超臨界二氧化碳技術(shù)用于醫(yī)療器械滅菌的研究

谷曉偉

【摘要】為了使用超臨界二氧化碳技術(shù)進行醫(yī)療器械滅菌，本文將展開相關(guān)研究，主要論述該項技術(shù)的特點與可行性，后分析技術(shù)滅菌滅活能力，最終介紹技術(shù)基本應(yīng)用方法，并以種異體及異種移植生物材料、天然材料、人工合成材料與紡織物材料的醫(yī)療器械為例，驗證技術(shù)滅菌效果。

【關(guān)鍵詞】超臨界二氧化碳技術(shù);醫(yī)療器械;滅菌滅活

0.引言

醫(yī)療器械滅菌是現(xiàn)代醫(yī)療工作的重要環(huán)節(jié)，即如果醫(yī)療器械上存在大量細菌，或者是病毒細菌，在器械使用中就可能出現(xiàn)病菌感染，造成不必要的醫(yī)療事故，甚至還會引起糾紛，因此現(xiàn)代醫(yī)院基本都有明文規(guī)定，醫(yī)療工作者必須定期對醫(yī)療器械進行滅菌。但醫(yī)療器械滅菌具有一定難度，為保障滅菌效果必須采用相關(guān)技術(shù)手段，而超臨界二氧化碳技術(shù)就是行之有效的手段之一，采用該項技術(shù)能夠滅殺大部分細菌，且滅殺效果良好，滿足當(dāng)前醫(yī)療器械滅菌需求，故為了推廣該項技術(shù)，有必要對技術(shù)滅菌應(yīng)用展開相關(guān)研究。

1.超臨界二氧化碳技術(shù)的特點與可行性

1.1特點

超臨界二氧化碳技術(shù)的核心是超臨界二氧化碳，這是一種超臨界流體，介于液體、氣體之間，屬于中間性質(zhì)的物質(zhì)相態(tài)，因此超臨界二氧化碳同時具備液體密度、氣體黏度與擴散性的特征，能夠在一定溫度與壓強環(huán)境下進入超臨界狀態(tài)，即壓力達到7.39MPa、溫度達到31.1℃。超臨界二氧化碳的特點為：第一滲透性良好，尤其是針對多孔、復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料，其滲透性極強，能夠進入材料結(jié)構(gòu)深處;第二可作為低分子量、低極性分子的溶劑，性能非常優(yōu)異;第三低反應(yīng)性，基本不會出現(xiàn)自由基與反應(yīng)物，故不會對其他物體造成破壞;第四無毒、不殘留、無異味，綠色環(huán)保性良好。以上這些特點，使得超臨界二氧化碳十分適合用于醫(yī)療器械滅菌，不僅不會對醫(yī)療器械造成影響，還能深入器械結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行清理，故清理效果良好[1]。

1.2可行性

超臨界二氧化碳的滅菌機理，目前學(xué)術(shù)界比較認可的一種說法是“酸化機制”，即細胞外部與內(nèi)部二氧化碳相結(jié)合會出現(xiàn)多種細胞活力程度機制，其中就包括酸化機制，該機制是指細胞質(zhì)和細胞外介質(zhì)的酸化，要實現(xiàn)這一點需要將二氧化碳在微生物水性培養(yǎng)基中溶解，之后能轉(zhuǎn)化為碳酸，同時形成碳酸氫根和氫離子，隨后細胞外的pH值降低，這樣破壞細胞膜的結(jié)構(gòu)，因此細胞膜更加通透，而二氧化碳就能進一步滲入細胞，滲入之后二氧化碳最初會慢速使細菌活性降低，隨即當(dāng)滲入深度達到一定水平，滅活效果會迅速增高，大量二氧化碳能在極短的時間內(nèi)使得細菌失去活性，酸性物質(zhì)在其中主要起到推動作用，以大腸桿菌為例，超臨界二氧化碳可以破壞大腸桿菌的細胞膜，使得細胞內(nèi)的物質(zhì)外泄，從而讓細胞活性降低，超臨界二氧化碳滲入深度越高，則細胞內(nèi)物質(zhì)泄露量越大，細胞活性降低速度越快，同時二氧化碳還會讓細胞內(nèi)部pH值降低，使得蛋白、酶大量失活，細胞無法進行生理代謝活動，最終實現(xiàn)滅活?？梢钥闯?，超臨界二氧化碳具有良好的滅菌作用，能讓細菌失去活性，且這種作用對于絕大部分細菌而言都有效，說明在醫(yī)療器械滅菌中超臨界二氧化碳可行性良好[2]。

2.超臨界二氧化碳技術(shù)滅菌滅活能力

超臨界二氧化碳的滅菌滅活能力取決于兩個要素，即初始條件、滅菌參數(shù)，在不同條件下超臨界二氧化碳滅活能力存在差異，若條件良好超臨界二氧化碳可以同時殺滅多種菌屬的細菌，但考慮到滅活效果，在實際應(yīng)用中還是要根據(jù)細菌類型來確認初始條件與滅菌參數(shù)，即超臨界二氧化碳對細菌細胞的深入主要借助熱、化學(xué)物質(zhì)，在常規(guī)初始條件與滅菌參數(shù)下，二氧化碳能夠成果滅菌，但多數(shù)孢子形態(tài)的細菌對熱、化學(xué)物質(zhì)的滲透有較高抵抗力，常規(guī)初始條件與參數(shù)并不能實現(xiàn)滅菌，這時就要對初始條件與滅菌參數(shù)進行調(diào)整，諸如延長滅菌時間、提高操作溫度、使用添加劑提高滅菌參數(shù)等，這樣能改變超臨界二氧化碳滅菌能力結(jié)構(gòu)，使其具有針對性，實現(xiàn)孢子滅菌。另外，面對一些特殊的細菌，使用超臨界二氧化碳滅菌需要提供苛刻的條件，但這個條件有可能損傷醫(yī)療器械，諸如非包膜病毒，其沒有包膜結(jié)構(gòu)，因此要滅殺這一類細菌需要提高滅菌溫度，但高溫可能使得器械損傷，針對這一點有研究者提出過綜合技術(shù)方案，該方案是將超臨界二氧化碳技術(shù)與PAA滅菌劑相互結(jié)合，可以在不影響器械的基礎(chǔ)上消滅非包膜病毒細菌。表1為超臨界二氧化碳常見滅菌條件。

3.超臨界二氧化碳技術(shù)滅菌效果驗證

3.1軟組織和硬組織材料

以往軟組織和硬組織材料醫(yī)療器械滅菌是一大難題，傳統(tǒng)方法不能有效實現(xiàn)目的，或者會對器械造成損傷，但超臨界二氧化碳技術(shù)解決了這些問題，能在不影響器材的基礎(chǔ)上實現(xiàn)滅菌。首先針對軟組織，這種物質(zhì)屬于異種移植物，在脫細胞與去除蛋白質(zhì)的過程中并不會出現(xiàn)免疫原性或者是其他問題，因此采用其他技術(shù)很可能導(dǎo)致污染，但超臨界二氧化碳技術(shù)不存在污染現(xiàn)象。以脫細胞心臟瓣膜滅菌工作為例，只需要在超臨界二氧化碳中添加過氧乙酸、過氧化氫即可滅菌，滅菌效果高達100%，是目前唯一能保得到無菌保障水平認可的有效滅菌方法，且使用時不會引起細胞結(jié)構(gòu)變化。

3.2天然材料

針對天然材料，超臨界二氧化碳技術(shù)的滅菌機制比較特殊，其主要能減弱材料化學(xué)結(jié)構(gòu)與性能方面的有害作用，隨即進行滅菌。以藻酸鹽水凝膠為例，采用超臨界二氧化碳技術(shù)進行滅菌，能夠降低酸鹽講解作用，使得其中天然聚合物膜機械性能得以保留，故器械的生物相容性良好。又如淀粉氣凝膠材料，超臨界二氧化碳技術(shù)能避免材料復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)受到影響，滅菌后依舊可以投入使用。

3.3人工合成材料與紡織物材料

針對人工合成材料與紡織物關(guān)于合成材料的醫(yī)療器械，這一類器械普遍是用于植入人體的，因此在使用前必須進行滅菌處理，而.超臨界二氧化碳技術(shù)具有去除末反應(yīng)單體的作用，這能讓材料純化，質(zhì)量更高，同時超臨界二氧化碳的滅菌作用可充分發(fā)揮，不會導(dǎo)致材料出現(xiàn)熱和機械性能變化。以被污染醫(yī)療導(dǎo)管為例，其材料為人工合成材料，有研究者使用超臨界二氧化碳技術(shù)進行了滅菌處理，結(jié)果顯示滅菌率達到99%以上，且多次用顯微鏡觀看，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管并沒有發(fā)生變化。其他研究也表明，超臨界二氧化碳技術(shù)對人工合成材料、紡織物材料的影響很小，諸如通過量熱法得知，超臨界二氧化碳在聚乳酸（人工合成材料）滅菌中并不會影響其生物相容性與結(jié)構(gòu)。因此總體上，超臨界二氧化碳的滅菌效果優(yōu)秀，不會對材料造成影響，故醫(yī)療器械在滅菌后能繼續(xù)投入使用或者存放，說明技術(shù)應(yīng)用價值突出，值得推廣。

4.結(jié)語

綜上，醫(yī)療器械滅菌對滅菌技術(shù)有兩大要求，一是滅菌效果要徹底，作用范圍要廣泛，而是滅菌技術(shù)不得對醫(yī)療器械造成影響。在這兩項要求下，超臨界二氧化碳技術(shù)可能是目前極少數(shù)滿足要求的滅菌方法，只要根據(jù)工作要求調(diào)整技術(shù)條件與參數(shù)，即可實現(xiàn)滅菌，且不會造成額外影響。

【參考文獻】

[1]鮮海，劉舒云，眭翔，等.基于超臨界二氧化碳萃取的復(fù)合技術(shù)在同種異體骨體外處理的應(yīng)用[J].瀘州醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2018，041（003）：P.205-209.

[2]胡凱，楊輝，晁園，等.超臨界二氧化碳技術(shù)用于醫(yī)療器械滅菌的探討[J].中國醫(yī)療器械雜志，2020，044（003）：236-241.