為何使用環氧乙烷(EO)對醫療器械進行滅菌？四種替代滅菌方法是什么？

兩年前，在兩家使用環氧乙烷（也被稱為EtO或EO）對醫療器械進行消毒的工廠關閉后，FDA發現需要加快步伐防止滅菌資源短缺。這一威脅促使FDA在2019年7月對行業發起了兩項挑戰：確定新的滅菌方法和技術；減少EO排放。與此同時，FDA為醫療器械制造商和消毒機構啟動了自愿主檔案試點計劃。

轉眼至2021年，從傷口敷料到支架，環氧乙烷仍是醫療設備滅菌之王。這種可燃無色氣體在這個行業如此流行的原因是，對于許多設備而言，使用環氧乙烷滅菌可能是唯一的方法，可以在過程中有效滅菌且不損壞設備。由某些聚合物（塑料或樹脂）、金屬或玻璃制成的醫療設備，或有多層包裝或難以觸及部位（如導管）的醫療設備，可能會采用環氧乙烷進行滅菌。

問題是，多年來呼吸含有高EtO水平的空氣與某些癌癥的風險增加息息相關，包括白血病（如非霍奇金淋巴瘤、骨髓瘤和淋巴細胞白血病）。還發現它會導致女性乳腺癌。這就是為什么美國環境保護局對排放環氧乙烷的滅菌設施進行監管的原因，目的是保護公眾免遭重大風險。

替代醫療器械滅菌方法

2019年FDA向行業發出了第一個創新挑戰，重點是為醫療設備確定替代滅菌方法，隨后機構收到了大小公司的24份申請。FDA在其中選擇了4名參與者和5種提交方案。

NovaSterilis - 超臨界二氧化碳滅菌(scCO2) 

Noxilizer - 二氧化氮滅菌

STERIS - 基于加速器的輻射滅菌

STERIS - 汽化過氧化氫滅菌

SO3，現為Stryker的一部分 - 汽化過氧化氫滅菌

FDA表示其針對該挑戰制定了大量標準。其中一項主要標準是，該方法或技術應與用于制造醫療設備、包裝材料或無菌屏障的大截面材料兼容。特別關注與EO滅菌兼容的材料、設備和屏障。第二項主要標準是該方法或技術是可擴展的，允許對大量設備展開有效殺菌。

2019年發表在《材料科學與工程》上的一篇論文稱，研究人員已經探索(scCO2)作為醫療設備滅菌的替代方法超過15年。該技術的特點是使用低溫、惰性和無毒介質。換句話說，它被認為比EO滅菌等傳統方法更具侵入性。一項分析得出結論，用scCO2在含0.25%的水、0.15%的雙氧水和0.5%的乙酸酐的溶液中殺菌，成功地滅活了包括細菌孢子內的大量微生物，即使是嵌入在水凝膠PCD和密封在特衛強袋中。研究人員（來自德國德累斯頓工業大學、德國wfk – Cleaning Technology Institute和愛爾蘭國立高威大學）稱，與傳統的醫療器械殺菌方法相比，scCO2對多糖和膠原基生物材料的力學性能的損害更小。

特別是甲基纖維素的流變參數不受scCO2滅菌的影響，而經γ輻照的樣品的粘度顯著降低。由于在體外沒有檢測到添加劑的細胞毒性作用，因此采用推薦程序進行scCO2滅菌是一種有前景的方法，可替代現有滅菌方法。進一步的研究將包括其他敏感的生物材料，如殼聚糖和絲素，承載對滅菌敏感的功能蛋白的支架處理，以及體內生物相容性測試。

Noxilizer的創新挑戰集中在二氧化氮殺菌方法的使用上，這并不奇怪。2016年，這家總部位于馬里蘭州巴爾的摩的公司獲得了FDA 510(k)批準，可以使用其二氧化氮滅菌工藝對醫療器械進行最終滅菌。首席執行官Lawrence Bruder當時表示，這一里程碑式的發現證實了二氧化氮滅菌是制藥公司的另一種選擇，尤其是預灌裝注射器、藥物輸送系統和其他面臨環氧乙烷、γ輻射或其他傳統滅菌方法挑戰的醫療設備。

根據Noxilizer的說法，二氧化氮氣體可在超低溫(10℃至30℃）下殺菌，在有或沒有真空和濕度的情況下都能發揮作用。該公司表示，二氧化氮滅菌方法的設計是為了讓公司安全地在內部進行滅菌，極大地縮短了處理時間，使周轉時間縮短了兩到三天，并節省了50%或更多的運營成本。Noxilizer表示，使用二氧化氮進行醫療設備殺菌的其他優點是壓力要求很小、無細胞毒性殘留物以及快速的循環時間（2-4小時，包括曝氣）。

STERIS將電子束輻照描述成一種產品被高能電子轟擊并導致這些電子傳遞鏈通過目標材料的工藝。由正常電流產生的電子，通過加速器被加速至接近光速。電子被聚焦到一個特定大小的掃描角上，并以掃掠模式進行掃描，產生一個電子幕。隨后產品按嚴格控制并按測定的速度穿過該掃描幕。STERIS說，這一過程本身發生在輻射防護屏背后，通常是一個大型混凝土結構，以防止輻射離開細胞。當掃描發生時，加速的電子可以滅活任何活微生物。