无菌医疗器械是指通过最终灭菌的方法或通过无菌加工技术使产品无任何存活微生物的医疗器械。作为医疗过程的参与者，无菌医疗器械的无菌性是关乎手术成败的关键性能，必须严格保证。
在实际生产过程中，灭菌过程被看作特殊过程，是医疗器械生产过程中的需要定期验证和重点控制的过程。
医疗器械灭菌方式有很多，我们今天介绍几个常用的灭菌方法：环氧乙烷灭菌、60Co-γ 辐照灭菌、高压蒸汽灭菌、甲醛蒸汽灭菌。
不同的产品设计适用的灭菌方法可能不同，因此，在产品涉及过程中，应对灭菌适应性进行分析，选择最适宜的灭菌方法。主要考虑因素有：器械结构和材质、灭菌方式的可行性及效率、微生物种类和污染程度等。
1 环氧乙烷灭菌
环氧乙烷 (ethylene oxide, EO)具有低温灭菌、灭菌范围广、穿透性强等特点，在医疗器械灭菌领域发展迅速。目前全球医疗器械的灭菌，大约一半的市场份额由环氧乙烷灭菌占据。
1.1 灭菌原理
EO是一种简单的环氧化合物，遇水可形成乙二醇，具有较大的蒸汽压，对物品的穿透性较强。如果要达到一定得灭菌效果，灭菌剂必须充分接触物品的各个表面，EO 的这种高穿透性大大提高了其灭菌效果。EO 对细菌、芽孢、真菌、立克次体和病毒等各种微生物具有杀灭作用，属于广谱杀菌剂，其灭菌机理是与细菌蛋白质分子、酶、核酸中的氨基、羟基、羧基相结合，产生烷基化作用，对菌体细胞的代谢产生不可逆的破坏，从而达到灭菌作用。包装也应考虑气体的通过性，一般纸塑袋使用较多，不能使用不透气的包装如铝膜袋等。
1.2 灭菌验证
环氧乙烷灭菌效果的影响因素有很多，必须经过严格的验证。环氧乙烷灭菌的验证包括以下 3 个步骤 ：
安装确认（IQ）：一要确认灭菌器随附文件和附件的完整性，如安装记录、图纸、计算机软件、计量装置的校准等,确保设备是合规生产，且部件完整；二要对灭菌器工作环境的符合性进行验证，如水质检测、安全要求等，确保设备的运行环境符合设计规范和法规要求；三是要验证灭菌器安装是否符合设备安装要求，要确认灭菌剂的浓度及质量状况，确保设备在规定的设计条件下运行。
操作确认（OQ）：在空载状态下，验证灭菌设备能力是否完善，是否能够保证性能指标满足灭菌工艺的要求，如温度分布试验、湿度分布试验、泄漏试验、真空速率试验、空气循环试验 ( 如使用 ) 等。
性能确认（PQ）：包括物理性能确认和微生物性能确认 ：物理性能确认，应书面证明过程的重现性，并且符合所有指定的可接受参数。这些过程包括预处理、处理、灭菌和通风阶段等，操作重现性确认一般至少需要3次连续运行，适当时进行微生物挑战试验。环氧乙烷是致癌物，通风次数和解析放置的温度与时长对环氧乙烷的残留的影响，也需要作出相应的评价。
微生物学性能验证，目的是应书面证明在灭菌过程后，产品的无菌性能已经达到特定的要求(SAL=10^-6)。
微生物性能验证的方法有：半周期法和生存曲线法和部分阴性法。
半周期法就是在除时间外其它所有过程参数不变的情况下，通过将EO作用时间(灭菌时间)依次减半进行试验，直至找到使被灭菌物品达到无菌的最短灭菌时间——即刚好能将生物指示物上的所有微生物杀灭的时间。用这一最短灭菌时间重复两次灭菌过程，若2次试验均能证明生物指示物上无菌生长，则这一最短灭菌时间就是半周期。灭菌工艺规定的实际灭菌时间应至少为半周期的2倍。
存活曲线法就是在除时间外其它所有过程参数不变的情况下，通过将EO作用时间(灭菌时间)依次递增灭菌时间重复进行灭菌试验，试验后直接对存活的试验菌进行计数，建立随时间变化的存活曲线。再根据存活曲线求出D值（即在设定条件下，杀灭90%试验菌所用的灭菌时间）。
部分阴性法就是在除时间外其它所有过程参数不变的情况下，进行重复灭菌，然后将样品进行微生物培养，观察是否有菌生长，然后根据一定的方法（如HSKP 法）计算D值。HSKP 法不要求数目相同的重复样本，也不要求相同的时间间隔，但应满足至少得到7组结果，其中至少有1组灭菌结果显示全部有菌生长，至少有4组显示部分有菌生长，至少有2组显示全部无菌生长。
这三种微生物性能鉴定方法中，半周期法是最简便和最常用的方法，但并不是很可靠的方法，因为严格来讲，生物指示剂的存活曲线是未知的，所以有条件的企业应该优先选用更严格、更可靠的存活曲线法或部分阴性法。
1.3 产品放行
日常监测中，需要监测预处理时的温度和湿度、处理过程中灭菌柜内的湿度和时间、整个灭菌过程的温度和压力、环氧乙烷已注入的证据、灭菌时间、解析时的温度和压力变化。最终只有生物指示物 (BI) 培养全部显阴性且灭菌过程参数在性能验证的参数范围内，产品才可以放行。
1.4 应用
EO 可用于不耐高温、不耐湿物品的灭菌，被认为是一种灭菌效果最好的化学灭菌剂，可杀死所有微生物包括细菌以及芽孢。EO 具有极强的穿透性，可用以各种难通透部位的灭菌，如有些较细、较长的导管用其他低温灭菌方法很难达到灭菌效果，而只能选择 EO或者辐照。EO 灭菌对物品的损害也较小，灭菌是利用烷基化原理而非氧化过程，对不耐热的材料及设备有着非常广泛的应用前景。
采用 EO 灭菌时，可以用各种包裹材料包裹，便于储存、运输，打开包装即可使用避免了交叉污染的危险，并且在灭菌过程中，有标准的化学、生物监测手段，从而可以有效的控制灭菌质量。
EO 灭菌的设备及产品包括 ：硬式和软式内镜，如：关节镜、气管镜、膀胱镜、胃镜、肠镜等； 医疗设备 , 如：麻醉设备、人工肾、透析设备、心肺机等 ；仪器 ：显微手术器、神经刺激器、压力计、针头、人工关节等；橡胶制品：导管、扩张器、引流管、气管内插管、手套、起搏器、心瓣膜、喷雾器等等。
2 60Co-γ 辐照灭菌
60Co-γ 射线灭菌技术的应用领域广阔，从最初对一次性使用的医疗用品灭菌拓展到医疗器械材料灭菌、医疗药品灭菌、食品灭菌保鲜、一次性生活用品灭菌、环境微生物污染治理等多个方面。60Co-γ 射线灭菌有很多的优点，如不用做生物指示物 (BI) 或产品的无菌实验、在灭菌过程中温度变化很小、射线可以到达器械管腔内部、灭菌后的产品不需要再处理，可以直接使用。但 60Co-γ 射线对高分子材料和包装材料破坏性有一定的破坏作用，因此在选择射线灭菌时，应验证材料的最大灭菌剂量，确认在经受灭菌剂量的辐射后，材料的性能不发生显著降低。灭菌站对人和环境也存在污染的风险，因此在 60Co-γ 射线的应用也受到了很大的限制。
2.1 灭菌原理
辐照技术是运用X射线、γ 射线或高速电子束等电力辐射产生的高能射线，在能量的传递和转移过程中，产生强大的物理效应和生物效应，达到杀虫、杀菌、抑制生理过程的目的。其原理主要是破坏细菌细胞中的 DNA 和 RNA，受损的DNA和RNA分子发生降解，失去合成蛋白质和遗传功能，使细胞死亡。
60Co-γ 射线直接破坏微生物的 DNA、蛋白质和酶而致死，或者被微生物中的水吸收而激发或电离，产生激发的水分子、电子、水离子，或裂解为氢自由基、羟自由基，由此产生一系列的与 DNA、蛋白质、酶的氧化还原反应，致微生物死亡。
2.2 灭菌验证
辐照灭菌的验证包括以下主要内容：
安装确认：确认辐射源 ( 源的活性或加速器的参数 )、传送系统、附属设施 ( 包括相关的软件 )、计量装置的计量状态、工作环境的符合性进行验证，如安全要求等。
操作确认 ：针对每个传送系统，通过测量不同位置的吸收剂量验证不同的辐照容器的计量分布，不同辐照容器以及容器内的不同位置的吸收剂量都在规定的范围内。一般在加源后、源的位置及形态改变、传送系统变化、辐照容器改变时都需要进行操作确认。
性能确认 ：包括物理性能确认和微生物性能确认 ：物理性能确认包括确认产品放装载模式、包括日
常产品的包装方式 ( 尺寸，密度等 )，剂量分布、包括最大和最小吸收剂量及位置，产品的最大可吸收剂量( 评价灭菌剂量对产品的影响 )。
微生物学性能验证，目的是应书面证明在灭菌过程后，产品的无菌性能已经达到特定的要求(SAL=10^-6)。
灭菌剂量对微生物性能有至关重要的影响，建立灭菌剂量的方法有 ：方法 1、方法 2 和 VDMax 法。
2.3 产品放行
辐照灭菌的产品批次放行采用参数放行，不需要进行无菌实验。通过放置在最大可吸收剂量点和最
小可吸收剂量点的剂量计，检测每批次灭菌的最大和最小剂量，最大和最小灭菌剂量在验证剂量的范围内，产品即可放行。这一放行准则是基于定期的辐照灭菌剂量审核，审核内容一般涉及到生物负载限度、微生物特性分析、建立灭菌剂量的方法等。
2.4 应用
在使用 60Co-γ 射线灭菌时，不同菌种，甚至同一菌株的不同发育阶段的抗辐射性均不同。一般来讲，细菌的营养细胞抗辐射性弱，芽孢的抗辐射性强。同一种菌株在不同介质中的抗辐射性也是不同的。在有抗菌剂存在的条件下，大多数菌的抗辐射性增强，在缺氧条件下，菌种的抗辐射性也有所增强。一般来说辐照剂量大，灭菌效果好。但是辐照剂量过大，对样品中的某些成分可能会有一定得影响，因此在具体的辐照实践中需要确定辐照剂量。
由于 γ 射线本身的能量大、辐射强，对物质损害大，对辐射灭菌产品的材质有一定的要求。有些产品在灭菌后出现了材质的强度、清晰度、颜色、生物相容性以及包装的完整性等方面的问题，有的是在辐射灭菌完成后不久便显现出来，这主要是因为部分企业的产品特别是所用的包装材料不适合辐射灭菌方式。
对于适合辐射灭菌的产品和材质的选择，在GB18280-2000《医疗保健产品灭菌确认和常规控制要求 辐射灭菌》的附录 A 中给出了器材材料和包装材料的确认方法 ；在 GB16352《一次性医疗用品 γ 射线辐射灭菌标准》的附录 C 中则较为详细的列举了适合辐射灭菌的医疗用品。
3 高压蒸汽灭菌
高压蒸汽灭菌是热力消毒方法中最普遍，效果最可靠的一种灭菌方法，其优点是蒸汽穿透力强，能杀灭所有微生物。
3.1 灭菌原理
高压灭菌是湿热消毒法的一种，其原理是：在密闭的蒸锅内，其中的蒸汽不能外溢，压力不断上升，使水的沸点不断提高，从而锅内温度也随之增加。在 0.1MPa 的压力即 103.4kPa(1.05kg/cm^2) 蒸汽压下，锅内温度达121℃，维持 15~30min。当温度超过细胞最佳生理活动的温度范围时，细胞代谢减缓，细胞的蛋白质、酶及核酸会被永久性破坏，从而导致细胞发生不可逆转的死亡。在此蒸汽温度下，可以很快杀死各种细菌及其高度耐热的芽孢，是最可靠、应用最普遍的物理灭菌法。
3.2 灭菌验证
灭菌验证一般分为以下几部分内容 ：
安装确认 ：一要确认灭菌器随机文件和附件的完整性，如安装记录、图纸、计算机软件、计量装置的校准 ( 温度表、压力表、时间计量表 ) 等，二要对灭菌器工作环境的符合性进行验证，如水质检测、安全要求等，三是要验证灭菌器安装是否符合设备安装要求，确认灭菌剂的浓度及质量状况。
操作确认 ：验证灭菌设备有能力在指定的允差范围内提供特定的过程，如热分布试验，包括空载热分布试验等。
性能确认 ：物理性能确认和微生物性能确认，包括满载热分布试验 ( 最高最低温度点 ) 热穿透试验等，生物指示物的使用等。
3.3 产品放行
日常监测中，需要监测预处理时的温度、整个灭菌过程的温度和压力等。最终只有生物指示物 (BI) 培
养全部显阴性且灭菌过程参数在性能验证的参数范围内，产品才可以放行。
3.4 应用
由于高压蒸汽灭菌本身具备不破坏产品表面并药品、药品溶液、玻璃器械、培养基等在高温高湿条件
下不发生变化或损坏的物质，均可以采用高压灭菌法。高压蒸汽灭菌已经被广泛的应用到各种生化实验室和医院，用于一些培养基、玻璃制品、生理盐水等的灭绝。
目前的高压蒸汽灭菌器的类型和样式较多，如 ：①下排气式压力蒸汽灭菌器是普遍应用的灭菌设备，压力升至 102.9kPa(1.05kg/cm^2)，温度达 l21~126℃，维持20~30min，可达到灭菌目的。②脉动真空压力蒸汽灭菌器已成为目前最先进的灭菌设备。灭菌条件要求：蒸汽压力 205.8kPa(2.1kg/cm^2)，温度达 l32℃以上并维持l0min，即可杀死包括具有顽强抵抗力的细菌芽胞在内的一切微生物。
高压蒸汽灭菌的注意事项 ：
(1)必须先用流通蒸汽或真空排除灭菌器腔内空气。若灭菌器内有空气存在，则压力表上所指示的压力是灭菌器内蒸汽和空气二者的总压，结果压力虽达到要求，但灭菌温度却达不到，达不到灭菌效果。
(2)灭菌时间必须是从全部装载的灭菌物均已达到灭菌温度时开始计算。
(3)装载方式的确定，不同的装载类型须验证确认，避免随意性。
(4)高压蒸汽灭菌器必须进行周期性验证。
4 甲醛蒸汽灭菌
低温蒸汽甲醛灭菌 (Sterilization by Low Temperature Steam Formaldehyde, LTSF) 是一种低温灭菌技术，使用负压低温蒸汽甲醛法可以对一些怕热怕湿的医疗器械进行灭菌。
4.1 灭菌原理
甲醛杀菌作用是阻止细菌核蛋白的合成，影响生物细胞代谢。一些研究指出，甲醛为强烷化剂， 其杀菌原理是一种非特殊性的烷基化作用，甲醛分子直接作用于细菌的菌体蛋白质、酶以及核酸的活性基团，使蛋白质链上的氨基、亚氨基、羟基、羧基等烷基化，从而破坏细菌的蛋白质，导致微生物的死亡。其中烷基化效应包括两种作用 ：一是可降低水对蛋白质的穿透、膨润作用，使其硬化 ；二是对核酸的烷基化反应，可导致病毒的灭活。
甲醛对细菌繁殖、芽孢、分枝杆菌、真菌和病毒等各种微生物都有高效的杀灭作用。甲醛对细菌病毒素亦有破坏作用，对肉毒杆菌素和葡萄球菌肠毒素，用 50g/L 甲醛水溶液作用 30min 可将其完全破坏。
4.2 灭菌验证
无菌生产环境甲醛蒸汽灭菌验证，验证的目的为甲醛灭菌的时间、排风时间及效果验证。确保无菌环境中用甲醛灭菌提供的空气环境始终符合国家《药品生产质量管理规范》对洁净室中空气浮游菌及表面细菌的规定。在准备甲醛蒸汽灭菌的房间取样点位置放入验证装置，指示物采用枯草杆菌芽孢。取样点数量根据灭菌区域面积确定。在无菌生产环境中取样点设置在分装机罩内、出瓶转盘、分装间回风口、分装间回风管、分装机底部。在灭菌后进行取样点菌片培养，将菌片接种于培养液中 37℃培养至 7d，若无菌生长则判断灭菌合格。
目前国内对低温甲醛蒸汽灭菌器功效检验尚没有标准，对低温甲醛蒸汽灭菌器的灭菌效果生物指示剂也没有专门研究定标，因此这将影响低温蒸汽甲醛灭菌技术的研究和推广应用。
甲醛熏蒸法灭菌目前使用较少，验证及产品放行准则可参照国际标准 ISO 25424:2009。
4.3 应用
常温常压下使用甲醛熏蒸消毒主要利用化学法和加热法产生甲醛气体。将福尔马林或多聚甲醛与某些强氧化剂如高锰酸钾、氯制剂等发生化学反应，通过化学产热促使甲醛气化。加热法是将福尔马林或多聚甲醛直接用电加热，使甲醛气化进行熏蒸消毒。有研究用每立方米 120ml 福尔马林与 60g 高锰酸钾混合反应产生甲醛气体熏蒸 1h，可使物体表面达到消毒，熏蒸 75min 可使尿管达到有效消毒 [5]。甲醛熏蒸消毒后会残留浓烈的甲醛刺激性气味，可以采用化学中和法进行消除。在熏蒸消毒结束后，在熏箱底层放入一定量的浓氨水继续熏蒸 30min 可以降低刺激性气味。
甲醛可用于对怕热怕湿怕腐蚀的医疗用品的消毒与灭菌，可采用低温蒸汽甲醛灭菌的器材主要有 ：外科器械、包括导气管、麻醉用具、关节镜、心导管、腹腔镜、膀胱镜等；诊疗器械有血氧合器、湿化器、注射器、呼吸机、乳胶导管、乳胶手套等 ；电子器材有植入电极、变压器、电位器、电容器、导线以及眼科手术使用的热敏器材等。
5 结论
医疗产品的灭菌方法多种多样，除了以上介绍的几种方法，还有过滤灭菌和等离子灭菌等，但都应用较少。对于一般医疗器械产品，医疗器械的灭菌方法已经比较成熟，已经还有多种方法可供选择，并且也有相关的成熟标准可供借鉴；如果产品具有独特的设计或材料选择，应在设计开发的初期就进行综合的灭菌方法适应性分析，对材料选择、产品结构、包装方式等进行统一的考量，以实现对医疗器械的无菌保证。