无菌药品的灭菌方法及其选用

制药业 2022-02-11

本文介绍了无菌药品的几种灭菌方法：湿热灭菌、干热灭菌、辐射灭菌、环氧乙烷灭菌以及除菌过滤，研究了各种灭菌方法的灭菌原理、影响因素、优缺点以及适应灭菌的产品等，并通过溶液剂型产品和干粉产品或半固体、非溶液剂型灭菌方法选择决策树为无菌药品的灭菌决策探讨方法。

1 无菌药品的灭菌概述

灭菌方法是指采用物理和化学等方法杀灭或除去一切存活的微生物繁殖体或芽孢，使被灭菌的物品达到无菌的方法。在无菌药品的生产中，防止内毒素污染、微生物污染一直是监管机构和生产企业关注的重点。无菌药品的灭菌要实现除去或杀灭药品中的芽孢以及微生物繁殖体，从而保证药物制剂本身的安全性，也必须同时保证药品的稳定性及其临床的治疗效果，所以这些无菌药品的生产企业采用适宜的灭菌方法，对药品质量的保证具有极其重要的意义。

2 无菌药品的灭菌方法简介

2.1 湿热灭菌

湿热灭菌法是指在灭菌器内利用高压蒸汽或其他热力学灭菌手段杀灭物品中的微生物。湿热灭菌为热力学灭菌中用途最广、最有效的方法之一，具有传导快、穿透力强、灭菌能力更强的特点。目前《中国药典》《美国药典》《欧洲药典》、各国 GMP 规范等均收录该方法。

原理：湿热灭菌是通过湿热的方法使微生物的核酸和蛋白质变性，从而致其死亡。这种变性是分子中的氢键首先分裂，其后核酸和蛋白质的内部结构被破坏，从而使其原有功能丧失，达到灭菌的目的。

影响湿热灭菌效果的因素包括：①灭菌所需时间的长短与最初灭菌物中微生物的数量的多少有关，所以根据一级动力学方程，灭菌物中微生物的数量和种类直接影响灭菌效果。②一般情况下微生物在中性溶液中的耐热性最好，在碱性溶液中较差，酸性溶液中最差，所以灭菌溶液的 pH 也是灭菌效果的影响因素。③灭菌物的性质，如果溶液中含有氨基酸和糖类等营养性物质，微生物就会得到这些营养物质的保护，从而增强它们的耐热性。④干热空气和过热蒸汽的穿透性比饱和蒸汽的穿透性要差很多，所以蒸汽的饱和度是灭菌效果的又一影响因素，应尽可能使用饱和蒸汽进行灭菌。

2.2 干热灭菌

干热灭菌是通过高温使脱氧核糖核酸酶、微生物等生物高分子产生非特异性氧化从而达到杀灭微生物的方法。按照其使用方式的不同，干热灭菌设备可分为连续式和间歇式，如隧道式灭菌烘箱就是连续式，用于西林瓶或安瓿瓶的灭菌；而干热灭菌柜则为间歇式，可用于设备部件、金属器具的灭菌除热源。

干热灭菌的热力学原理与湿热灭菌的热力学特性相似，微生物的杀灭在一定的灭菌条件下，也同样符合对数原则。

耐高温的粉末化学药品以及一些金属设备、不需湿气穿透的油脂类和器具，还有玻璃等耐高温物品的灭菌可以考虑干热灭菌，但不适用于大部分药品、塑料及橡胶的灭菌，干热灭菌同时也可以除热源。比如在无菌药品水针的生产车间，其 B 级和 C 级洁净区的一些器具，可以通过双扉干热灭菌柜，利用电加热进行干热灭菌。

2.3 辐射灭菌

辐射灭菌是利用电离辐射杀灭微生物的灭菌方法，用于灭菌的电磁波有微波、紫外线、γ 射线、X 射线等。目前辐射灭菌多采用60Co 源放射出的 γ 射线。

辐射灭菌工艺的原理：在一个特殊设计的装置中，产品暴露于由钴60（60Co）放射性核素、铯137（137Cs）放射性核素产生的 γ 射线，或由电子发生器产生的电子或 X 射线束，从而达到杀灭微生物的方法。

辐射灭菌有以下优点：①常温灭菌，产品灭菌过程中温升小，适用于对热敏感的生物制品和药物的灭菌。②工艺简单，一旦灭菌参数确定后，时间便是唯一可调因素，适合于工业化大生产，节约能源，不污染环境。③包装好之后再灭菌，在密封包装条件下，产品可以长期保持无菌状态。④辐射的穿透力很强，其灭菌也彻底，且不受物品包装及形态的限制。⑤辐照后产品中无放射性残留、无化学毒性等副作用。

2.4 环氧乙烷灭菌

环氧乙烷灭菌，它是相对比较可靠的一种低温灭菌方法。环氧乙烷具有不稳定的三元环结构以及其小分子特性，使它具有很强的穿透性和化学活性。常见的环氧乙烷灭菌工艺采用真空过程，一般可采用100% 纯环氧乙烷或含40%~90% 环氧乙烷的混合气体（例如：与二氧化碳或氮气混合）。当采用正压过程时，采用8%~20% 的环氧乙烷与二氧化碳气体混合使用。产品在充有灭菌气体的受压腔内进行灭菌处理。标准的环氧乙烷的灭菌处理过程由3个不同阶段组成：预处理、灭菌和解析。

环氧乙烷灭菌的原理：环氧乙烷是一种广谱灭菌剂，可在常温下杀灭真菌、芽孢、病毒、细菌等各种微生物；它可以与蛋白质上的氨基、硫氢基、羧基等发生烷基化作用，从而导致微生物死亡；它也可以抑制胆碱酯酶、胆碱化酶、肽酶、磷酸致活酶等的生物酶活性；环氧乙烷也可与 RNA 以及 DNA 发生烷基化反应从而导致微生物的灭活。

2.5 过滤除菌

除菌过滤是指通过过滤器除去流体中微生物的工艺过程，该过程不应对产品质量产生不良影响。包括液体和气体除菌过滤。无菌药品生产中液体的除菌过滤一般采用除菌过滤膜孔径不超过0.22μm，可达到每平方厘米有效过滤面积在工艺条件下截留107CFU 缺陷假单胞菌，这是液体除菌过滤器的一般要求。

很多最终灭菌的无菌产品，在最终灭菌前的灌装前使用过滤器对产品进行过滤，控制微生物的污染水平；对于不可以最终灭菌的无菌产品，如一些无菌水针、冻干粉针等在灌装前通过除菌过滤来过滤产品，以达到无菌水平。考虑降低除菌过滤风险，在1支除菌过滤器就可以达到除菌过滤效果时，增加第2支（或使用多个）除菌级过滤器进行保障除菌过滤的效果，这样的设置，通常被称为“双重”或者“冗余”设置。

3 无菌药品灭菌决策

无菌药品灭菌需要根据情况选择不同的方法，一般考虑使用目的、灭菌对象的稳定性以及生产中的具体条件等限制。比如，玻璃容器一般使用干热灭菌处理，环境设施宜使用化学灭菌法处理，而胶制品和衣物等一般使用湿热灭菌方式，分装用乳糖、中药粉等粉剂可以选择辐射灭菌处理。制剂产品通常需要根据产品特性选择适宜的灭菌方法。

以下以溶液剂型产品、干粉产品、半固体或非溶液剂型的灭菌工艺选择的决策树为例（图1~ 图2），作为无菌药品灭菌方法选择的抉择树，无菌药品生产企业在选择灭菌方法时可以作为参考。