湿热灭菌及其工艺验证
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化学指示带
颜色变化显示 及颜色渐变显示 Indicators vs. Integrators
热力学原理
温度是能量测试的手段； 一个系统以及它的周围环境的温度变化引起了热量传递
传导 分子振动可以传递能量，此时物体本身方位没有发生变化 对流 受热液体的移动引起热量的转化 辐射 通过电磁波转化能量
热力学
过热现象主要由以下因素引起： － 在使用点附近压力突然下降； － 灭菌柜夹套温度高于腔体温度。
检测标准（ HTM 2010第3部）
• 不冷凝气体
– 每100毫升置换水中非冷凝气体体积不超过3.5毫升；
• 过热值
– 过热值不超过25°C ；
• 干燥值
– 干燥值不低于0.9 (或，装载物为金属时，不低于 0.95)。
b) 设计值 N0 = 102 D121˚C = 1.0 分钟
c) 计算SAL达到10－6所需的F值 F 121˚C = (log102 - log10-6) x D 121˚C = 8 分钟
F0 ＝ 8分钟即可达到 SAL 10-6的效果. 这个设计值是非常保守的。
程序研发
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
灭菌机理 生物指示剂 热代动力学指标
灭菌机理
固定的试验温度下，微生物致死率设定曲线
微生物残存公式 Log NF = -F/DT + Log No
灭菌机理
D值
一定温度下微生物被杀灭９０％或下降一个对数单位所需的时间, 负倒数的关系（值越大,越难杀灭），受以下因素影响：
• 使用的微生物 • 微生物贮存条件 •复苏和培养条件 •灭菌柜工作时间 •起始温度 •培养基悬置及复苏类型 •灭菌后段持续时间及温度 • 蒸汽饱和度 • 包装情况
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
微生物杀灭的数学模式：
残存曲线公式: LogNF = -F/DT + log N0
换算成F值的形式: F T,Z = (LogN0 - LogNF) x DT
（N0初始微生物数量） （DT微生物在T温度和Z值下的耐热参数） （NF灭菌F分钟后的残存数） （FT，Z T度下的等效灭菌时间）
Use Overkill Design Approach
Section 4.1.1
Porous Section 4.2.1
Air removal
Yes
challenge
No
concerns?
Section 4.4
Load Type?
Liquid Section 4.2.2
Is air
Yes
overpressure
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
例1：热不稳定待灭菌物品的灭菌程序选择：
a) 根据生物负荷检测结果（数量，抵抗力） N0 初始微生物少于１０个 D121˚C < 0.25 分钟（不到半分钟）
b) 设计值 N0 = 102 D121˚C = 0.4 分钟
c) 计算SAL达到10－6所需的F值 F121˚C = (log102 - log10-6) x D121˚C = 3.2 minutes
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
• 装载类型的界定：
根据产品的热稳定性与否做出设计之后, 工艺研发的下一步即为：明确待灭 菌物品的理化性质 ，相关影响因素有：容器、包装、装载模式等
根据理化性质决定多孔／固体物品还是液体物品，并且根据蒸汽的热穿透 性来划定待灭菌物品的灭菌程序
• 对灭菌介质的要求：
蒸汽 压缩空气 冷却水
设计方法
装载类 型
工艺类型
程序开发
性能确认
•过热 •受产品特性限制
•液体 •多孔
•饱和蒸汽 • 预真空 • 重力置换
•空气过压 • 空气－蒸汽物 （SAM）
• 过热水喷淋
•参数设定 • 加热段 • 灭菌段 • 灭菌后段
•l理化 •温度分布 •热穿透 •生物特性
灭菌工艺是一门学问
持续控制
•常规放行 •程序评估 •系统适用性 •再验证 •变更管理
Can Product
Be In Direct
No
Contact With
W ater?
Yes
Use Superheated Water Process Section 4.3.2.2
Use SAM Process Section 4.3.2.1
Use Any Moist Heat Process
Section 4.3
FPhysical Fphy用以描述基于循环中物理参数指标计算而得的F值
FBiological FBio值通过 DT x LR来计算, 即实际杀灭生物指示剂中微生物量的多少来 衡量, DT 是生物指示剂在参考温度下的D值,LR是整个过程中BI的实际下 降值.
灭菌过程的指示剂
种类较多，但一般涉及两种： 生物指示剂（BI）常用的有： G. stearotheermophilus, Clostridium sporogensis Bacillus coagulans Bacillus subtilis
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
一般分成两大类:
饱和蒸汽方法
预真空 重力置换（旧式，限于实验室）
空气过压方法
汽气混合（SAM）
过热水喷淋
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
预真空程序
通过机械泵或蒸汽导入的方法将灭菌腔体的空气赶走，之后再进入到灭 菌阶段
灭菌机理
Z值：温度相关因子：温度变化系数：D值变化一个对数单位，灭菌 温度升高或下降的度数
灭菌机理
L杀灭率及
F值，即：一定温度下的灭菌时间
L灭菌率 灭菌率是通过参考温度（ Tref ）和固定Z值的指数公式来计算的: L = 10(T-Tref/z).
F值 F值反映的是一个过程时间中的综合灭菌值
Fo 标准灭菌时间 Tref = 121.1˚C 及 Z=10˚C 时的等效灭菌时间
湿热灭菌及其工艺验证
第37届药物制剂论坛 中国医药生物技术协会 暨第四届消毒与灭菌技术专题研讨会 2009.06 SH
深圳赛诺菲巴斯德生物制品有限公司 刘文 wen.liu@sanofipasteur.com
内容
9 概述 9 灭菌工艺及其验证的结构 9 湿热灭菌基础 9 研发阶段的几个步骤 9 确认阶段的几个步骤
持续控制
•常规放行 •程序评估 •系统适用性 •再验证 •变更管理
工艺研发
总述
一般经过这些步骤：
• 建立设计需求 • 确定装载类型 • 选择程序类型 • 确定参数
程序研发：决策树
Yes
Heat Labile
No
Materials?
Use Product Specific Design Approach Section 4.1.2
支持性法规依据
9 TM1: PDA Validation of Moist Heat Sterilization Processes: Cycle
Design, Development, Qualification and Ongoing Control 9 EU Guideline to GMP Medicinal Products fro Human and Veterinary
蒸汽质量测试
不冷凝气体 来源于蒸汽发生器，可由蒸汽本身携带的气体如：空气、氮气、二氧化氮等,可以在 蒸汽发生器出口夹在蒸汽中，将原本纯净的蒸汽、气相的水变成了蒸汽和气体的混 合物。 干燥值 检测蒸汽中携带的液态水的含量,与蒸汽中潜在热相关联. 一个0至100%水的指标对 应1.0无液相水。除了引起装载物过湿现象之外，蒸汽干燥度小于1时，其能量也明 显小于纯的饱和蒸汽。干燥度值可以通过检测加以确定，所得的数值多为近似值。 过热值 蒸汽温度在一定压力下超过水蒸发时的平衡曲线温度. 就杀灭微生物的半对数指标 而言，蒸汽须为饱和状态，即在特定压力下温度达到某一数值。过热时，微生物的 致死率会低于在规定温度下应达到的数值。
Ongoing Control
Temperature Specification Range
(GL add bracket)
TEMPERATURE / PRESSURE
Cycle Start
Chamber Pressure
Load Temperature
Atmospheric Pressure (Pressure)
残存概率法
假设产品的微生物限度中： N0＝102 D121＝1分钟
Z＝10°C
利用上面的，可以计算出微生物残存概率小于10－6所需的物理及生物杀 灭力如下：
F0=FPHY= FBIO=D121*(LogN0-LogNF)=8分钟
灭菌工艺及其验证的结构
验证
研发阶段
确认阶段
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
物料装载： 待灭菌物品直接与蒸汽接触。根据物品的疏密程度再分成两类
多孔类，如：滤器、胶塞、软管、工作服等. 硬物，如清洁设备、机器配件，主要针对物品表面进行灭菌
液体装载： 密闭容器最终灭菌。两步热传递：容器表面、内容物。有时称之为非孔性装载
Use Annex 1 9 GB 18278 《医疗保健产品灭菌确认和常规控制要求 工业湿热灭菌》 9 British Std. BS EN 285: Sterilization- steam sterilizers-large
sterilizers
湿热灭菌基础
作为灭菌程序的设计、研发及确认的基 础，先要了解基本的技术参数，包括：
No
needed?
Section 4.3.2
Is an existing
Yes
pre-vacuum sterilizer
available ?
Use Pre-Vacuum Process
Section 4.3.1.1
No
Use Gravity Displacement Process
Section 4.3.1.2
F0 ＝ 3.2分钟即可达到 SAL 10-6的效果. 这时候应加强微生物限度的监控
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
例2：热不稳定待灭菌物品的灭菌程序选择：
a) 根据生物负荷检测结果（数量，抵抗力） N0 初始微生物少于102 个 D121˚C < 0.25 分钟（不到半分钟）
验证
研发阶段
确认阶段
设计方法
wenku.baidu.com
装载类 型
工艺类型
程序开发
性能确认
•过热 •受产品特性限制
•液体 •多孔
•饱和蒸汽 • 预真空 • 重力置换
•空气过压 • 空气－蒸汽物 （SAM）
• 过热水喷淋
•参数设定 • 加热段 • 灭菌段 • 灭菌后段
•l理化 •温度分布 •热穿透 •生物特性
灭菌工艺是一门学问
• 适用于细小管道，滤器及分装配件，这些内部空气不易排除的物品
• 因为较难保持高真空状态，而这又是有效去除空气的必要条件，所以灭菌柜生产商多会 开发真空脉冲系统，让蒸汽注入与抽真空交替进行
• 一般来说，脉动真空能有效去除空气，并迅速将蒸汽填补到真空位置，热力及潮湿环境 加速残余空气的去除
• 脉冲的次数选定依装载量而定
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
用于无菌操作的物品在灭菌后使用前应保持无菌包装状态
• 应在A区下贮存及装配
• 即要保证有足够的蒸汽热穿透，又要确保空气及冷凝水在灭菌后段的去除，提 供一个微生物无法附着的保护屏障， 这一点需要得到平衡。
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
Temperature Setpoint
Chamber / Drain Temperature
Process Development
Design Approach
Load Types
Process Types
Process Qualification
Cycle Development
Performance Qualification
Evacuation / Steam Charge
Positive Pulses
TIME
Chamber Come Up
Exposure Time
Post Exposure Evacuation
概述
湿热灭菌的两种方法: 过度杀灭法
假设 L＝10（T－T0）／Z N0＝106 D121＝1分钟
Z＝10°C
将数据代入公式，得L＝1,再按计算，达到微生物残存概率为10－6所需 的物理及生物杀灭力如下
物理杀灭力(FPHY)为12分钟； 生物杀灭力为FBIO=D121*(LogN0-LogNF)=12分钟
颜色变化显示 及颜色渐变显示 Indicators vs. Integrators
热力学原理
温度是能量测试的手段； 一个系统以及它的周围环境的温度变化引起了热量传递
传导 分子振动可以传递能量，此时物体本身方位没有发生变化 对流 受热液体的移动引起热量的转化 辐射 通过电磁波转化能量
热力学
过热现象主要由以下因素引起： － 在使用点附近压力突然下降； － 灭菌柜夹套温度高于腔体温度。
检测标准（ HTM 2010第3部）
• 不冷凝气体
– 每100毫升置换水中非冷凝气体体积不超过3.5毫升；
• 过热值
– 过热值不超过25°C ；
• 干燥值
– 干燥值不低于0.9 (或，装载物为金属时，不低于 0.95)。
b) 设计值 N0 = 102 D121˚C = 1.0 分钟
c) 计算SAL达到10－6所需的F值 F 121˚C = (log102 - log10-6) x D 121˚C = 8 分钟
F0 ＝ 8分钟即可达到 SAL 10-6的效果. 这个设计值是非常保守的。
程序研发
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
灭菌机理 生物指示剂 热代动力学指标
灭菌机理
固定的试验温度下，微生物致死率设定曲线
微生物残存公式 Log NF = -F/DT + Log No
灭菌机理
D值
一定温度下微生物被杀灭９０％或下降一个对数单位所需的时间, 负倒数的关系（值越大,越难杀灭），受以下因素影响：
• 使用的微生物 • 微生物贮存条件 •复苏和培养条件 •灭菌柜工作时间 •起始温度 •培养基悬置及复苏类型 •灭菌后段持续时间及温度 • 蒸汽饱和度 • 包装情况
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
微生物杀灭的数学模式：
残存曲线公式: LogNF = -F/DT + log N0
换算成F值的形式: F T,Z = (LogN0 - LogNF) x DT
（N0初始微生物数量） （DT微生物在T温度和Z值下的耐热参数） （NF灭菌F分钟后的残存数） （FT，Z T度下的等效灭菌时间）
Use Overkill Design Approach
Section 4.1.1
Porous Section 4.2.1
Air removal
Yes
challenge
No
concerns?
Section 4.4
Load Type?
Liquid Section 4.2.2
Is air
Yes
overpressure
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
例1：热不稳定待灭菌物品的灭菌程序选择：
a) 根据生物负荷检测结果（数量，抵抗力） N0 初始微生物少于１０个 D121˚C < 0.25 分钟（不到半分钟）
b) 设计值 N0 = 102 D121˚C = 0.4 分钟
c) 计算SAL达到10－6所需的F值 F121˚C = (log102 - log10-6) x D121˚C = 3.2 minutes
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
• 装载类型的界定：
根据产品的热稳定性与否做出设计之后, 工艺研发的下一步即为：明确待灭 菌物品的理化性质 ，相关影响因素有：容器、包装、装载模式等
根据理化性质决定多孔／固体物品还是液体物品，并且根据蒸汽的热穿透 性来划定待灭菌物品的灭菌程序
• 对灭菌介质的要求：
蒸汽 压缩空气 冷却水
设计方法
装载类 型
工艺类型
程序开发
性能确认
•过热 •受产品特性限制
•液体 •多孔
•饱和蒸汽 • 预真空 • 重力置换
•空气过压 • 空气－蒸汽物 （SAM）
• 过热水喷淋
•参数设定 • 加热段 • 灭菌段 • 灭菌后段
•l理化 •温度分布 •热穿透 •生物特性
灭菌工艺是一门学问
持续控制
•常规放行 •程序评估 •系统适用性 •再验证 •变更管理
Can Product
Be In Direct
No
Contact With
W ater?
Yes
Use Superheated Water Process Section 4.3.2.2
Use SAM Process Section 4.3.2.1
Use Any Moist Heat Process
Section 4.3
FPhysical Fphy用以描述基于循环中物理参数指标计算而得的F值
FBiological FBio值通过 DT x LR来计算, 即实际杀灭生物指示剂中微生物量的多少来 衡量, DT 是生物指示剂在参考温度下的D值,LR是整个过程中BI的实际下 降值.
灭菌过程的指示剂
种类较多，但一般涉及两种： 生物指示剂（BI）常用的有： G. stearotheermophilus, Clostridium sporogensis Bacillus coagulans Bacillus subtilis
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
一般分成两大类:
饱和蒸汽方法
预真空 重力置换（旧式，限于实验室）
空气过压方法
汽气混合（SAM）
过热水喷淋
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
预真空程序
通过机械泵或蒸汽导入的方法将灭菌腔体的空气赶走，之后再进入到灭 菌阶段
灭菌机理
Z值：温度相关因子：温度变化系数：D值变化一个对数单位，灭菌 温度升高或下降的度数
灭菌机理
L杀灭率及
F值，即：一定温度下的灭菌时间
L灭菌率 灭菌率是通过参考温度（ Tref ）和固定Z值的指数公式来计算的: L = 10(T-Tref/z).
F值 F值反映的是一个过程时间中的综合灭菌值
Fo 标准灭菌时间 Tref = 121.1˚C 及 Z=10˚C 时的等效灭菌时间
湿热灭菌及其工艺验证
第37届药物制剂论坛 中国医药生物技术协会 暨第四届消毒与灭菌技术专题研讨会 2009.06 SH
深圳赛诺菲巴斯德生物制品有限公司 刘文 wen.liu@sanofipasteur.com
内容
9 概述 9 灭菌工艺及其验证的结构 9 湿热灭菌基础 9 研发阶段的几个步骤 9 确认阶段的几个步骤
持续控制
•常规放行 •程序评估 •系统适用性 •再验证 •变更管理
工艺研发
总述
一般经过这些步骤：
• 建立设计需求 • 确定装载类型 • 选择程序类型 • 确定参数
程序研发：决策树
Yes
Heat Labile
No
Materials?
Use Product Specific Design Approach Section 4.1.2
支持性法规依据
9 TM1: PDA Validation of Moist Heat Sterilization Processes: Cycle
Design, Development, Qualification and Ongoing Control 9 EU Guideline to GMP Medicinal Products fro Human and Veterinary
蒸汽质量测试
不冷凝气体 来源于蒸汽发生器，可由蒸汽本身携带的气体如：空气、氮气、二氧化氮等,可以在 蒸汽发生器出口夹在蒸汽中，将原本纯净的蒸汽、气相的水变成了蒸汽和气体的混 合物。 干燥值 检测蒸汽中携带的液态水的含量,与蒸汽中潜在热相关联. 一个0至100%水的指标对 应1.0无液相水。除了引起装载物过湿现象之外，蒸汽干燥度小于1时，其能量也明 显小于纯的饱和蒸汽。干燥度值可以通过检测加以确定，所得的数值多为近似值。 过热值 蒸汽温度在一定压力下超过水蒸发时的平衡曲线温度. 就杀灭微生物的半对数指标 而言，蒸汽须为饱和状态，即在特定压力下温度达到某一数值。过热时，微生物的 致死率会低于在规定温度下应达到的数值。
Ongoing Control
Temperature Specification Range
(GL add bracket)
TEMPERATURE / PRESSURE
Cycle Start
Chamber Pressure
Load Temperature
Atmospheric Pressure (Pressure)
残存概率法
假设产品的微生物限度中： N0＝102 D121＝1分钟
Z＝10°C
利用上面的，可以计算出微生物残存概率小于10－6所需的物理及生物杀 灭力如下：
F0=FPHY= FBIO=D121*(LogN0-LogNF)=8分钟
灭菌工艺及其验证的结构
验证
研发阶段
确认阶段
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
物料装载： 待灭菌物品直接与蒸汽接触。根据物品的疏密程度再分成两类
多孔类，如：滤器、胶塞、软管、工作服等. 硬物，如清洁设备、机器配件，主要针对物品表面进行灭菌
液体装载： 密闭容器最终灭菌。两步热传递：容器表面、内容物。有时称之为非孔性装载
Use Annex 1 9 GB 18278 《医疗保健产品灭菌确认和常规控制要求 工业湿热灭菌》 9 British Std. BS EN 285: Sterilization- steam sterilizers-large
sterilizers
湿热灭菌基础
作为灭菌程序的设计、研发及确认的基 础，先要了解基本的技术参数，包括：
No
needed?
Section 4.3.2
Is an existing
Yes
pre-vacuum sterilizer
available ?
Use Pre-Vacuum Process
Section 4.3.1.1
No
Use Gravity Displacement Process
Section 4.3.1.2
F0 ＝ 3.2分钟即可达到 SAL 10-6的效果. 这时候应加强微生物限度的监控
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
例2：热不稳定待灭菌物品的灭菌程序选择：
a) 根据生物负荷检测结果（数量，抵抗力） N0 初始微生物少于102 个 D121˚C < 0.25 分钟（不到半分钟）
验证
研发阶段
确认阶段
设计方法
wenku.baidu.com
装载类 型
工艺类型
程序开发
性能确认
•过热 •受产品特性限制
•液体 •多孔
•饱和蒸汽 • 预真空 • 重力置换
•空气过压 • 空气－蒸汽物 （SAM）
• 过热水喷淋
•参数设定 • 加热段 • 灭菌段 • 灭菌后段
•l理化 •温度分布 •热穿透 •生物特性
灭菌工艺是一门学问
• 适用于细小管道，滤器及分装配件，这些内部空气不易排除的物品
• 因为较难保持高真空状态，而这又是有效去除空气的必要条件，所以灭菌柜生产商多会 开发真空脉冲系统，让蒸汽注入与抽真空交替进行
• 一般来说，脉动真空能有效去除空气，并迅速将蒸汽填补到真空位置，热力及潮湿环境 加速残余空气的去除
• 脉冲的次数选定依装载量而定
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
程序研发
工艺确认
性能确认
持续性控制
用于无菌操作的物品在灭菌后使用前应保持无菌包装状态
• 应在A区下贮存及装配
• 即要保证有足够的蒸汽热穿透，又要确保空气及冷凝水在灭菌后段的去除，提 供一个微生物无法附着的保护屏障， 这一点需要得到平衡。
设计方法
工艺研发
装载类型 工艺类型
Temperature Setpoint
Chamber / Drain Temperature
Process Development
Design Approach
Load Types
Process Types
Process Qualification
Cycle Development
Performance Qualification
Evacuation / Steam Charge
Positive Pulses
TIME
Chamber Come Up
Exposure Time
Post Exposure Evacuation
概述
湿热灭菌的两种方法: 过度杀灭法
假设 L＝10（T－T0）／Z N0＝106 D121＝1分钟
Z＝10°C
将数据代入公式，得L＝1,再按计算，达到微生物残存概率为10－6所需 的物理及生物杀灭力如下
物理杀灭力(FPHY)为12分钟； 生物杀灭力为FBIO=D121*(LogN0-LogNF)=12分钟