几十年来，环氧乙烷 (EO) 灭菌基本上没有改变，但最近的改变撼动了这个行业。对 EO 的致癌性质及声称来自灭菌设施的排放物水平的担忧，导致随后一些合约灭菌设施被关闭。EO 是一种具有许多优点的高效灭菌剂，但它也有毒性，并被美国环境保护署 (EPA) 列为已知的致癌物。
我们如何走到这一步？
目前的气候始于 2019 年 2 月，当时伊利诺斯州环境保护局向伊利诺斯州威洛布鲁克的 Sterigenics 工厂发出了封闭命令。随后，由于周边社区担心该地区可能出现更高的排放，佐治亚州的四家 EO 工厂被临时关闭。许多业内人士对灭菌工厂是唯一过错方的调查结果提出了质疑，因为在离灭菌工厂几英里远的一些地区，测量到的 EO 读数很高。需要注意的是，空气中的 EO 可以来自多种来源，包括汽车尾气、香烟烟雾、日常家居产品的生产、植物腐烂和其他。事实上，人体通过正常代谢过程会产生低水平的环氧乙烷1。
大约一半的医疗器械都是使用 EO 进行灭菌，仅在美国每年就有 200 亿个器械使用这种方法。这些灭菌工厂的关闭导致人们普遍担心关键医疗器械和用品短缺。这种短缺对制药业来说肯定是极其困难的，但目前的全球疫情大流行大大加剧了这种担忧。值得庆幸的是，佐治亚州的所有工厂都重新开放了，但 Sterigenics 决定永久关闭位于 Willowbrook 的工厂，理由是“不稳定的立法和监管环境”。由于客户被迫搬迁，其他灭菌工厂的生产能力受到限制。
美国食品和药品协会 (FDA) 担心这些潜在的短缺，对医疗器械和灭菌行业提出了两方面的挑战：1. 识别新的灭菌方法和技术；2. 减少环氧乙烷的排放。
EO 替代品面临的挑战
虽然切换到另一种方法看起来很简单，但研究为什么 EO 被如此广泛地使用却非常重要。每一种灭菌工艺的效果以及医疗器械材料与这些替代灭菌方式的兼容性通常决定了为什么选择一种工艺而不是其他工艺。EO 被认为是一种低温工艺（<55℃），用于对许多一次性热塑性塑料器械和部件进行灭菌。这些产品不能承受湿热灭菌的高温（通常是 121℃ 或 132℃）。
由于聚合物中可能发生交联和断链现象，许多塑料无法与辐射工艺（包括伽玛、电子束和 x 射线）等替代灭菌方式兼容。这些反应会导致不利的变化，导致材料产生裂缝、裂纹或变色。此外，许多替代灭菌方式（如二氧化氮、汽化过氧化氢、汽化过乙酸和超临界二氧化碳）都不像 EO 那样容易渗透到最难杀菌的位置。在某些情况下，灭菌剂可能永远无法到达最难灭菌的位置！尤其对于封闭、接合表面和一些狭长的管腔。然而，替代方法的另一个问题是，实际上没有任何一种方法能够像 EO 那样处理大规模产品灭菌。如前所述，仅在美国，EO 就被用于 200 亿个设备灭菌。许多 EO 灭菌器可以一次性灭菌 24 个或更多的托盘，而替代产品的处理能力成为一个限制因素。
EO 工艺变革
事实仍然是，今天没有一个可行的替代方法来替代 EO 对各种产品进行消毒的能力。EO 的独特之处在于它能够渗透到器械上难以消毒的位置，并能大规模地做到这一点。将会出现适合做替代品的小众产品，但最可行的选项是修改现有的 EO 工艺，并减少 EO 的使用量，从而减少排放。在我们讨论的同时，许多公司正在采取这种方式。
一些公司正在实施的 EO 工艺变革的一个例子涉及到一种使用极端过度方法的传统验证工艺。在 ISO 11135 的早期版本中，产品上最难以灭菌的位置是由灭菌专家确定的，并且每个位置至少接种了 1.0 x 106 CFU 的萎缩芽孢杆菌孢子。这种生物体是公认的 EO 灭菌 MRO（最耐受的生物体）。虽然这些工艺非常保守，而且有很大的安全边际，但这种验证实践使用高浓度 (>600 mg/L) EO 来杀死比自然产生的生物负载高几个数量级的生物挑战，导致了非常长的长周期。生物挑战在过去曾被放在真实器械上最难的位置，或被称为“过程挑战装置 (PCD)”的模拟挑战装置中。PCD 经常用于验证流程中。把生物指示剂放在 PCD 里面来模拟实际产品的抗性，并且使用 PCD 之后就不一定要使用实际器械。应当通过比较抗性测试来确定合适 PCD，以确保其具有与实际产品相当或更高的抗性。PCD 通常用于价格昂贵的产品，或者当最难消毒的位置难以进行接种的情况中。
尽管许多业内人士仍在使用这种方法，但 ISO 11135:2014 修订版提到，“PCD 对灭菌工艺的挑战，相当于或大于产品中最难灭菌位置的天然生物膜所带来的挑战。”生物指示剂 (BI) 不必放在产品中最难的位置。它必须证明在这些位置自然发生的生物细菌没有比 BI 更具有抗性。这种方法不仅可以缩短潜在的周期时间，而且还可以将气体浓度降低一半。一些公司已经成功地证明，当气体浓度为 300 毫克/升，甚至在某些情况下更低时，就具有必要的致死率。
EO 的未来
通过降低浓度和减少排放来减少 EO 使用量的好处是，这种方式是可持续的，因此工业可以继续使用这种急需的技术。此外，产品上的残留水平可能会降低，这有助于对冲 ISO 10993-7 标准未来可能发生的变化，即使它们已经达到 ISO 10993-7 中目前规定的限制。与所有变革一样，应该进行彻底的审查和风险评估，并且可能需要更新监管申报文件并通知相关机构。
由于这些更新的优化周期可能更短，气体浓度也低得多，因此任何可能影响灭菌剂穿透包装和进入产品的能力的因素都应该进行评估。使用更透气的材料（例如 DuPont™ Tyvek®）可以有助于灭菌剂渗透，并可能更有效地释放气体。产品设计可能需要结合气体通道。从包装、产品和流程的整体角度来看，这种“旧”灭菌方法可以再次成为新方法。
