淺談汽化過氧化氫滅菌（VHP）的第三代干法閃蒸技術
引言
新版GMP對無菌藥品的生產提高了要求，而滅菌一直以來都是無菌產品的關鍵環(huán)節(jié)。目前我國大部分生產企業(yè)對潔凈區(qū)域空間進行消毒滅菌，主要采用甲醛熏蒸以及臭氧消毒的方式；對物體表面進行消毒滅菌，則主要采用消毒液擦拭或者浸泡的方式。
新版GMP對無菌藥品的生產提高了要求，而滅菌一直以來都是無菌產品的關鍵環(huán)節(jié)。目前我國大部分生產企業(yè)對潔凈區(qū)域空間進行消毒滅菌，主要采用甲醛熏蒸以及臭氧消毒的方式；對物體表面進行消毒滅菌，則主要采用消毒液擦拭或者浸泡的方式。
發(fā)達國家已禁止在食品和藥品生產車間使用甲醛熏蒸進行空間消毒，因為其毒性很大，長期接觸會引發(fā)呼吸功能障礙和肝中毒性病變，選擇既安全有效又衛(wèi)生環(huán)保的消毒劑和消毒設備是衛(wèi)生消毒領域發(fā)展的方向。
目前汽化過氧化氫滅菌法已成為各國藥典、藥品生產質量管理規(guī)范(GMP)、消毒滅菌技術規(guī)范所推薦的方法，滅菌工藝已經非常成熟，重復性好，有專門的化學指示劑和生物指示劑驗證過氧化氫汽體分布均勻情況和無菌保證水平。
汽化過氧化氫滅菌原理
過氧化氫因具有氧化還原作用而具有殺菌效果，汽化過氧化氫（VHP）滅菌技術，是利用過氧化氫在常溫下氣體狀態(tài)比液體狀態(tài)更具殺孢子能力的優(yōu)點，通過復雜的化學反應解離具有強氧化性的羥基，用于攻擊細胞的成分，包括破壞細胞膜、脂類、蛋白質和DNA，達到完全滅菌的要求的一種技術。
過氧化氫因具有氧化還原作用而具有殺菌效果，汽化過氧化氫（VHP）滅菌技術，是利用過氧化氫在常溫下氣體狀態(tài)比液體狀態(tài)更具殺孢子能力的優(yōu)點，通過復雜的化學反應解離具有強氧化性的羥基，用于攻擊細胞的成分，包括破壞細胞膜、脂類、蛋白質和DNA，達到完全滅菌的要求的一種技術。
圖1.VHP滅菌技術原理
干法VS濕法
VHP滅菌技術目前主要分為兩大陣營，分別為干法VHP（Vaporized Hydrogen Peroxide）滅菌技術和濕法HPV（Hydrogen Peroxide Vapour）滅菌技術。
表1.干法VHP和濕法HPV的對比
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干法VHP |
濕法HPV |
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定義 |
通過氣化過氧化氫產生氧游離基，作用于物體表面與環(huán)境中的微生物，作用于微生物內外部組織，起到滅菌作用。 |
微冷凝是濕法的一種，通過一種亞微米級的微冷凝膜覆蓋在物體表面，在凝結過程中使微生物失去活性。 |
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原理 |
真正的干法閃蒸技術，過氧化氫完全氣化，整個滅菌過程空氣中和物體表面均看不見任何液滴，在空間做布朗運動，分布均勻�？刂圃跉饣^氧化氫冷凝點以下，滅菌濃度低于飽和濃度，并在整個滅菌工藝上控制不冷凝。 |
微冷凝技術，相對濕度在95%-120%之間才能達到最好滅菌效果，滅菌時可見小液滴凝結附著與物體表面，易結露和產生腐蝕，滅菌濃度是飽和狀態(tài)的濃度。 |
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工藝 |
滅菌前需要除濕以控制濕度在50%以下，滅菌過程監(jiān)控濕度，全程濕度維持在100%以下，不結露。 |
無需除濕，不控制濕度，高濕滅菌，會因為天氣等原因而變化。 |
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單臺滅菌體積 |
最大可達600m³ |
最大350m³ |
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材料兼容性 |
安全，不易腐蝕。 |
易腐蝕，對于彩板、設備等材質要求較高，高濃度的H2O2冷凝液在接觸表面會使橡膠材料變壞，腐蝕和損壞電子產品。 |
第三代干法閃蒸工藝
VHP滅菌技術主要利用高溫閃蒸，將過氧化氫溶液滴加至加熱到一定溫度的光滑金屬物體表面使其瞬間汽化，再噴射到環(huán)境中進行消毒滅菌。滅菌后產物為水分和氧氣，環(huán)保無殘留。隨著時間發(fā)展和技術進步，干法閃蒸工藝也在不斷發(fā)展完善，經歷了不同的階段，現(xiàn)在對市場上的工藝做以總結：
VHP滅菌技術主要利用高溫閃蒸，將過氧化氫溶液滴加至加熱到一定溫度的光滑金屬物體表面使其瞬間汽化，再噴射到環(huán)境中進行消毒滅菌。滅菌后產物為水分和氧氣，環(huán)保無殘留。隨著時間發(fā)展和技術進步，干法閃蒸工藝也在不斷發(fā)展完善，經歷了不同的階段，現(xiàn)在對市場上的工藝做以總結：
第一代干法閃蒸工藝：突出代表是一些小型滅菌器，受限于軟件程序，設備體積構造等原因，在滅菌的全過程，只能始終以唯一的注入速率向空間噴射過氧化氫，弊端：速率過大，引起腐蝕；速率過小，滅菌效果難以保證。
第二代干法閃蒸工藝：突出代表是一些國產設備，相對于第一代工藝，在過氧化氫注入速率的問題上得到改善，不同的階段以不同的速率噴射過氧化氫，如：快速注入階段以較高速率噴射過氧化氫，迅速將環(huán)境中過氧化氫氣體濃度拉升；慢速注入階段以較低速率噴射過氧化氫，維持環(huán)境中過氧化氫氣體濃度進行滅菌，完美解決了第一代工藝的弊端。但第二代工藝一般都是將閃蒸后的過氧化氫以滅菌設備為原點不斷向空間進行噴射，其弊端也是顯而易見的：空間氣體分布不均勻，在滅菌設備近處，過氧化氫氣體濃度極高，遠端則濃度偏低；汽化不完全，工藝不穩(wěn)定，有腐蝕的風險。
圖2.實現(xiàn)變速注入后滅菌周期中環(huán)境VHP濃度及相對濕度變化
第三代干法閃蒸工藝：在保留第二代工藝的優(yōu)點基礎之上，改變以滅菌設備為原點進行噴射為將滅菌空間的空氣進行加熱后，將閃蒸腔室內的過氧化氫氣體帶走，即改變第二代工藝的開環(huán)原點式噴射為閉環(huán)循環(huán)式噴射，這樣可保證汽化完全，不易凝結，同時濃度分布更加均勻，材料兼容性更好，將腐蝕風險降低到最低。德國PEA的VHP干法閃蒸即是采用最新的第三代工藝，過程控制更加穩(wěn)定，滅菌循環(huán)更安全，更高效。
圖3.PEA VHP滅菌技術為完整的閉環(huán)循環(huán)
PEA VHP滅菌技術
德國PEA的VHP滅菌技術采用最新的第三代干法閃蒸工藝，在閃蒸的全過程，溫度可以設置在150℃以上，由西門子PLC精確控制閃蒸速率及閃蒸腔室的溫度。隨著過氧化氫溶液的注入，整個滅菌周期的閃蒸溫度維持動態(tài)變化，始終位于過氧化氫溶液的沸點以上，不僅可以實現(xiàn)過氧化氫溶液的快速、穩(wěn)定汽化，更提高了對環(huán)境微生物的殺滅效率。
圖4.PLC精確控制閃蒸溫度
保證汽化速率穩(wěn)定
保證汽化速率穩(wěn)定
圖5.PEA滅菌程序設置及對環(huán)境相對濕度和H2O2氣體濃度的控制
如下圖所示，為某細胞治療企業(yè)GMP車間待滅菌區(qū)域布局圖，該區(qū)域面積125㎡，體積約為325m³，根據(jù)車間體積大小及布局情況，設置滅菌程序進行滅菌。
圖6.某細胞治療企業(yè)GMP車間待滅菌B級區(qū)
閉環(huán)循環(huán)式的氣體噴射方式使氣體分布的均勻性得到了很大提高，縮小了設備遠端和近端的氣體濃度差值，滅菌工藝更加穩(wěn)定，材料的兼容性也得到了改善。該車間的整個滅菌周期，環(huán)境中H2O2氣體（肉眼不可見）濃度最高達到256ppm，該濃度既可以保證滅菌效果，使無菌保證水平低于10-6，同時對于彩鋼板以及車間設備都是安全的，不會引起任何腐蝕，PEA的VHP滅菌技術更加安全。
圖7.整個滅菌周期環(huán)境中H2O2氣體濃度變化曲線
德國PEA自創(chuàng)立以來就一直專注于過氧化氫滅菌技術的優(yōu)化，密切關注客戶需求與技術創(chuàng)新，為實驗室、制藥工業(yè)、科研院所、醫(yī)院、動物房、軍隊、公共場所等領域的用戶提供全方位的滅菌技術和滅菌設備。以下為某抗體生產單位的PEA MLT17 zeta（專門用于制藥行業(yè)空間滅菌）的PQ驗證數(shù)據(jù)及生物指示劑（BI）和化學指示劑（CI）布點情況及最終的實驗結果。
圖8.某抗體生產單位連續(xù)PQ驗證環(huán)境中VHP濃度及相對濕度控制
圖9.GMP車間PQ驗證現(xiàn)場BI及CI的布點情況
圖10.滅菌結束所有的CI變色明顯，BI培養(yǎng)結果呈陰性
圖9.GMP車間PQ驗證現(xiàn)場BI及CI的布點情況
圖10.滅菌結束所有的CI變色明顯，BI培養(yǎng)結果呈陰性
VHP滅菌技術用于空間的消毒滅菌，綠色、環(huán)保、安全可靠，是目前用于可密閉空間( 如GMP車間、醫(yī)院病房、實驗動物中心、小型倉庫等) 和各種人造設備( 如隔離器、冷凍干燥機、孵化箱、傳遞窗、生物安全柜、壓力蒸汽滅菌器、過濾器和各類風管及管道等) 的一種可靠的消毒滅菌方法，具有廣闊的發(fā)展前景，是取代甲醛和臭氧等傳統(tǒng)空間消毒滅菌的理想方法，也是今后空間消毒滅菌的發(fā)展趨勢。
