三、辐照灭菌

2026年01月15日

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三、辐照灭菌

(一)基本概念

1.常用术语

(1)放射性强度：又称放射性活度，是度量放射性强弱的物理量。常用单位有：①居里(Curie，Ci)。若放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰变，则它的放射性强度为1居里(Ci)。②贝可勒尔(Becqurel，Bq)，1贝(Bq)可表示放射性同位素每秒有一个原子核衰变。

制造商在选择辐照灭菌供应商时，应对辐照装置的最大设计容量以及当前的装源量(MCi或PBq)应予以关注，这可能影响辐照灭菌供应商的加工能力和交付周期。

(2)照射量：照射量(exposure)是用来度量X线或γ射线在空气中电离能力的物理量。

常用的单位有：伦琴(Roentgen，R)和SI库仑/千克(C/kg)

(3)吸收剂量：被照射物质所吸收射线的能量称为吸收剂量。常用单位有：拉德(rad)和戈瑞(Gray，简称Gy)。剂量当量主要用于度量不同类型的辐照所引起的不同生物学效应，常用单位为希(沃特)(Sv)。

2.灭菌原理

(1)直接作用：γ射线将能量传递给被照射物质的原子或分子，γ射线的能量大于分子键能时可使分子电离、断键，造成微生物的核糖核酸、蛋白质及酶变性、失活，从而致死微生物。

(2)间接作用：γ射线电离微生物细胞中的水分子，所产生的自由基与核糖核酸、蛋白质及酶发生氧化还原反应，从而致死微生物。

(二)研究思路

电离辐射可能会影响材料(尤其是高分子材料)的理化性能(如材料抗张强度、透气性、耐破度、颜色、p H等)及生物学性能，因此，医疗器械产品的辐照灭菌验证，一般除了辐照装置的安装鉴定(installation qualitation，IQ)、运行鉴定(operation qualitation，OQ)、性能鉴定(performance qualitation，PQ)之外，还需做辐照产品的剂量设定、最大剂量验证、包装验证。另外，模拟运输实验、生物相容性试验以及注册检验等都需要在灭菌验证完成后进行。建议选择最大剂量辐照处理的产品验证。

剂量设定是确定产品达到对应的无菌保证水平(sterility assurance level，SAL；一般为10-6或10-3)的最小吸收剂量，是辐照灭菌控制的下限值。最大剂量验证是为了保证产品在达到灭菌效果的前提下，产品不会被辐射破坏或质量受到显著影响的上限值。包装验证，主要是对产品的无菌包装系统进行确认，应选定最大剂量进行验证，以表明该包装在最具挑战性的条件下仍具有预期的保护作用。同理，模拟运输和生物相容性试验，最好都使用最大剂量辐照处理。

辐照灭菌的确认应包含安装鉴定(IQ)、运行鉴定(OQ)和性能鉴定(PQ)等。确认流程详见图1-6。

1.辐照灭菌剂量设定　一般流程：第一步，划分产品族并选择代表产品；第二步，选择剂量设定方法；第三步，进行剂量设定测试。

(1)划分产品族并选择代表产品(仅用于剂量设定和剂量审核)：

1)目的：节省成本和简化操作，如果不建立产品族，那么每一种不同种类、不同规格尺寸的产品都应当单独进行剂量设定。

2)建立依据：产品具有类似的生物负载(数量和种类)，微生物负载相关的影响因素如下。①原材料的类别和来源(最主要因素)；②包装材料；③材料组分；④产品设计及尺寸；⑤生产过程；⑥生产设备；⑦生产环境；⑧生产场所；⑨如不同区域多个生产场地，需要考虑不同地理气候、生产过程控制的差异。

图1-6　辐照灭菌确认流程

3)一般做法：不同材质的产品归为不同产品族，不同包装材料的产品归为不同产品族，仅形状、尺寸不同的产品归为同一产品族。

4)代表产品的选择：①主要产品：灭菌挑战性最强(可以是1个或多个)。②等效产品：灭菌挑战性比较一致的几个产品(如尺寸接近，仅形状不同的几种产品)。③模拟产品：特性相似，但是其灭菌挑战性不应低于产品族中的其他产品(该情况较复杂，实际应用中极少)。

每年至少对产品族进行评估一次，考虑到产品族中产品的变动(原材料、供应商、组分、尺寸、生产设备、环境等)，确定是否需要重新建立产品族。另外，产品族灭菌剂量设定、剂量审核失败时，应对产品族内所有产品采取措施。

5)产品取样要求：①一般对多批次的产品剂量设定，要求取3～4个批次；②所取产品能代表日常加工工艺；③尽量覆盖每批产品生产的前、中、后阶段；④每件测试样品最好取自一个单独的包装体系。

(2)选择剂量设定方法：

1)设定方法1：适用范围较广，微生物负载数106以内、需测试的样品量较多，大部分医疗器械产品可采用此方法。

2)设定方法2：适用范围广，但样品量要求多，辐照难度大，实际应用不多。一般在产品固有微生物抗性较高，无法使用其他方法设定剂量时，或者不耐辐照产品通过此方法可能找到较低的灭菌剂量时使用。

3)VDmax方法：适用范围相对较窄，但样品需求少。适用于单件价值高、具备一定的辐照适应性、生物负载水平较低的产品，国外此方法应用最多，尤其是VDmax25。

(3)进行剂量设定测试：主要流程如下。①确定要求的SAL；②测试生物负载；③根据生物负载查表得验证剂量。

注意事项：样品尺寸过大或者带菌数过多情况下，选取其中一部分进行测试，比如一块纱布，剪取其中1/8进行测试，根据这1/8样品的菌落数确定辐照剂量，并进行辐照后的无菌测试。在最终验证通过后，将菌落数乘以8，推算出整个产品的带菌数，由此测算出验证产品最终的灭菌剂量。

1)产品生物负载限值的规定方法参考：Sterlization of Health Care Products-Microbiological Methods-Part 1：Determinatim of a Population of Microorganisms on Products(ISO 11737—1—2008)条款8.5，应规定产品生物负载的可接受限度(可规定警戒限和行动限)，超过限度应采取措施。

2)生物负载限值确定方法：①无足够历史数据：对产品前3批生物负载确定一个暂时的限值；经过一段时间的连续监测，重新评估、修改限值。②数据符合数学分布，计算95%或99%的生物负载概率上限；不符合数学分布，先进行数据转换，再绘制休哈特控制图(参考ISO 8258和ISO 7871)。

3)生物负载统计数据的转换：对生物负载＜10 cfu的产品，数值转换采用公式提高对称性。

式中，Y是转换后的值，x是转换前的值，N是转换系数。即平均数的平方除以方差与平均数的差值[平均值2/(方差-平均值)]。

平均生物负载超过10 cfu的产品，数据容易右偏，对数据取对数会形成近似的正态分布，同时为了避免容易出现的生物负载为0的情况，数据全都加一个常量0.1，得转换公式：

式中，Y是转换后的值，x是转换前的值。

2.辐照灭菌剂量审核　在ISO标准中，辐照灭菌产品采用参数放行方式，灭菌有效性的保证主要通过前期验证和日常的灭菌剂量审核来实现。在剂量设定完成后，一般每3个月进行一次剂量审核，监视设定的灭菌剂量是否持续有效。在满足一定条件的情况下，可以降低灭菌剂量审核的频次，通常状况下，第一年4次剂量审核，第二年2次剂量审核，之后每年1次剂量审核。停产期间可以不进行剂量审核。剂量审核的过程跟剂量设定类似，简化了部分验证和减少了生物负载测试的产品数。

3.最大剂量验证　建立最大灭菌剂量的常用方法参考：(https://www.daowen.com)

(1)根据文献知识和既往经验，判断可能最大辐照剂量的范围。既往研究及实践中的数据信息，如高分子材料在AAMI TIR 17中有较多的研究数据信息，包括不同材料对辐射、EO、湿热、干热等灭菌方式的适应性，见表1-6～表1-12。不同材料对辐射的适应性不同，热塑性塑料、橡胶种类多，辐射稳定性各异；热固性塑料(树脂)电离潜能小，辐射稳定性较高；金属、陶瓷/玻璃辐射稳定性特别好，但陶瓷/玻璃在辐射过程中会变色。

(2)梯度辐照测试。对产品进行一系列梯度剂量的辐照，分别检测不同辐照剂量下产品性能，比如分别辐照30、35、40、45 kGy，然后根据各产品的国标、国内标准或企业标准确定测试项目，对产品进行各项性能的检测(外观、强度、韧度、有效成分等)，判断其耐受的剂量范围。

(3)根据测试结果，设定最大允许剂量。实际操作中，为防止辐射工艺中可能出现的过度照射而导致产品不符合要求，可下调一定的剂量值来设定最大允许剂量。某些新情况或新材料出现时，耐辐照试验可能需要进行多次，以筛选出合适的剂量范围。

表1-6　热塑性塑料(thermoplastic)灭菌适应性