脈動滅菌程序的優(yōu)化

1、2011-02-05 于無錫,脈動蒸汽滅菌程序的優(yōu)化,滅菌參數(shù)、蒸汽質(zhì)量指標與滅菌效果的相關性,主要內(nèi)容,PDA TR 48-不同類型的滅菌柜WHO GMP 2010 對蒸汽的要求蒸汽滅菌熱力學基礎影響滅菌效果的關鍵因素如何優(yōu)化滅菌程序Q&A,企業(yè)提到的幾個問題,蒸汽溫度高，例如達到了145℃，所含有的熱能也高，滅菌應完善，此理解對否？一個混合裝載的脈動真空滅菌柜，有不同型號的過濾器等，發(fā)現(xiàn)溫差較大，如何改進滅菌程

2、序的設定？一個企業(yè)在膠塞滅菌時，用脈動真空滅菌柜，總滅菌時間超過3小時，分析原因？解釋玻瓶及安瓿時，如何達到濕熱滅菌的要求？在玻瓶及安瓿中，頂空部位均有氣體，能否采用脈動真空滅菌柜滅菌？滅菌柜夾套溫度的變化對滅菌效果有什么影響？,PDA-滅菌技術報告,濕熱滅菌過程的驗證：滅菌程序的設計，開發(fā)，確認和日常監(jiān)控技術報告 No12007年增補,第48號技術報告濕熱滅菌系統(tǒng)：設計，試車，運行，確認和維護,按不同目的設計的滅

3、菌柜,,·,·,·,·,生物安全水平標準,生物安全水平及滅菌柜要求,WHO Sterilization by moist heat,6.4 濕熱滅菌法…僅適用于水浸潤性材料或水溶液?！绦蚩刂葡到y(tǒng)應獨立于溫度記錄儀表，并配置獨立的溫度顯示器。滅菌過程中，溫度顯示器的讀數(shù)應與滅菌曲線記錄對照?！皇业撞垦b有排水口的滅菌柜，有必要測定并記錄該點在滅菌全過程中的溫度數(shù)據(jù)。如滅菌程序中含抽真空，則應定

4、期對腔室進行檢漏試驗。,WHO 2010對滅菌包裝要求,6.5 如果被滅菌品不是裝在密封容器中，則應使用合適的材料將其適當包扎，所用材料及包扎方式應有利于去除空氣和蒸汽穿透并能防止滅菌后再次污染，也可使用特別設計的，既可進蒸汽，又可排除空氣的可濕熱滅菌不銹鋼容器。所有裝載均應與水或飽和蒸汽接觸并在設定的溫度下達到規(guī)定時間。 6.6 應注意，滅菌用蒸汽應達到適當?shù)馁|(zhì)量要求（蒸汽冷凝水的化學、微生物學、細菌內(nèi)毒素檢查項目，以及物理檢查如干

5、燥度、過熱及不凝性氣體項目），蒸汽所含添加物的水平不應給產(chǎn)品或設備造成污染。滅菌用蒸汽的質(zhì)量應定期檢查。,,Sensors for special purposes,General sensors,注意選好溫度探頭,八線制探頭的應用，可將控制與記錄分開，減少誤差，方便應用,在新版GMP 要求：用于監(jiān)測或記錄的溫度探頭與用于控制的溫度探頭分別設置。Pentronic雙芯八線制溫度傳感器正符合此新版法規(guī)要求。,Equipment ster

6、ilizer,適用對象 設備部件 ? 織物/工作服等? 膠塞? 工器具? 污染廢棄物? 鋁蓋? 安瓿? 小瓶,Glass & plastic bottles? Plastic bags? Blister packs? Contact lenses? Glass & plastic syringes (empty or filled, wrappedor over-wrapped),程序隨被滅菌品

7、的特性而定,脈動真空滅菌柜-適用裝載,器械滅菌柜滅菌程序,過濾器與膠塞、儀表和電器連線等工作服手套口罩過濾器灌裝器具一般不將工作服與產(chǎn)品接觸材料混在一起滅菌,程序結束,高真空滅菌程序示意圖,,溫度,,真空,高真空的目的：消除冷點，讓蒸汽與被滅菌品充分接觸,High-Vacuum Sterilizers 高真空滅菌柜,進氣-預真空-高真空,進氣加熱,保溫,降溫,真空干燥,降溫,程序結束,,,,,,,,,,,,,脈動真

8、空蒸汽滅菌程序,,溫度,脈動真空：抽真空-進蒸汽-抽真空-進蒸汽…,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,預真空,升溫,保溫,,,,,,,,,干燥,降溫,排氣,結束,,,,,,1,2,3,,真空,Steam-Pulsing Sterilizers,,100,121,,·,·,·,·,·,·,Fo,高真空與脈動程序比較,高真空滅菌柜對設備的要求高被滅菌品比較松散，抽真空起作

9、用大滅菌時間較短，使用不普遍象BI-生物指示劑測定時，有可能需要,脈動真空滅菌柜對設備的要求較低灌裝機部件、過濾器、膠塞、器具、工作服、口罩等采用（通常分別滅菌）滅菌過程時間一般會要長一些三次抽真空后，殘留空氣量小，影響不大，如：0.1×0.1×0.1=0.1%,100℃蒸汽冷凝放出的熱量,蒸發(fā)/冷凝是飽和蒸汽滅菌中熱能傳遞給被滅菌品的主要的手段。1克100℃的飽和蒸汽含有2,675焦/克的能量，是10

10、0℃的水所含能量（419焦耳/克）和蒸發(fā)所需熱能（2,256焦耳/克）或蒸汽冷凝釋放熱量之和。在100℃時，1克蒸汽冷凝時，可將2,256焦耳的熱量傳遞給物體。1克100℃蒸汽冷凝（相變）時：放熱= 2,256焦耳÷4.1868J ≈ 540 卡，依賴于相變,,,,水的三相曲線,,,,,,·,·,·,固體/冰,液體/水,蒸汽,壓力（大氣壓）,溫度℃,100℃,121℃,1,2,3,,,,,,

11、在2個大氣壓下，水沸點為121℃,在1個大氣壓下，水沸點為100℃,,,不同壓力下水-蒸汽溫度與熱焓,3條恒壓線E：水相加熱 (A-B)溫度上升-沸點水的沸點(B)蒸發(fā)熱 (B-C)相變（水→汽）干飽和蒸汽 (C)蒸汽干度 (x)過熱蒸汽 (D),,,水沸騰 saturated water,干飽和蒸汽,臨界點,過熱蒸汽,濕蒸汽（二相區(qū)）,·,,,,,Enthalpy 熱焓,,,ht,臨界點：Criti

12、cal point 374.15℃和 221.2 Bar,未沸騰的水,溫度,能量,（374℃，211巴）,水沸騰曲線,對熱焓圖的解釋,水加熱時，水溫升高，直至達到給定壓力（hf）下的沸點達到沸點時，水沸騰變成蒸汽，所耗能量稱蒸發(fā)潛熱/Latent heat of Evaporation，沸騰時，溫度保持不變，輸入的能量“貯存”于蒸汽中，加大能量，只能加大生成蒸汽的速率。 121℃下將水轉(zhuǎn)化成蒸汽所需的能量，是將水加熱至沸點的5倍多

13、。 在B點，水為100%；C點蒸汽達到了100%--此蒸汽稱為干蒸汽。在本文中，飽和是指沸點 (飽和溫度/saturation temperature) ，并不是指干燥狀態(tài)。如果沒有水汽而繼續(xù)加熱，蒸汽就成為過熱。再加100 j/g的能量，約過熱50℃。x表示50%的水變?yōu)檎羝?，即?0%蒸汽與水的混合物。已知壓力和蒸汽量，即可算出蒸汽樣品的 dryness fraction-蒸汽干度。 如將蒸汽從高壓降至低壓，能量水平不變。如蒸

14、汽開始含有大量的水分，壓力下降時，蒸汽干度↑。如蒸汽已或接近干飽和蒸汽，則可能出現(xiàn)過熱蒸汽。,標準大氣壓下水的加熱曲線,·,·,·,1cal=4.1868J（焦耳），將1g水煮沸，要100卡熱量,將1g水沸騰全部變成蒸汽，要538卡（~540）,將1g蒸汽全部變成冷凝水時，放出538卡（~540）,能量,設水從0℃開始加熱,先討論流通蒸汽滅菌，基本是濕蒸汽,2個大氣壓下水的加熱曲線,每升1 ℃，需要1卡,5

15、0%水-蒸汽混合物,飽和蒸汽,過熱蒸汽,干燥度=1.0潛熱=540卡/g,·,·,·,·,每升高1 ℃，約需20卡/g,干燥度=0潛熱=0,本表水-蒸汽均取1g計,過熱蒸汽降低1℃，只能放出1.5千焦爾/摩爾的能量，但飽和蒸汽相變要放出39.6千焦爾/摩爾的熱量，是過熱蒸汽下降1℃的26.4倍。,如過熱蒸汽為145℃，進入系系統(tǒng)并沒發(fā)生相變，而一般的干熱滅菌卻在170 ℃以上

16、，可以肯定，此時的蒸汽是達不到干熱/濕熱滅菌滅菌要求的。,標準滅菌程序相關曲線,,飽和蒸汽熱焓對照表,*水汽化的需要的熱量或蒸汽冷凝時放出的潛熱（△h= hν―hL）** 1個大氣壓=1.013巴=14.71磅/英寸2 *** 1cal=4.1868J,,,,滅菌不同階段能量轉(zhuǎn)移,Steam Tests 蒸汽質(zhì)量,European Standard EN 285： 1996 歐洲標準 EN 285：1996 “D

17、ry Saturated Steam” 干飽和蒸氣標準：,影響蒸汽滅菌的三個因素,3.3.3.1 不凝性氣體系蒸汽中可能夾帶的氣體—例如空氣、氮氣和二氧化碳3.3.3.2 干燥度/干燥值蒸汽的干燥值…是飽和蒸汽滅菌程序所用蒸汽中攜帶液相水量的測試值。干燥值為0表示有100%的水，干燥值為1.0表示不含液相水的干燥蒸汽。3.3.3.3 過熱過熱蒸汽是指在任何給定壓力下，高于水蒸發(fā)平衡曲線所示溫度的蒸汽?！^熱蒸汽對微生物的滅菌

18、率小于該溫度下的預期的滅菌率。造成過熱的主要原因有：在使用點附近壓力的下降滅菌器夾套的溫度高于腔室的溫度,不冷凝性氣體,空氣溶于水，它是不冷凝性氣體的主要來源。在攪拌、循環(huán)及噴淋時，水中的氣體尤其CO2會明顯增加。在進蒸汽發(fā)生器前，通常要用預熱去除它們。,氣體ml/100ml水,不同溫度下溶于水氣體的體積,冷凝水和不可冷凝氣體的影響,冷凝水與蒸汽有相同的溫度，但是阻礙熱傳導潤濕/阻塞過濾器不凝集氣體與冷凝過程中釋放的蒸汽相混合

19、阻礙熱傳導,水和空氣對滅菌的影響,需要考慮滅菌過程中，水對滅菌效果的影響導熱系數(shù)定義：1m厚材料，兩側(cè)表面的溫差為1度(K,℃)，在1小時內(nèi)，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米?度(W/m?K，此處為K可用℃代替),關鍵參數(shù),平衡時間，即熱穿透點熱電偶與達到腔室溫度所需的時間對于腔室＜800L的設備而言，平衡時間應＜ 15秒；對于更大的腔室而言，則應＜ 30秒。 如果平衡時間超標，則說明：空氣排除不凈，或蒸汽穿透不夠

20、， 或不凝性氣體過多,Equilibration Time,平衡時間體現(xiàn)了熱穿透速度，通常為15-30秒！,,,,,,,,,,,溫度,時間,腔室升溫開始,進入保溫階段,平衡溫度起點,平衡溫度終點,設定溫度,腔室溫度,裝載升溫最慢探頭,,,,,,,Equilibration Time End,Equilibration Time Start,滅菌中的溫度平衡時間,,多孔裝載的確認要求,溫度檢測-最大和最小負載

21、 溫度平衡時間：15 秒；腔室≥800L：30秒 在保溫階段裝載中心和腔室排放口溫度： 適宜的滅菌溫度：121℃ -124 ℃之間溫度波動值：不超過± 1℃不同裝載間的溫差：不超過 ± 2℃指示和記錄的溫度與腔室排放點溫差：≤ 1℃指示及記錄的壓力與測試的腔室壓差在 0.05bar,,Leak rate

22、test 泄漏率檢測,Air Detector 空氣探測器空氣探測器用于檢測當滅菌腔室中在排除空氣或引入蒸汽過程中空氣殘留量或引入非凝性氣體時，導致標準檢測溫度和平衡時間起始狀態(tài)下腔室的溫度超過2K的檢測結果不一致。應每周進行建議限度不超過每分鐘1.3 mbar,Test Packs 檢測盒,Bowie Dick, Lantor cube and Brown’s test packs 布維-狄克檢測盒(Bowie Dick)

23、, Lantor cube 和布朗檢測盒(Brown’s test)在初始和常規(guī)檢測中起著重要作用。這類檢測是非常重要的診斷方法，能盡早作出失效警告。它們并不能代替對裝載的溫度測試。這些測試盒也許能合格，但裝載方式和條件可導致滅菌不合格的結果。,布維-狄克檢測盒,ISO11140-5 :2007 衛(wèi)生保健品的滅菌,化學指示劑，檢查殘留空氣影響蒸汽穿透的效果，但不能替代物理測試及生物指示劑,蒸汽干燥測定法,原理：測定蒸汽樣品中的

24、能量。已知蒸汽的壓力，將已知量蒸汽通入已知量冷水，測試水溫的升高值，然后計算。 D=蒸汽干燥值，T1=水終點溫度；T0=水起始溫度，C=水的比熱；Mw=起始水量 A=瓶的比熱；Ts=蒸汽平均溫度；L=蒸汽潛熱；Mc=冷凝水質(zhì)量,初始設定-將數(shù)據(jù)變成信息,,,,,,,,,,,,,,,,,,一次真空,二次真空,三次真空,滅菌階段,將圖看懂，找出改進的方向,改進滅菌程序的方法,無菌生產(chǎn)中，濾芯及軟管滅菌對產(chǎn)品無菌至關重要

25、當不同裝載滅菌時，需要特別注意，哪些是最難去除空氣的裝載--通常是是尺寸大、孔徑小的濾芯，較長的軟管等；有空氣時，僅延長滅菌時間不是上策。當初始試驗從溫度曲線看出，裝載升溫緩慢，甚至根本達不到滅菌溫度時，可考慮是否與空氣相關，如相關，可通過以下方式改進設計：增加真空的次數(shù)，如將3次增加到4次延長真空的保持時間（注：空氣從濾芯逸出，需要時間）將以上二者結合,,,程序改進后方案,,,,20,40,60,80,100,120,140