超临界二氧化碳技术用于医疗器械灭菌的研究

谷晓伟

【摘要】为了使用超临界二氧化碳技术进行医疗器械灭菌，本文将展开相关研究，主要论述该项技术的特点与可行性，后分析技术灭菌灭活能力，最终介绍技术基本应用方法，并以种异体及异种移植生物材料、天然材料、人工合成材料与纺织物材料的医疗器械为例，验证技术灭菌效果。

【关键词】超临界二氧化碳技术;医疗器械;灭菌灭活

0.引言

医疗器械灭菌是现代医疗工作的重要环节，即如果医疗器械上存在大量细菌，或者是病毒细菌，在器械使用中就可能出现病菌感染，造成不必要的医疗事故，甚至还会引起纠纷，因此现代医院基本都有明文规定，医疗工作者必须定期对医疗器械进行灭菌。但医疗器械灭菌具有一定难度，为保障灭菌效果必须采用相关技术手段，而超临界二氧化碳技术就是行之有效的手段之一，采用该项技术能够灭杀大部分细菌，且灭杀效果良好，满足当前医疗器械灭菌需求，故为了推广该项技术，有必要对技术灭菌应用展开相关研究。

1.超临界二氧化碳技术的特点与可行性

1.1特点

超临界二氧化碳技术的核心是超临界二氧化碳，这是一种超临界流体，介于液体、气体之间，属于中间性质的物质相态，因此超临界二氧化碳同时具备液体密度、气体黏度与扩散性的特征，能够在一定温度与压强环境下进入超临界状态，即压力达到7.39MPa、温度达到31.1℃。超临界二氧化碳的特点为：第一渗透性良好，尤其是针对多孔、复杂结构材料，其渗透性极强，能够进入材料结构深处;第二可作为低分子量、低极性分子的溶剂，性能非常优异;第三低反应性，基本不会出现自由基与反应物，故不会对其他物体造成破坏;第四无毒、不残留、无异味，绿色环保性良好。以上这些特点，使得超临界二氧化碳十分适合用于医疗器械灭菌，不仅不会对医疗器械造成影响，还能深入器械结构内部进行清理，故清理效果良好[1]。

1.2可行性

超临界二氧化碳的灭菌机理，目前学术界比较认可的一种说法是“酸化机制”，即细胞外部与内部二氧化碳相结合会出现多种细胞活力程度机制，其中就包括酸化机制，该机制是指细胞质和细胞外介质的酸化，要实现这一点需要将二氧化碳在微生物水性培养基中溶解，之后能转化为碳酸，同时形成碳酸氢根和氢离子，随后细胞外的pH值降低，这样破坏细胞膜的结构，因此细胞膜更加通透，而二氧化碳就能进一步渗入细胞，渗入之后二氧化碳最初会慢速使细菌活性降低，随即当渗入深度达到一定水平，灭活效果会迅速增高，大量二氧化碳能在极短的时间内使得细菌失去活性，酸性物质在其中主要起到推动作用，以大肠杆菌为例，超临界二氧化碳可以破坏大肠杆菌的细胞膜，使得细胞内的物质外泄，从而让细胞活性降低，超临界二氧化碳渗入深度越高，则细胞内物质泄露量越大，细胞活性降低速度越快，同时二氧化碳还会让细胞内部pH值降低，使得蛋白、酶大量失活，细胞无法进行生理代谢活动，最终实现灭活。可以看出，超临界二氧化碳具有良好的灭菌作用，能让细菌失去活性，且这种作用对于绝大部分细菌而言都有效，说明在医疗器械灭菌中超临界二氧化碳可行性良好[2]。

2.超临界二氧化碳技术灭菌灭活能力

超临界二氧化碳的灭菌灭活能力取决于两个要素，即初始条件、灭菌参数，在不同条件下超临界二氧化碳灭活能力存在差异，若条件良好超临界二氧化碳可以同时杀灭多种菌属的细菌，但考虑到灭活效果，在实际应用中还是要根据细菌类型来确认初始条件与灭菌参数，即超临界二氧化碳对细菌细胞的深入主要借助热、化学物质，在常规初始条件与灭菌参数下，二氧化碳能够成果灭菌，但多数孢子形态的细菌对热、化学物质的渗透有较高抵抗力，常规初始条件与参数并不能实现灭菌，这时就要对初始条件与灭菌参数进行调整，诸如延长灭菌时间、提高操作温度、使用添加剂提高灭菌参数等，这样能改变超临界二氧化碳灭菌能力结构，使其具有针对性，实现孢子灭菌。另外，面对一些特殊的细菌，使用超临界二氧化碳灭菌需要提供苛刻的条件，但这个条件有可能损伤医疗器械，诸如非包膜病毒，其没有包膜结构，因此要灭杀这一类细菌需要提高灭菌温度，但高温可能使得器械損伤，针对这一点有研究者提出过综合技术方案，该方案是将超临界二氧化碳技术与PAA灭菌剂相互结合，可以在不影响器械的基础上消灭非包膜病毒细菌。表1为超临界二氧化碳常见灭菌条件。

3.超临界二氧化碳技术灭菌效果验证

3.1软组织和硬组织材料

以往软组织和硬组织材料医疗器械灭菌是一大难题，传统方法不能有效实现目的，或者会对器械造成损伤，但超临界二氧化碳技术解决了这些问题，能在不影响器材的基础上实现灭菌。首先针对软组织，这种物质属于异种移植物，在脱细胞与去除蛋白质的过程中并不会出现免疫原性或者是其他问题，因此采用其他技术很可能导致污染，但超临界二氧化碳技术不存在污染现象。以脱细胞心脏瓣膜灭菌工作为例，只需要在超临界二氧化碳中添加过氧乙酸、过氧化氢即可灭菌，灭菌效果高达100%，是目前唯一能保得到无菌保障水平认可的有效灭菌方法，且使用时不会引起细胞结构变化。

3.2天然材料

针对天然材料，超临界二氧化碳技术的灭菌机制比较特殊，其主要能减弱材料化学结构与性能方面的有害作用，随即进行灭菌。以藻酸盐水凝胶为例，采用超临界二氧化碳技术进行灭菌，能够降低酸盐讲解作用，使得其中天然聚合物膜机械性能得以保留，故器械的生物相容性良好。又如淀粉气凝胶材料，超临界二氧化碳技术能避免材料复杂纳米结构受到影响，灭菌后依旧可以投入使用。

3.3人工合成材料与纺织物材料

针对人工合成材料与纺织物关于合成材料的医疗器械，这一类器械普遍是用于植入人体的，因此在使用前必须进行灭菌处理，而.超临界二氧化碳技术具有去除末反应单体的作用，这能让材料纯化，质量更高，同时超临界二氧化碳的灭菌作用可充分发挥，不会导致材料出现热和机械性能变化。以被污染医疗导管为例，其材料为人工合成材料，有研究者使用超临界二氧化碳技术进行了灭菌处理，结果显示灭菌率达到99%以上，且多次用显微镜观看，发现导管并没有发生变化。其他研究也表明，超临界二氧化碳技术对人工合成材料、纺织物材料的影响很小，诸如通过量热法得知，超临界二氧化碳在聚乳酸（人工合成材料）灭菌中并不会影响其生物相容性与结构。因此总体上，超临界二氧化碳的灭菌效果优秀，不会对材料造成影响，故医疗器械在灭菌后能继续投入使用或者存放，说明技术应用价值突出，值得推广。

4.结语

综上，医疗器械灭菌对灭菌技术有两大要求，一是灭菌效果要彻底，作用范围要广泛，而是灭菌技术不得对医疗器械造成影响。在这两项要求下，超临界二氧化碳技术可能是目前极少数满足要求的灭菌方法，只要根据工作要求调整技术条件与参数，即可实现灭菌，且不会造成额外影响。

【参考文献】

[1]鲜海，刘舒云，眭翔，等.基于超临界二氧化碳萃取的复合技术在同种异体骨体外处理的应用[J].泸州医学院学报，2018，041（003）：P.205-209.

[2]胡凯，杨辉，晁园，等.超临界二氧化碳技术用于医疗器械灭菌的探讨[J].中国医疗器械杂志，2020，044（003）：236-241.