两年前，在两家使用环氧乙烷（也被称为EtO或EO）对医疗器械进行消毒的工厂关闭后，FDA发现需要加快步伐防止灭菌资源短缺。这一威胁促使FDA在2019年7月对行业发起了两项挑战：确定新的灭菌方法和技术；减少EO排放。与此同时，FDA为医疗器械制造商和消毒机构启动了自愿主档案试点计划。

转眼至2021年，从伤口敷料到支架，环氧乙烷仍是医疗设备灭菌之王。这种可燃无色气体在这个行业如此流行的原因是，对于许多设备而言，使用环氧乙烷灭菌可能是唯一的方法，可以在过程中有效灭菌且不损坏设备。由某些聚合物（塑料或树脂）、金属或玻璃制成的医疗设备，或有多层包装或难以触及部位（如导管）的医疗设备，可能会采用环氧乙烷进行灭菌。

问题是，多年来呼吸含有高EtO水平的空气与某些癌症的风险增加息息相关，包括白血病（如非霍奇金淋巴瘤、骨髓瘤和淋巴细胞白血病）。还发现它会导致女性乳腺癌。这就是为什么美国环境保护局对排放环氧乙烷的灭菌设施进行监管的原因，目的是保护公众免遭重大风险。

替代医疗器械灭菌方法

2019年FDA向行业发出了第一个创新挑战，重点是为医疗设备确定替代灭菌方法，随后机构收到了大小公司的24份申请。FDA在其中选择了4名参与者和5种提交方案。

1.NovaSterilis – 超临界二氧化碳灭菌(scCO2) 
2.Noxilizer – 二氧化氮灭菌
3.STERIS – 基于加速器的辐射灭菌
4.STERIS – 汽化过氧化氢灭菌
5.TSO3，现为Stryker的一部分 – 汽化过氧化氢灭菌

FDA表示其针对该挑战制定了大量标准。其中一项主要标准是，该方法或技术应与用于制造医疗设备、包装材料或无菌屏障的大截面材料兼容。特别关注与EO灭菌兼容的材料、设备和屏障。第二项主要标准是该方法或技术是可扩展的，允许对大量设备展开有效杀菌。

2019年发表在《材料科学与工程》上的一篇论文称，研究人员已经探索(scCO2)作为医疗设备灭菌的替代方法超过15年。该技术的特点是使用低温、惰性和无毒介质。换句话说，它被认为比EO灭菌等传统方法更具侵入性。一项分析得出结论，用scCO2在含0.25%的水、0.15%的双氧水和0.5%的乙酸酐的溶液中杀菌，成功地灭活了包括细菌孢子内的大量微生物，即使是嵌入在水凝胶PCD和密封在特卫强袋中。研究人员（来自德国德累斯顿工业大学、德国wfk – Cleaning Technology Institute和爱尔兰国立高威大学）称，与传统的医疗器械杀菌方法相比，scCO2对多糖和胶原基生物材料的力学性能的损害更小。

特别是甲基纤维素的流变参数不受scCO2灭菌的影响，而经γ辐照的样品的粘度显著降低。由于在体外没有检测到添加剂的细胞毒性作用，因此采用推荐程序进行scCO2灭菌是一种有前景的方法，可替代现有灭菌方法。进一步的研究将包括其他敏感的生物材料，如壳聚糖和丝素，承载对灭菌敏感的功能蛋白的支架处理，以及体内生物相容性测试。

Noxilizer的创新挑战集中在二氧化氮杀菌方法的使用上，这并不奇怪。2016年，这家总部位于马里兰州巴尔的摩的公司获得了FDA 510(k)批准，可以使用其二氧化氮灭菌工艺对医疗器械进行最终灭菌。首席执行官Lawrence Bruder当时表示，这一里程碑式的发现证实了二氧化氮灭菌是制药公司的另一种选择，尤其是预灌装注射器、药物输送系统和其他面临环氧乙烷、γ辐射或其他传统灭菌方法挑战的医疗设备。

根据Noxilizer的说法，二氧化氮气体可在超低温(10℃至30℃）下杀菌，在有或没有真空和湿度的情况下都能发挥作用。该公司表示，二氧化氮灭菌方法的设计是为了让公司安全地在内部进行灭菌，极大地缩短了处理时间，使周转时间缩短了两到三天，并节省了50%或更多的运营成本。Noxilizer表示，使用二氧化氮进行医疗设备杀菌的其他优点是压力要求很小、无细胞毒性残留物以及快速的循环时间（2-4小时，包括曝气）。

STERIS将电子束辐照描述成一种产品被高能电子轰击并导致这些电子传递链通过目标材料的工艺。由正常电流产生的电子，通过加速器被加速至接近光速。电子被聚焦到一个特定大小的扫描角上，并以扫掠模式进行扫描，产生一个电子幕。随后产品按严格控制并按测定的速度穿过该扫描幕。STERIS说，这一过程本身发生在辐射防护屏背后，通常是一个大型混凝土结构，以防止辐射离开细胞。当扫描发生时，加速的电子可以灭活任何活微生物。

根据STERIS，电子束辐照可以穿透各种材料，并在几分钟内提供所需剂量，带来的优势如下：
• 优化处理时间
• 提高供应链效率
• 大大减少了对产品的氧化损伤
• 减少任何现有聚合物的色彩变化
• 被处理产品上无化学残留或感生放射性残留

STERIS和TSO3（现为Stryker的一部分）都提交了汽化过氧化氢灭菌作为医疗设备EO灭菌的替代方案汽化过氧化氢(VHP)是一种深度真空、低温蒸汽工艺，与广泛的聚合物材料兼容，使其成为一次性用品的有效医疗设备杀菌方法，包括植入物和带有电子器件的设备、药物输送装置和温度敏感设备。

VHP工艺包括三个阶段：处理、无菌暴露和后处理，STERIS表示所有阶段都在一个室内进行。总循环时间（从门关闭到门打开）通常是8小时或更短。然而，循环时间可能因产品组成、包装材料、温度和负载大小和配置而变化。该公司还指出，VHP可以安全分解为水和氧气，残留水平低，没有已知的氧化或变色影响。

去年，包装和灭菌专家在“无菌屏障包装：灭菌方式的影响”研讨会上探讨了无菌医疗器械包装和灭菌方法之间的复杂关系。Oliver Healthcare Packaging的高级首席工程师Jeremy Elwell探索了无菌屏障系统的设计和开发，而STERIS全球技术高级总监Brian McEvoy深入概述了环氧乙烷、辐射和汽化过氧化氢医疗设备杀菌方法。