图1 多孔高压蒸汽灭菌器，可用来清洁易受污染的复杂设计的设备。

近几年来，随着技术的进步，灭菌技术的研究也有了飞速的发展。本文将探讨几种灭菌方法，比较其利弊。虽然本文的讨论重点关注的是制药行业，但文中所涉及的灭菌技术同样适用于高纯度条件下的其他行业。

对于需要高纯度条件的流程工业而言，细菌的灭活以及清除是相当关键的问题。产品接触污染会给设备带来严重的影响，因此高精度对于确保无菌起着非常重要的作用。在过去的50年中，灭菌技术主要以三种主要形式在制药和医疗行业中实施。

不同的工艺选择

湿热灭菌法、辐照灭菌法以及环氧乙烷灭菌法已应用了半个多世纪，目前业内人士仍在力图研发出创新的无菌处理工艺。随着技术的进步，创新的灭菌技术也将不断加入竞争行列之中，这些新技术包括等离子体灭菌、干热灭菌、新型带转盘高压蒸汽灭菌器灭菌。然而这些发展中的技术其主要缺点还在于缺乏可行性的数据支持，例如灭菌准确性、效率和原料可用性等。尽管新技术已取得了突破，但这三种主要的灭菌技术仍将凭借其公认的质量和标准继续作为灭菌技术的优先选择。

在制药和医疗行业，由于对产品质量和安全的要求，灭菌这一话题仍然会吸引大量的关注，加大研发投入，并将随着时间的推移，不断得到改善和提高。然而，正如表1中所显示的那样，每种形式的灭菌技术仍然存在不少弊端。

环氧乙烷灭菌法

环氧乙烷灭菌法是一种行之有效的方法，已成为医疗行业的主导技术。环氧乙烷能够稳定在室温条件下，这使得该技术有利于低温过程。此外，这种气体还可以杀菌、抑菌和杀死细菌孢子，并且其作用机制是致使细菌和真菌的DNA及其他组成部分发生烷基化反应，从而瓦解这些污染物的生命循环。

图2  传统（左图）与新式（右图）高压蒸汽灭菌器温度曲线对比图。图中的各色线条代表置于高压蒸汽灭菌器内（从深蓝线开始自下而上）处于不同点上的热电偶，其中深蓝色线代表最底端的热电偶。

然而环氧乙烷作为有效的灭菌剂，其性能也能导致其具有危险性。在许多情况下，环氧乙烷的高反应性使其具有潜在的不良性。因此，建议在应用环氧乙烷进行灭菌之前进行大量研究，以确保灭菌剂不会影响灭菌过程。虽然这个问题对环氧乙烷灭菌有着显著不利因素，但此项技术仍然拥有许多安全性能，包括能最大限度减少煤气泄漏，从而避免了工人与单一剂量内筒和负压仓的接触。

电离辐照法

生物系统的另一种既定形式的灭菌法是电离辐照法。电离辐照法是利用足够的能源来造成电离，从而导致电子脱离原子得以释放。通过这种方法造成共价键的混乱，从而致使外露材料发生变化。这一连串过程发生的原因是电离辐照能量的浓缩和局部释放。与热供暖相比，电离是更有效率的方法，由于其广泛分布和热能弥漫性释放，使它能更多键离解。

与环氧乙烷灭菌法一样，电离辐照有效灭菌的同时，也具有危险性。据统计，人体暴露在相当于饮用一杯热咖啡所受到的热能的电离辐照能量剂量中，将会导致其在30天内死亡。

化学系统和生物有机体存在三个阶段的辐照过程，即物理阶段、理化阶段以及化学阶段；这三个阶段的辐照过程说明了高能量辐照与物质的相互作用的根本性质。物理阶段由辐照系统吸收辐射能组成。理化阶段是导致在系统上建立热平衡过程的组合。最后，化学阶段需要反应物种的扩散和化学反应，这将最终导致化学平衡。该技术在保持高准确性的同时具有高效率。遗憾的是，这种技术具有高风险性以及其他很多不利因素。

湿热灭菌法

湿热灭菌法是用于制药行业的第三类灭菌技术。选择这种方法是由于其具有精度高、反应性低、成本低等优点。采用蒸汽灭菌法通过高压蒸汽灭菌器对玻璃器皿、仪器进行灭菌处理。在制药行业中，蒸汽灭菌法通过SIP系统应用于水箱和管道的灭菌，其原理与高压蒸汽灭菌器相同。首先用清洁液对这些水箱、管道和设备进行清洗，然后用纯净水进行漂洗，最后用蒸汽对其进行灭菌消毒。

SIP可用于清除细菌残余以及清洁液的沉淀、设计清洁解决方案。因为细菌残余以及清洁液沉淀会给蒸汽灭菌过程带来风险，尤其对于带有数个疏水阀的复杂管道系统来说更是如此。

蒸汽灭菌法同样存在着一些缺点。首先，如果用在制药行业，为了产生蒸气需要配置纯净水和清洁蒸汽发生系统；其次，蒸汽灭菌的周期较长（4h）。而用于灭菌通常在121 ℃温度下只需要20min，其余为预处理的时间（消除仓室中的空气）；以及干燥时间（确保该部分的干燥）。

表1 不同形式的灭菌技术比较

等离子体灭菌法

等离子体灭菌法是一种新式低温灭菌工艺。最近一项研究对等离子体灭菌法和环氧乙烷灭菌法的研究结果进行了比较。这些生物医学设备非常昂贵，对延长每个导管的使用寿命灭菌过程起着至关重要的作用。该研究在类似情况下测试了导管利用环氧乙烷灭菌和等离子体灭菌的情况。将采用不同灭菌技术后的导管做了数个试验以确定物质损失和物质改性。虽然反馈的结果都显示了轻度的物质降解，但显然环氧乙烷导致的烷基化更为严重。目前尚无确凿数据证明哪种形式的灭菌技术更可取。

干热灭菌法

干热灭菌法已在业内使用了多年，主要通过采用大型对流加热工业炉来完成。当热量以其组成部分的运动通过媒介被传递时发生对流加热。高效微粒空气（HEPA）过滤对于工业炉来说是至关重要的。空气通过自然对流被工业炉的加热元件加热，并通过强制对流被传递到空气中。然而，在干热灭菌研究中，这一过程很少能够完成，因为此过程耗时且难以控制。这是由于温度分层和缓慢升温速率引起的。

干热灭菌法优于湿热灭菌法，其原因是它具有较高的穿透力、腐蚀性较低，并且侵蚀毛玻璃表面的速度也低于蒸汽灭菌法等诸多优点。近年来，由于在红外辐射隧道上取得了进展，干热灭菌法已逐渐占据优势，并通过产生高热量、短时灭菌过程来消除干热灭菌的主要负面影响。

高压蒸汽灭菌器的设计

多年来，人们已对高压蒸汽灭菌器的设计进行了大量研究。过去在精确度和安全性上的推进使得高压蒸汽灭菌成为设备蒸汽灭菌的选择。在1996年的一项研究中，对带有转盘的新型高压蒸汽灭菌器进行了旋转测试：用连接电动机的轧辊启动了该装置。随后对传统高压蒸汽灭菌器和这种新型高压蒸汽灭菌器进行了温度测量比较。如图2所示，新型高压蒸汽灭菌器的温度曲线分布贯穿整个容器保持不变，而传统高压蒸汽灭菌器的仓室内温度曲线分布却自下而上产生变化。结果证明新型高压蒸汽灭菌器具有优势。