|
1.前言 VHP是“Vaporized Hydrogen Peroxide”的首字母缩写，意指气态过氧化氢（H2O2），即通常所说的“干法”；它是由液体过氧化氢经“闪蒸”生成的，目前广泛应用于各种密闭空间表面（和/或空间内物品表面）的生物除污染或灭菌。 1981年，美国STERIS公司的Rickloff首先发现气化过氧化氢（VHP）相对于液态过氧化氢，仅需较低浓度即可达到同样灭菌效果，且兼容性好，为气态过氧化氢技术（VHP）奠定了坚实的基础，经过美国专利总局的评审，诞生了VHP®技术；实验数据表明：气态过氧化氢的杀灭细菌芽孢的能力约相当于液态时的200倍； 由于气态过氧化氢法的环保和安全性----相对于其他灭菌气体（如甲醛）,其分解产物为水和氧气，具有无残留的特性，更受到各行业的欢迎，美国食品药品监督管理局（FDA）已于1983年确认其为一种GRAS(公认安全)方法； 1990年，VHP正式通过美国EPA核准，作为灭菌剂，并很快在各个工业领域运用。 那么，VHP是如何在“较低浓度”下发挥“较强的杀孢子能力”（6 log）的？ 2.VHP灭菌的基本过程 VHP灭菌的基础是发生足够满足灭菌需求的气态过氧化氢，并以预定的速率输送至目标空间，从而对暴露于VHP的表面发挥杀菌作用。在达到灭菌效果后，将残留的过氧化氢排出，即完成VHP灭菌。 2.1准备阶段 VHP进入目标空间前，需预先将其温湿度调整到适当范围。对于真正的“VHP”技术而言而言，此步骤较为关键，尤其是对湿度的调节（期望调节至低湿度的水平，如＜60%），这与VHP灭菌核心工艺---保持整个灭菌过程中过氧化氢均处于气态状态有关。 2.2进气阶段 VHP一般是采用35%高纯过氧化氢（美国EPA认证许可的过氧化氢有效浓度值在32.5-37.5%）作为“原料”，经过“闪蒸”，生成VHP，然后再输送至需灭菌空间。该部分功能一般是由单独的VHP灭菌发生器或VHP灭菌系统集成的发生器单元来实现。35%高纯高纯过氧化氢以预设的注入速率持续脉冲式进入“蒸发室”，接触到高温“蒸发板”（蒸发板温度设定为100℃），瞬间被蒸发，成为过氧化氢/水蒸汽混合物的气态形式。然后，以预先加热的气流为载体（气流流量/气流温度/相对湿度可设定），经过进气管道（注：若管道过长，需要考虑保温，防止过氧化氢的冷凝），最终到达目标空间。 VHP在空间内的弥散分为自由分散、辅助分散： 自由分散是通过回气管路将空间内气流再导回VHP灭菌发生器，从而形成循环回路；持续的气流将携带VHP快速分散至空间内各处及各狭小空隙的表面； 辅助分散一般在空间体积较大或空间内物品较多，结构较复杂的情况下应用效果明显，通过空调系统设计的相对完美的气流组织，帮助气态过氧化氢的分散，防止出现VHP无法到达或浓度过低的“死点”。 2.3灭菌阶段 在空间内的VHP浓度达到预设标准后，适当降低过氧化氢的注入速率（一般降低为进气阶段的50-80%，具体情况依赖维护结构密闭性等各因素影响），维持VHP浓度稳定在一定水平，持续对目标空间发挥灭菌作用。 注：VHP灭菌的过程也是消耗过氧化氢的过程。为确保空间内所有表面均经过VHP充分的暴露，保证灭菌成功，必须持续补充VHP，确保VHP灭菌浓度曲线平稳。 2.4通风阶段 灭菌作用结束，需要尽快将目标空间内的过氧化氢排出。通风方式一般分为两种： 一是利用回气管路将回流的VHP催化分解，这种方式时间较长，适用于小空间灭菌后的排残； 二是利用空调系统的新风置换，快速将空间内VHP排出，适用于大空间灭菌后的排残。 关于过氧化氢灭菌，目前比较主流的应用分为“干法”、“湿法”； “干法”即为上文提到的VHP工艺，气态过氧化灭菌；“湿法”即“微冷凝”灭菌工艺； 其灭菌机理完全不同，本文将综合分析灭菌各关键环节，对比阐述二者的异同点，剖析过氧化氢灭菌的“秘密”； 3.“干法”灭菌的秘密----真正的VHP灭菌 过氧化氢气体/水蒸汽的混合物以气态形式到达目标表面后，通过解离出的羟氧自由基的氧化还原作用对微生物细胞进行攻击，破坏脂类、蛋白质及DNA结构，直至微生物死亡。经研究认为相比液态形式，在气态形式下，过氧化氢获得更高的能量，在物体表面的催化作用下更容易解离生成高活性的自由基，大量的自由基全方位对微生物细胞体进行多角度立体攻击，杀菌效力大大提高。 总体来讲，较高的过氧化氢蒸汽浓度会导致更高的杀灭率，因此缩短了工艺循环时间，但是建议应在确保不发生冷凝情况下进行平衡。一旦针对某一容积和温度开发了工艺循环，则只要将载气流和液态过氧化氢的加注速率保持恒定，就不必监测过氧化氢和水的浓度。 为保证过氧化氢在整个灭菌周期均处于气态，就需要保证被灭菌空间的相对湿度<100%，如果达到并超过100%，水蒸汽达到饱和，会凝结成液态的水，而气态过氧化氢很容易溶于水，就会成为“湿法”灭菌，这将失去VHP技术的核心优势，会出现“湿法”灭菌带来的三大困扰问题，后文会详细说明。 4.“湿法”的秘密----“微冷凝”灭菌工艺 “湿法”的灭菌原理是促使VHP浓度尽快达到超饱和状态，即使被灭菌空间的相对湿度达到或超过100%，水蒸汽达到饱和凝结成液态的水，气态过氧化氢溶于水，以使目标表面形成一层微米级的微冷凝膜。而正是在“微冷凝”状态下，物体表面的微生物受到了更强力的杀灭（这也说明了为什么“湿法”要求相对度湿度高，因为可以促进气态过氧化氢的凝结）。 为什么“微冷凝”状态下会发挥更强力的杀灭呢？ 当被灭菌空间过氧化氢浓度达到饱和后，部分过氧化氢/水混合物就会由气态转化为液体，物体表面开始出现液态的过氧化氢水溶液，并逐渐增加直至形成一层微米级的微冷凝膜。 由于过氧化氢的沸点（约150℃）高于水的沸点，过氧化氢/水混合物与物体表面接触并发生凝结时，过氧化氢/水的混合物中的过氧化氢成分相对于比水而言，会更快的进入到物体表面的冷凝液相中，使得所产生的液体溶液中的过氧化氢浓度（重量百分比）会由约35%增大至约为 78%。也就是说对“湿法”而言，发挥灭菌作用的主体是含有78%过氧化氢的液态溶液，故称之为“湿法”；故虽然与“干法”的通过解离出的羟氧自由基的氧化还原作用对微生物细胞进行攻击的灭菌原理不同，是78%过氧化氢的液态溶液的氧化还原反应，但由于是高浓度过氧化氢溶液，灭菌效果还是毋庸置疑的，因为采用液态过氧化氢溶液灭菌已经有100多年的历史；但会带来以下三个问题： 第一，材料兼容性问题。 因为说对“湿法”而言，发挥灭菌作用的主体是含有78%过氧化氢的液态溶液，故称之为“湿法”；这一过氧化氢浓度或更高的浓度不但有自燃的风险而且还可能加速过氧化氢的分解或引起材料的降解。过氧化氢冷凝还大大缩短腔室材料的使用寿命，尤其是那些用于弹性壁隔离器材料的使用寿命。一旦产生冷凝液，则最终需要在通风阶段排除过氧化氢时自腔室内蒸发掉。慢速蒸发将导致液体中的过氧化氢浓度甚至会达到更高的水平，从而对材料的安全性和降解方面构成更大的挑战； 如：氯丁橡胶、丁纳橡胶、硅胶和聚乙烯，这些材料可能会发生降解和/或引发自燃； 一些金属，如铜、铅、镁 合金和钨铬钴合金，用作催化剂使用，能够加速过氧化氢的分解并且在与其他材料接触时还可能促发燃烧； 诸如硅胶、石蜡和阿罗克洛之类的润滑剂会被降解； 会侵袭PVC中的增塑剂，因此在长时间暴露之后PVC表面会变得很脆 ; 高浓度的过氧化氢溶液还可能降解某些电气部件或其他材料； 对于重量百分比浓度为10%-100%的过氧化氢溶液，某些等级的不锈钢，如：304不锈钢可能会表现出轻微的腐蚀或脱色现象。 第二，灭菌效果的重现性问题。 当发生冷凝时，腔室表面可能不会均匀的灭菌，具体情况取决于冷凝是如何发生及冷凝的形式。一般情况下，冷凝可能是滴状冷凝也可能是膜状冷凝，根据接触表面的性质（表面张力大小、表面构造）而定（如下图所示）。大多数的高分子材料表面会发生滴状冷凝，清洁的金属和玻璃会发生模式冷凝，但如果金属或玻璃表面受到污染，则表面张力会急剧下降，会发生滴状冷凝。 滴状冷凝发生时，将不能使整个表面暴露在过氧化氢液体中，从而导致灭菌不均匀。即使发生膜状冷凝，由于在垂直倾斜的表面产生液体流型，则也有可能在表面上出现不均匀的液体暴露。这些因素将导致“湿法”灭菌工艺的灭菌效果的重现性值得怀疑。 第三，通风阶段的风险与增加的控制成本。 在出现冷凝现象时，需要额外时间将液态的过氧化氢去除掉，因为将所有表面上的液体蒸发掉需要一些时间。如果某种材料能够渗透水或液态过氧化氢，则另外需要时间将吸收到固体表面内的液体清除掉。这些材料包括能够渗透水和/或液态过氧化氢的多孔性材料和某些高分子材料。最后，冷凝下来的高浓度过氧化氢可能与除污染腔室内的某些材料发生不当的反应（甚至是强烈性反应或导致严重灼伤）。因此，必须谨慎选择各种材料并做好日常维护，同时确保足够长的通风时间和有效的监测手段，充分降低上述风险，这势必同时增加了相关的直接或间接的控制成本。 那么，“湿法”是如何解决三大弊端问题的？ 1）材料兼容性方面的问题： 是通过谨慎选择更能耐受过氧化氢腐蚀的方式来实现的， 即更换所有不耐受液态过氧化氢的材质； 2）灭菌效果的重现性问题： 通过灭菌工艺开发确立“过度”的灭菌参数（如更高的VHP浓度、更长的作用时间等，故对灭菌空间内所有材质要求更高），所以双氧水原液的使用量增加来降低因“微冷凝”不均匀导致灭菌不彻底的险； 3）通风阶段排残的问题： 在通风阶段尽量延长排残时间和排风速率，确保液态过氧化氢充分蒸发、分解并被排出，但排残的结果需要辅助被灭菌空间物品表面做残留验证。 5 结束语 过氧化氢灭菌技术作为一种消毒灭菌方式，日益被各行业广泛实践并认可。理解并充分认识到气态过氧化氢杀菌作用的实质，有利于我们在确定灭菌方式时做出正确的抉择，也有利于我们制订出有效地更有针对性的灭菌操作程序和日常维护程序，最终保证灭菌效果符合要求，在确保产品质量的同时，实现更经济、更安全的生产控制目标。 本文作者：付峰。 |
|
|
