人员致癌率和死亡率较高。2-氯乙醇若与皮肤接触，可出现皮肤红斑；可经皮吸收引起中毒；口服可致死；若慢性长期接触有可能对中枢神经系统、心血管系统、肺造成损伤。国内外对于乙二醇的研究结果一致认为其本身毒性较低。其在体内代谢过程与乙醇相同，经过乙醇脱氢酶及乙醛脱氢酶的代谢，主要产物为乙醛酸、草酸和乳酸，毒性较高。因此多项标准中均对相关残留物有具体要求。
GB/T 16886.7—2015《医疗器械生物学评价第7部分：环氧乙烷灭菌残留量》YY0290.8—2008《眼科光学 人工晶状体 第8部分：基本要求》等标准中对环氧乙烷、2-氯乙醇的残留量的限值有详细规定。GB/T 16886.7—2015中明确表示，当使用环氧乙烷灭菌的医疗器械中存在2-氯乙醇时，2-氯乙醇的最大允许残留量也有明确限值。因此，要从环氧乙烷的生产、运输、存储环节，医疗器械的生产环节、灭菌环节来综合分析残留物的产生。
医疗器械产品中 EO 及其他产物的残留量直接影响着使用者的身体健康，影响残留量的因素包括：灭菌产品材料、灭菌参数、包装材料、大小、装载量、解析参数等。同样材料，越厚越难排出残留，表面积越大，越易排出残留。聚合物密度也影响 EO 吸收和排出，密度越大吸收较低，但结合较紧不易排出；而密度低则吸收较多，排出较容易。不同类型材料需要解析时间各异，金属和玻璃完全不吸收EO，一般可立即直接使用，吸附较多的物品如聚氯乙烯和橡胶则需较长的解析时间。经相关同行研究对比，材料解析难度可参考下图：
EO 灭菌包装中的问题也是比较显著的，不同的包装材料对 EO 及其残留物的透过或扩散能力有显著差异，也会影响 ECH 的残留量。纸质包装由于纸本身透气性好，又容易处理，所以国内外一些企业对一次性使用的医疗器械普遍采用纸质包装或者硬质塑料和纸的组合包装，这样对于 EO 灭菌后的产品比较容易控制其 EO 残留量。但是由于纸质包装成本相对比较贵，故国内目前部分企业仍采用塑料包装，而塑料包装解析 EO 需要很长一段时间的放置，才能将 EO 解析到规定残留量。铝箔包装对 EO 的挥发不很充分，即使长时间放置 EO 残留量依然过高。所用气体种类，真空深度，作用浓度，作用时间，清洗次数等都会对残留产生影响。
影响解析效果的因素有温度、强制气体循环、时间、装载方式等。对于解析，目前部分企业还在使用自然通风法，但其未考虑到 EO 对环境造成的污染及对人员的安全防护，且自然解析的条件为非固定，故解析时间长短也并不一致，验证难度较高。安全的解析方法一般采用 EO 双循环灭菌设备（解析可以在 EO灭菌柜内进行），或灭菌后将产品放入专门的通风柜或者具有温度及换气次数控制的强制解析间内继续解析。
一般情况下采用 EO 灭菌的医疗器械需对 EO、ECH（若有）的残留量进行检测，若被灭菌的医疗器械材料可以释放氯离子，其产生 ECH 的浓度将会增大，或不易清除。例如创口贴经环氧乙烷灭菌，解析 72h 后，EO 清除率都达到 99%，基本完全清除；但 2–氯乙醇清除缓慢，2–氯乙醇经 72h 的解析后，还有至少 32% 的残留。EO、ECH 的残留量在GBT16886.7-2015《医疗器械生物学评价第 7 部分：环氧乙烷灭菌残留量》中有明确的规定。但目前部分企业未对产品中 ECH 进行检测，甚至包括材料可以释放氯离子的产品，原因是对产品原料及灭菌方法的原理不了解。其实在产品的设计开发阶段就应考虑到产品经过 EO 灭菌后是否会产生 ECH，并考虑到在批量生产时是否需要对 ECH 进行检测。 EO在酸性条件下水解生成乙二醇，乙二醇经高碘酸氧化生成甲醛，甲醛与品红－亚硫酸试液反应生成产生紫红色化合物，通过比色分析法可求得EO含量。测定时，取乙二醇标准品适量，制成一定浓度的标准溶液。精密量取不同体积的乙二醇标准溶液配制成不同浓度的标准品供试液，测定吸光度。根据不同体积的标准溶液对应的吸光度值，绘制吸光度－体积标准曲线。取样品适量，配制成样品供试液，同法测定吸光度，以测得的吸光度从标准曲线上查得相应的标准溶液的体积。根据公式，计算出EO残留量。 气相色谱法系采用气体为流动相（载气）流经装有填充剂的色谱柱进行分离测定的色谱方法。物质或其衍生物气化后，被载气带入色谱柱进行分离，各组分先后进入检测器，用记录仪、积分仪或数据处理系统记录色谱信号。 气相色谱仪由载气源、进样部分、色谱柱、柱温箱、检测器和数据处理系统组成。进样部分、色谱柱和检测器的温度均在控制状态。在一定温度下，用萃取剂－水萃取样品中所含EO，用顶空气相色谱法测定EO含量。 测定时，取EO标准品适量，制成六个浓度的标准溶液，各取10ml，制备六个浓度的标准品试样。当标准品试样达到气液平衡时，不同浓度的液体对应于不同浓度的气体，取平衡后的气体，注入进样器，记录EO的峰高（或面积）。根据不同浓度的标准溶液对应的峰高（或面积），绘制峰高（或面积）－浓度标准曲线。取样品适量，配制成样品试样，同法测定峰高（或面积），以测得的峰高（或面积）从标准曲线上查得相应的标准溶液的浓度。根据公式，计算出EO留量。
虽然比色法测定 EO 残留量时所需仪器简单，操作方便，但其分析条件如温度等对结果影响较大，并且在测定敷料、敷贴等医疗器械的 EO 残留量时，比色分析法的结果差异显著大于气相色谱法。例如未经 EO 灭菌的敷贴，其 560nm波长处的吸收度仍然很高。因此在测定敷料、敷贴类医疗器械 EO 残留量时，只能考虑选择气相色谱法而不可选择比色法。
经 EO 灭菌的产品放行时应考虑到 EO 残留量，放行可以选择常规放行（无扩散曲线放行法）和扩散曲线放行法。常规放行是对 EO 及 ECH（若有）检测符合规定要求后放行。扩散曲线放行，首先需要对固定条件下的通风、温度等条件的变化进行数据采集和分析，根据一级动力学原理，绘制扩散曲线，根据扩散曲线数据进行放行。目前绝大多数企业采用无扩散曲线放行法，此法相对简单易行。