灭菌设备

第七章灭菌设备第一节概述临床上要求疗效确切、使用安全的药物制剂，尤其是注射剂和直接用于黏膜、创面的药剂必须保证灭菌或无菌。灭菌是保证用药安全的必要条件，是制药生产中的一项中药操作。无菌指物体或一定介质中没有任何活的微生物存在，即无论用任何方法（或通过任何途径）都鉴定不出活的微生物体来。灭菌应用物理或化学等方法将物体上或介质中所有的微生物及其芽孢（包括致病的和非致病的微生物)全部杀死，即获得无菌状态的总过程。所使用的方法称为灭菌法。消毒以物理或化学方法杀灭和物体上或介质中的病原微生物。防腐用物理或化学方法防止或抑制微生物生长繁殖。热原的相关介绍能够致热的微生物的尸体及其代谢产物，即细菌的一种内毒素。细菌、霉菌、病毒均可产生热原。热原最主要特性为耐热性，其为由磷脂、脂多糖和蛋白质所组成的复合物，存在于细菌的细胞和固体膜之间。脂多糖是内毒素的主要成分，具很强的热原活性。热原分子量为10×105左右。热原具耐热性、滤过性、水溶性、不挥发性。当热原被输入人体后，约0.5h后，使人发冷寒战、高热、出汗、恶心、呕吐、昏迷甚至危及生命，可于注射剂灭菌时根据其特性彻底破坏热原。无菌操作法指在整个操作过程中利用和控制一定条件，尽量使产品避免微生物污染的一种操作方法。无菌操作所用的一切用具，辅助材料、药物、溶媒、赋形剂以及环境等均必须事先灭菌，操作在无菌操作室进行。中国《药品生产质量管理规范》，对灭菌设备的规定是：灭菌柜应具有自动检测、记录装置，其能力应与生产批量相适应等具体的一些要求，对产品（包括最终容器及包装）而言，选择何种灭菌方法和灭菌设备必须经验证合格方可使用。正确选择灭菌设备对保证灭菌产品的质量就显得尤为重要灭菌法是指用热力或其他适宜方法将物体或介质一切存活的微生物杀死或除去的方法。灭菌法是制药生产的一项重要操作。尤其对灭菌制剂、敷料和缝合线等。生产过程中的灭菌是保证安全用药的必要条件。灭菌的目的：既要杀死或除去药剂中的微生物，又要保证在灭菌过程中药物的理化性质和治疗作用不受任何影响。灭菌方法的选择必须结合药物的性质全面考虑。灭菌方法基本分为三大类：物理灭菌法（干热灭菌法、湿热灭菌法、射线灭菌法、滤过灭菌法）、化学灭菌法（气体灭菌法、化学灭菌剂灭菌法等）和无菌操作法。物理灭菌法最常用。D值微生物的耐热系数，是指在一定温度下，将90%微生物杀菌所需的时间，以分钟表示。D值越大，该温度下微生物的耐热性就越强，在灭菌中就越难杀灭。对某一种微生物而言，在其他条件保持不变的情况下，D值随灭菌温度的变化而变化，灭菌温度升高时，杀灭90%的微生物所需的时间越短。Z值灭菌温度系数，指降低一个lgD所需的温度数。在一定温度范围内（100~138℃）与温度T呈直线关系。Z=（T1-T2）/（lgD2-lgD1）用来定量描述微生物对灭菌温度变化的“敏感度”。Z值越大，微生物对温度变化的“敏感性”越弱。一般Z值取10℃FT值与F0值FT值是指在一个给定Z值下，灭菌程序在温度T下的等效灭菌时间，以分钟表示。F0是一定灭菌温度下Z为10℃所产生的灭菌效果与121时Z为10℃所产生的灭菌效果效果相同时所相当的时间。灭菌率L指在某温度下灭菌1min所相应的标准灭菌时间。即F0与FT的比值。无菌保证值为灭菌产品经灭菌后微生物残存概率的负对数值，表示物品被灭菌后的无菌状态。国际标准规定，灭菌后的微生物存活概率≤1×10-6灭菌设备的分类1干热灭菌设备产生高温干热空气进行灭菌的设备。原理：加热可破坏蛋白质和核酸中的氢键，故导致核酸破坏，蛋白质变性或凝固，酶失去活性，微生物因而死亡。1）按使用方法分，一种是间歇式，即干热灭菌柜、烘箱等，在整个生产过程中是不连续的，适用于小批量的生产。连续式，隧道式干热灭菌机。整个生产过程是连续进行的，前端与洗瓶机相连，中间有相对独立的三部分组成：预热、干热灭菌、冷却。后端设在无菌作业区。自动化程度高，生产能力强，适用于大规模的生产。按干热灭菌加热原理来分一种是热空气平行流灭菌，即热层流式干热灭菌机。它是将高温热空气经高效空气过滤器过滤，获得洁净度为百级单向流空气，然后直接加热。另一种是红外线加热灭菌，即辐射式干热灭菌，它采用远红外石英管加热，采用辐射的热传递原理，获得百级的垂直平行流空气屏保护，不受污染，可直接灭菌。火焰灭菌法灼烧是最彻底、最简便、最迅速、最可靠的灭菌方法，适宜对不易被火焰损伤的物品、金属、玻璃及瓷器等进行灭菌。灭菌时只需将物品在火焰中加热20s，或将灭菌物品迅速通过火焰3-4次即可。2湿热蒸汽灭菌设备利用高压蒸汽或常压蒸汽进行灭菌的设备。由于蒸汽潜热大，穿透能力强，容易使蛋白质变性或凝固，所以灭菌效率比干热灭菌法高。湿热灭菌设备可分以下几类按蒸汽灭菌方法分：高压蒸汽灭菌器和流通蒸汽灭菌器按灭菌工艺分：高压蒸汽灭菌器快冷式灭菌器、水浴式灭菌器、回转水浴式灭菌器。3射线灭菌设备1）辐射灭菌设备是以放射性同位素γ射线杀菌的设备。将最终产品的容器和包装通过暴露在适宜的放射源（60Co或137Cs）中辐射或在适宜的电子加速器中达到杀灭细菌的辐射器。优点：不升高产品温度，穿透性强，适合于不耐热药物的灭菌。已成功应用于维生素类、抗生素类、激素、肝素、羊肠线、医疗器械以及高分子材料的灭菌。缺点：设备费用高。对某些药品可能产生药效降低，产生毒性物质或发热物质，且溶液不如固体稳定，用时要注意安全防护问题。2）紫外线灭菌设备利用紫外灯管产生的紫外线照射杀灭微生物的设备。灭菌机理是紫外线作用于核酸蛋白质，促使其变性，同时空气受紫外线照射后产生微量的臭氧而起共同杀菌作用。一般用的波长200~300nm，灭菌能力最强的波长是254nm。特点：进行直线传播，可被不同的表面反射，穿透力微弱，但较易穿透清洁空气及纯净水，适用于物体表面的灭菌、无菌室空气的灭菌。不适用于药液的灭菌和固体物质深部的灭菌。装于容器中的药物不能灭菌（玻璃可吸收紫外线）。对人体照射过久会发生皮肤烧伤（15分钟），红斑结膜炎等现象。因此在操作前1~2h灭菌，操作开始应关闭。一般在6~15m3的空间可装置30W的紫外灯一只，灯距地面距离为2.5~3m为宜，室内相对湿度为45~60%，温度为10~55℃，杀菌效果最理想。3）微波灭菌设备利用频率为300MHz带300KHz之间的电磁波杀灭细菌的设备。原理是由于极性分子可强烈吸收微波，在交流电场中，随着电压按高频率交替的交换方向，正负电场的方向每秒钟改变几亿次或几十亿次，极性水分子发生剧烈的旋转振动并发热，由于分子间的摩擦而产生的热能达到灭菌的效果。特点：能穿透到介质的深部，适用于水性注射液的灭菌，有些对高压蒸汽灭菌不稳定的药物（维生素、阿斯匹林）用微波灭菌就比较稳定。已研制成功的微波灭菌设备是利用微波的热效应和非热效应（生物效应）相结合而成的。热效应使细菌体内的蛋白质变性；非热效应干扰细菌正常的生理代谢，破坏细菌生长的条件，起到物理、化学灭菌所没有的特殊作用，并能在低温下达到灭菌的效果（70℃左右）。具有低温、常压、省时（灭菌速度快，2~3min），高效、加热均匀、保质期长、节约能源、不污染环境、操作简单、易维护能优点4滤过除菌设备在无菌操作过程中用于液体或者气体除菌使用的过滤器，机械除菌的方法，适用于对热不稳定的药物溶液、气体、水等灭菌。利用细菌不能通过致密具孔滤材的原理，除去对热不稳定的药品溶液或液体物质中的细菌，从而达到无菌的要求。特点：不需要加热，可避免因过热而破坏分解药物成分滤过不仅将药液中的微生物除去，而且除去微生物的尸体，减少药品中热原的产生。加压、减压都可以，一般在生产中采用加压过滤。5化学灭菌设备某些化学药品直接作用于细菌而将其杀死，同时不损害制品质量的灭菌方法。常用方法有气体灭菌法和化学杀菌剂灭菌法。用于杀灭细菌的化学药品称为杀菌剂，以气体或蒸汽状态杀灭细菌的化学药品称为气体杀菌剂。气体灭菌法是用化学药品的气体或蒸汽对药品或材料进行杀灭细菌的方法。常用的灭菌化学药品为环氧乙烷、戊二醛。环氧乙烷：属中等毒类。气体可经呼吸道吸收，易透过衣服、手套而被皮肤吸收。环氧乙烷的毒性可能由于在体内转化为甲醛或乙二醇，再氧化为草酸，引起细胞机能障碍；或与三甲胺结合形成乙酰胆碱，从而干扰神经系统功能。环氧基是直接烷化剂，无需代谢活化即具有细胞遗传毒性。人吸入180mg/m3出现中毒症状，450mg/m3，60min，可严重中毒。戊二醛对人体组织有中等毒性。对皮肤黏膜有刺激性和致敏作用，空气中最高允许质量浓度为1mg/m3有人指出戊二醛有致畸、致突变作用，可能有致癌作用。常用设备是环氧乙烷灭菌设备。以环氧乙烷的混合气体（环氧乙烷10%，二氧化碳90%，或环氧乙烷12%、氟里昂88%）或环氧乙烷纯气体作为灭菌的设备。操作如下：将待灭菌的物品置于环氧乙烷灭菌器内，用真空泵抽出空气，在真空状态下预热至55~65℃，当真空度达到要求后，输入环氧乙烷混合气体，保持一定的浓度、温度和湿度。灭菌完毕，用真空泵抽出灭菌室中的环氧乙烷，通入水中，生成乙二醇。然后通入无菌空气驱走环氧乙烷。适用于医用高分子材料、医用电子仪器、卫生材料等对湿、热不稳定的药物，还用于灭菌塑料容器、注射器、注射针头、衣服、敷料及器械对环氧乙烷稳定的物品。注意：灭菌后的物品应存放在受控的通风环境中并用适当的办法对灭菌后的残留物质加以监控，以使残留气体环氧乙烷和其他挥发性残渣降至最低限度。第二节湿热灭菌设备物质在灭菌器内利用高温高压的水蒸气或其他热力学灭菌手段杀灭细菌的方法。蒸汽比热容大，穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固，故其灭菌可靠，操作简便、易于控制，具有灭菌效率高，经济实用等特点。是目前制剂生产中应用最广泛的一种灭菌方法。缺点：对湿热敏感药物不适用。湿热灭菌原理：当被灭菌物品置于高温高压的蒸汽介质中时，蒸汽遇冷物品放出潜热，把被灭菌物品加热，温度上升到某一温度时，就有一些沾染在被灭菌物品上的菌体蛋白质和核酸等一部分由氢键连接而成的结构受到破坏，尤其是细菌所依靠、新陈代谢岁必须的蛋白质结构-酶，在高温和湿热条件下失去活性，最后导致微生物灭亡。1湿热灭菌设备1）高压蒸汽灭菌器是应用最早、最普遍的一种灭菌设备。常用的有手提式、卧式、立式热压灭菌器。以蒸汽为灭菌介质，用一定压力的饱和蒸汽，直接通入灭菌柜中，对待灭菌品进行加热，冷凝后的饱和水及过剩的蒸汽由柜体底部排出。用于输液瓶、口服液的灭菌，操作简单方便①升温阶段靠在入口处控制蒸汽阀门，用阀门产生的节流作用来调节进入柜内的蒸汽量和整齐压力，降温时截断蒸汽，随柜冷却至一定温度值才能开启柜门，自然冷却。（为什么？）②空气不能完全排净，传热慢，使柜内温度分布不均匀，存在上下死角温度较低，灭菌不彻底。③降温靠自然冷却，时间长。容易使药液变黄④开启柜门冷却时，温差大，容易引起爆瓶和不安全事故。2）快速冷却灭菌器采用先进的快速冷却技术，设备的温度、时间显示器符合GMP要求，具有灭菌可靠，时间短，节约能源，程序控制先进等优点。广泛用于对瓶装液体、软包装进行消毒和灭菌的设备。基本原理：通过饱和整齐冷凝放出的潜热对玻璃瓶装液体进行灭菌，并通过冷水喷淋冷却、快速降温，灭菌时间、灭菌温度、冷却温度均可调，柜内设有测温探头，可测任意两点灭菌物内部的温度，并由温度计录仪反映出来，全自动三档成粗控制器能按预选灭菌温度、时间、压力自动检测补偿完成升温、灭菌、冷却等全过程。缺点：柜内温度不均匀的问题没有解决，快速冷却还容易爆瓶现象。3）水浴式灭菌器广泛用于安瓿瓶、口服液瓶等制剂的灭菌，还可用于塑料瓶、塑料袋的灭菌，食品行业的灭菌也适用。采用计算机控制，可实现Fo值的自动计算监控灭菌过程，灭菌质量高，先进可靠。采用高温热水直接喷淋方式灭菌，灭菌结素后，又采用冷水间接喷淋进行冷却，既能保证药品温度降至50℃以下，又克服了快速冷却容易引起的爆瓶事故。去离子水