輻照滅菌對醫(yī)用一次性防護服材料性能的影響

陳明，付釗，馮毅，高晉梅，張發(fā)勇，郭亞秋，魏曉翠，馬寧(通信作者)， 李岱岳(通信作者)

1 河北省藥品醫(yī)療器械檢驗研究院 (河北石家莊 050024)；2 河北科技大學生物科學與工程學院 (河北石家莊 050018)；3 河北省藥品職業(yè)化檢查員總隊 (河北石家莊 050024)；4 河北省藥品審評中心 (河北石家莊 050024)

人體接觸到外部的細菌、病毒時容易引起感染[1]，尤其在醫(yī)療行業(yè)，大部分醫(yī)療器械和防護用品都與人體直接接觸，如果防護不當，可能會造成大規(guī)模的病毒感染，從而對患者和醫(yī)護工作者的生命安全造成影響。為解決這一問題，醫(yī)療防護用品在生產(chǎn)完成后都要經(jīng)過滅菌處理，從而達到“無菌水平”。所謂無菌，是指醫(yī)療防護用品上無微生物存活的狀態(tài)，但這是一種理想狀態(tài)下的絕對情況，在實際生產(chǎn)過程中，用于確定無菌的具體量化要求而定義的無菌保證水平為不超過10-6[2]。其中，醫(yī)用一次性防護服最常用的滅菌方式為環(huán)氧乙烷滅菌和輻照滅菌。

2019年12月，新型冠狀病毒肺炎疫情在武漢暴發(fā)并蔓延至全國，疫情防控初期，醫(yī)用一次性防護服一度出現(xiàn)嚴重短缺的狀況。傳統(tǒng)的環(huán)氧乙烷滅菌技術需要7～14 d的解析時間，無法滿足防護服的需求量。針對此現(xiàn)象，國務院聯(lián)防聯(lián)控醫(yī)療物資保障組印發(fā)《醫(yī)用一次性防護服輻照滅菌應急規(guī)范(臨時)》，2020年2月12日，采用該標準的首批輻照滅菌醫(yī)用一次性防護服完成滅菌工藝，開始為抗擊疫情發(fā)揮作用。與環(huán)氧乙烷滅菌相比，輻照滅菌的解析時間僅需1 d，大大縮短了出廠時間，提高了醫(yī)療防護用品的供應保障效率。

輻照滅菌技術主要是利用電磁射線，通過加速電子照射物料殺死其中的微生物。在適宜的劑量下，物料的溫度在輻照處理過程中升高的幅度很??；輻照滅菌技術的輻照劑量是比較均勻的，而且輻照強度也易于控制。常用的輻照滅菌技術包括60Co輻照和電子束輻照兩種。

60Co輻照滅菌是利用輻射源60Co放出的射線輻射微生物，使其生理結構遭到破壞進而達到殺菌的目的[3]，其原理主要是輻照的能量大于分子鍵能，由鈷源產(chǎn)生的γ射線或電子加速器產(chǎn)生的電子束，甚至X線，可作用于微生物，使其分子電離，化學鍵斷裂，直接或間接破壞核糖核酸、酶，使微生物失去合成蛋白質(zhì)的能力，進而使細胞死亡，從而起到滅菌的作用[4]。電子束輻照滅菌是利用高能電子加速器產(chǎn)生的高能電子束激發(fā)電子的直接作用和-H自由基、-OH自由基的生成，從而破壞微生物的蛋白質(zhì)、核酸核糖、酶等結構，達到滅菌的效果[5-6]。與傳統(tǒng)的環(huán)氧乙烷滅菌相比，輻照滅菌的優(yōu)點主要包括滅菌時間較短、效率較高、滅菌后無化學殘留、可以立即使用、滅菌徹底、無污染、操作簡便、節(jié)約能源等[7-8]。在全球范圍內(nèi)，輻照滅菌技術早已在醫(yī)療用品的消毒滅菌過程中得到廣泛應用。疫情暴發(fā)之前，我國并未使用輻照滅菌技術對醫(yī)用一次性防護用品進行滅菌，主要原因為該技術成本較高，但在應對突發(fā)緊急狀況時，輻照滅菌發(fā)揮了巨大的作用。需要注意的是，經(jīng)輻照滅菌后的醫(yī)用一次性防護服材料是否受損，仍需進一步進行研究。

本研究首先對A企業(yè)的醫(yī)用一次性防護服滅菌前后的斷裂強力進行了比較，從而確定了輻照滅菌技術對醫(yī)用一次性防護服材料性能的影響情況；其次，參照GB 19082-2009[9]《醫(yī)用一次性防護服技術要求》，對B企業(yè)經(jīng)不同輻照劑量滅菌后的醫(yī)用一次性防護服的液體阻隔性能(抗?jié)B水性、透濕量、抗合成血液穿透性、表面抗?jié)裥?、斷裂強力、斷裂伸長率、過濾效率、抗靜電性)和滅菌效果進行測定，從而確定輻照劑量對防護服性能的影響及更適合國標要求的輻照劑量。

1 材料與儀器

A企業(yè)提供的醫(yī)用一次性防護服包括兩批材料，均為部分采用電子束輻照滅菌，部分未滅菌；B企業(yè)提供的醫(yī)用一次性防護服采用不同劑量電子束進行輻照滅菌。

所用儀器包括：靜水壓測試儀及其配件，SDLATLAS，M018；電子天平，梅特勒-托利多，BP210S；恒溫恒濕箱，美墨爾特，ICH-110；數(shù)字壓力表，康斯特，ConST211；織物表面抗?jié)裥栽囼瀮x，山東紡織儀器所，LFY-214；萬能拉力試驗機，英斯特朗，3365；自動濾料儀，美國TSI，8130-1；滾筒摩擦機，山東紡織儀器所，LFY-403A；織物摩擦帶電荷量測試儀，山東紡織儀器所，LFY-403。

2 方法

2.1 輻照滅菌前后斷裂強力的變化情況

對A企業(yè)的兩批醫(yī)用一次性防護服經(jīng)20 kGy的輻照滅菌前后的斷裂強力分別進行同批次間比較，為減少因輻照不均產(chǎn)生的誤差，每批進行5次平行試驗。

2.2 輻照滅菌對物理性能的影響測試

對B企業(yè)的同批次醫(yī)用一次性防護服分別施加4～25 kGy的輻照劑量，并進行下列測試，從而確定隨著輻照劑量的變化醫(yī)用一次性防護服物理性能的變化情況，得到最佳的輻照劑量范圍。

2.2.1抗?jié)B水性試驗

抗?jié)B水性試驗參照GB/T 4744-1997 《紡織織物 抗?jié)B水性測定 靜水壓試驗》[10]中規(guī)定的靜水壓試驗進行：在溫度(20±2)℃、濕度(65%±4%)條件下調(diào)濕樣品，擦凈夾持裝置表面的試驗用水，夾持調(diào)濕后的試樣，使試樣正面與水接觸；夾持試樣，確保在測試開始前試驗用水不會因受壓而透過試樣；以(6.0±0.3)kPa/min[即(60±3)cmH2O)]的上升速率對試樣施加持續(xù)遞增的水壓，記錄試樣上第3處水珠出現(xiàn)時的靜水壓值；如果第3處水珠出現(xiàn)在夾持裝置的邊緣，且導致第3處水珠的靜水壓值低于同一樣品其他試樣的最低值，則剔除此數(shù)據(jù)，增補試樣另行試驗，直到獲得正常試驗結果為止。

2.2.2透濕量試驗

透濕量試驗參照GB/T 12704-1991《織物透濕量測定方法 透濕杯法》[11]中規(guī)定的吸濕法進行：向清潔、干燥的透濕杯內(nèi)裝入無水氯化鈣，并使無水氯化鈣成一平面，裝填高度為距試樣下表面位置3～4 mm；將試樣測試面朝上放置在透濕杯上，裝上墊圈和壓環(huán)，旋上螺帽，再用乙烯膠粘帶從側面封住壓環(huán)、墊圈和透濕杯，組成試驗組合體；迅速將試驗組合體水平放置在已達到規(guī)定試驗條件的試驗箱里，經(jīng)過0.5 h平衡后取出，迅速蓋上杯蓋，放在20 ℃左右的硅膠干燥器中平衡30 min，按編號逐一稱量得到吸濕前樣重m1；除去杯蓋，迅速將試驗組合體放入試驗箱內(nèi)，經(jīng)過1 h試驗后取出，迅速蓋上杯蓋，放在20 ℃左右的硅膠干燥器中平衡30 min，按編號逐一稱量得到吸濕后的樣重m2。

2.2.3抗合成血液穿透性試驗

在每個防護服樣品上隨機裁取75 mm×75 mm的試驗樣品，將試驗品水平放置在試驗臺上，防護服材料正常外表面面向試驗槽放入槽內(nèi)；以垂直方向?qū)⒋┩冈囼灢垩b入試驗儀器中，排放閥向下，將穿透試驗槽的螺釘慢慢擰至13.5 N·m，關閉排放閥，用注射器將50 ml的合成血液緩慢從上部注入穿透試驗槽內(nèi)，觀察5 min，若未穿透，逐漸加壓至1.75 kPa，并保持壓力5 min。

2.2.4表面抗?jié)裥栽囼?/p>

在溫度(20±2)℃、濕度(65%±3%)條件下調(diào)濕樣品24 h，從織物的不同部位至少取3塊試樣，每塊試樣尺寸至少為180 mm×180 mm，在(20±2)℃、(65%±3%)條件下調(diào)濕樣品4 h，用夾持器夾緊試樣，放在支座上，試驗時試樣正面朝上；將250 ml試驗用水迅速而平穩(wěn)地倒入漏斗，持續(xù)噴淋25～30 s，噴淋停止后，立即將夾有試樣的夾持器拿開，使織物正面向下幾乎成水平，然后對著一個固體硬物輕輕敲打一下夾持器，水平旋轉(zhuǎn)夾持器180°后再輕輕敲打夾持器一下，敲打結束后觀察試樣正面濕潤程度。

2.2.5斷裂強力與斷裂伸長率試驗

斷裂強力與斷裂伸長率試驗參照GB/T 3923.1-1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》[12]規(guī)定的樣條法進行：在溫度(20±2)℃、濕度(65%±4%)條件下調(diào)濕樣品，從每一個試驗室樣品剪取兩組試樣，一組為徑向或縱向試樣，另一組為緯向或橫向試樣，每組試樣至少應包括5塊試樣，每塊試樣的有效寬度應為50 mm，長度應能滿足200 mm；對斷裂伸長率小于或等于75%的織物，隔距長度為(200±1)mm；對斷裂伸長率>75%的織物，隔距長度為(100±1)mm，根據(jù)織物的斷裂伸長或伸長率，設定拉伸速度；在鐵鉗中心位置夾持試樣，以保證拉力中心線通過鐵鉗的中點；開啟試驗儀，拉伸試樣至斷脫，記錄斷裂強力(單位：N)、斷裂伸長率(單位：%)，如果試樣在鉗口處滑移不對稱或滑移量大于2 mm時，舍棄試驗結果。

2.2.6過濾效率試驗

過濾效率是指防護服關鍵部位材料及接縫處對非油性顆粒的過濾效率，應使用在相對溫度(25±5)℃、濕度(30%±10%)環(huán)境中的氯化鈉氣溶膠或類似的固體氣溶膠進行試驗；空氣流量設為(15±2)L/min，氣流通過的截面積為100 cm2。

2.2.7抗靜電性試驗

抗靜電性試驗參照GB/T 12703-1991《紡織品靜電測試方法》[13]規(guī)定的紡織品靜電測試方法進行：在溫度(20±2)℃、濕度(35±5)%、風速0.1 m/s以下的環(huán)境中，將試樣在模擬穿用狀態(tài)下(扣上紐扣或拉鏈)放入摩擦裝置，運轉(zhuǎn)15 min；運轉(zhuǎn)完畢后取出試樣(需戴絕緣手套)投到法蘭第筒，注意操作過程中試樣應距離法蘭第筒以外的物體300 mm以上；用法蘭第筒測出試樣的帶電量；重復5次操作，每次操作后靜置10 min，并用消電器對試樣及轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的標準布進行消電處理。

2.3 不同輻照劑量對滅菌效果的影響

按照HQB/GC J/S101-2020《快速檢測生物指示物實驗室方法》對A企業(yè)的同批次經(jīng)4～25 kGy輻照處理的醫(yī)用一次性防護服進行測定，從而確定隨著輻照劑量的變化微生物指示物的變化情況，以確定最佳輻照劑量范圍。

首先，在無菌條件下，無菌操作取出已滅菌的生物指示劑菌條2個，分別用無菌鑷放入2支TSB培養(yǎng)基試管中，蓋蓋密封，另取未滅菌的生物指示劑菌條1個，同法操作，作為陽性對照；其次，將加入生物指示劑菌條的培養(yǎng)基試管放入33 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)1 d；最后，觀察結果，如果加入已滅菌的菌條培養(yǎng)基狀態(tài)未發(fā)生變化，表明結果為陰性，如果培養(yǎng)基渾濁、顏色變黃或未變色，表明結果為陽性，同時陽性對照的培養(yǎng)基渾濁、顏色變黃或未變色證明試驗有效。

3 結果

3.1 輻照滅菌前后斷裂強力的變化

由圖1和圖2的結果可知，A企業(yè)的兩批產(chǎn)品在10次試驗中，滅菌前后的斷裂強力均>45 N，符合國家標準的要求，但是與滅菌前的斷裂強力相比，大部分樣品滅菌后都出現(xiàn)了斷裂強力下降的現(xiàn)象。批次1樣品滅菌前的斷裂強力在63.0～72.0 N之間，滅菌后斷裂強力的范圍為53.4～63.8 N；批次2樣品滅菌前的斷裂強力在60.0～69.5 N之間，滅菌后斷裂強力的范圍為50.5～60.6 N。這一結果說明，經(jīng)輻照滅菌后醫(yī)用一次性防護服斷裂強力降低，對防護服的質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響，但下降范圍在10 N左右，均在可接受的范圍之內(nèi)。

圖1 批次1樣品輻照滅菌前后的斷裂強力

圖2 批次2樣品輻照滅菌前后的斷裂強力

3.2 輻照滅菌劑量對防護服性能的影響

3.2.1抗?jié)B水性

GB/T 4744-1997規(guī)定，靜水壓試驗中織物關鍵部位所能承受的靜水壓應≥1.67 kPa。本研究結果顯示，在4～25 kGy的輻照劑量范圍內(nèi)，醫(yī)用一次性防護服的靜水壓值均遠高于1.67 kPa，符合標準規(guī)定的靜水壓值，經(jīng)輻照滅菌后防護的抗?jié)B水性符合要求，因測試數(shù)據(jù)偏大，均超過標準要求的15倍，故輻照滅菌劑量對抗?jié)B水性的影響可忽略不計，見表1。

3.2.2透濕量

GB/T 12704-1991規(guī)定，吸濕法試驗中織物的透濕量應≥2 500 g/(m2·d)。本研究結果顯示，在4～25 kGy的輻照劑量范圍內(nèi)，醫(yī)用一次性防護服的透濕量在2 600～3 300 g/(m2·d)之間，均>2 500 g/(m2·d)，符合標準要求，且無明顯變化趨勢，輻照劑量對透濕量的影響較小，見表1。

3.2.3抗合成血液穿透性及表面抗?jié)裥?/p>

GB 19082-2009規(guī)定，抗合成血液穿透性應不低于標準分級中的2級要求，即1.75 kPa，表面抗?jié)裥詰坏陀诜雷o服外側沾水等級的3級要求。本研究結果顯示，在4～25 kGy的輻照劑量范圍內(nèi)，醫(yī)用一次性防護服的抗合成血液穿透性以及表面抗?jié)裥跃蠘藴室?，見?。

3.2.4斷裂強力及斷裂伸長率

GB/T3923.1-1997規(guī)定，樣條法試驗中織物關鍵部位的斷裂強力應≥45 N，斷裂伸長率應≥15%。本研究結果顯示，醫(yī)用一次性防護服用品的徑向斷裂強力在91.2～113.4 N之間，緯向斷裂強力在65.3～91.7 N之間，均高于國家標準中要求的45 N。劑量為4～8kGy的樣品徑向斷裂伸長率在123.6%～126.4%之間，緯向斷裂伸長率在118.7～126.8%之間，劑量為8kGy以上的樣品徑向、緯向斷裂伸長率均超出測量范圍(128.0%)，見表1。

由圖3可知，在輻照劑量為4～25 kGy的范圍內(nèi)，隨著輻照劑量的增加，醫(yī)用一次性防護服的徑向及緯向斷裂強力整體呈現(xiàn)下降趨勢，但是下降幅度不大，試驗過程中斷裂強力出現(xiàn)波動可能是因為材料不均勻及輻照不均勻所致。因此，輻照劑量對醫(yī)用一次性防護服的斷裂強力產(chǎn)生了一定影響，從圖中下降趨勢可以看出，斷裂強力整體大概下降10 N左右，但均未低于國家標準的最低要求45 N。

圖3 輻照劑量對防護服斷裂強力的影響

3.2.5過濾效率

GB 19082-2009規(guī)定，防護服關鍵部位材料及接縫處對非油性顆粒的過濾效率應>70%。本研究結果顯示，關鍵部位的過濾效率均>99.3%，接縫處的過濾效率均>99.1%，因此，經(jīng)輻照滅菌后，醫(yī)用一次性防護服均達到了較好的過濾效率，且無明顯變化，見表1。

3.2.6抗靜電性

GB/T 12703-1991規(guī)定，紡織品靜電測試中織物帶電量應≤0.6。本研究結果顯示，輻照劑量從4～18 kGy不斷增加的過程中，樣品的帶電量出現(xiàn)了上升的趨勢，但是在輻照劑量達到18 kGy之后，帶電量不再繼續(xù)上升，并且出現(xiàn)了下降的趨勢，所以輻照劑量在4～25 kGy的范圍內(nèi)時，樣品帶電量呈現(xiàn)出來先上升后下降的趨勢，輻照劑量的變化對醫(yī)用一次性防護服的抗靜電性產(chǎn)生了一定影響，但并未超出國家標準所要求的帶電量，見表1。

表1 輻照滅菌對醫(yī)用一次性防護服物理性能及滅菌效果的影響

3.2.7無菌

表1中快速檢測微生物指示物的結果表明，在輻照劑量為4～8kGy時，檢測結果呈陽性，說明8 kGy以下的輻照劑量不足以殺滅微生物，無法滿足醫(yī)用一次性防護服的滅菌要求，輻照劑量在12～25 kGy范圍時，檢測結果呈陰性，可以用于防護服的滅菌。

4 討論

本研究結果表明，與滅菌前相比，輻照滅菌后A企業(yè)的醫(yī)用一次性防護服的斷裂強力下降了10 N左右。在4～25 kGy輻照劑量范圍內(nèi)，B企業(yè)的醫(yī)用一次性防護服的物理性能中的各項指標均符合國家標準要求：抗?jié)B水性及斷裂伸長率測試結果均滿足并遠超標準要求，輻照劑量對其影響可忽略不計；抗合成血液穿透性及表面抗?jié)裥詾橥ㄟ^性測試，全部滿足標準要求，輻照劑量對其影響可忽略不計；過濾效率普遍表現(xiàn)好，未因輻照劑量的增加而受影響；隨著輻照劑量的增加，帶電量出現(xiàn)上升趨勢，抗靜電性降低，斷裂強力呈現(xiàn)下降的趨勢，輻照劑量在12～25 kGy時，微生物指示物檢測指標合格，滅菌效果較好。因此，在控制好劑量的情況下，輻照滅菌后的醫(yī)用一次性防護服各項指標均可達到國家標準要求，但是其物理性能，尤其是斷裂強度，會因輻照劑量增加明顯下降，這主要是因為我國目前的防護服材料基本采用聚丙烯無紡布為主，其耐輻照性能較差，老化降解情況嚴重。

綜上所述，相較于傳統(tǒng)的環(huán)氧乙烷滅菌方式，輻照滅菌具有快速高效的優(yōu)勢，但是受材料、成本等條件制約，要將輻照技術轉(zhuǎn)化為醫(yī)用一次性防護服等醫(yī)用產(chǎn)品的常態(tài)化滅菌方式還面臨很多挑戰(zhàn)。