电子束辐照灭菌对医用外科口罩细菌过滤效率的影响

徐玉茵（通信作者），周岩，韩颖，周静，储旭，黄培灿

1 河南省医疗器械检验所 （河南郑州 450000）；2 河南省驼人医疗科技有限公司 （河南新乡 453000）

世界卫生组织于2020年3月11日宣布新型冠状病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19）疫情已呈全球大流行趋势[1]。基于目前的流行病学调查，新型冠状病毒肺炎的潜伏期为1～14 d，多为3～7 d，潜伏期具有传染性，传播途径主要为经呼吸道飞沫和密切接触传播[2]。疫情形势严峻，国家卫生健康委疾控局发布的《预防新型冠状病毒感染的肺炎口罩使用指南》指出，口罩是预防呼吸道传染病的重要防线，可以降低新型冠状病毒感染风险[3]。因此，无论是战斗在一线的医护人员，还是普通的人民群众，都对医用外科口罩等医疗防护用品的需求量极大。

医用外科口罩等医疗防护用品在出厂前通常需要灭菌，环氧乙烷（ethylene oxide，EO）是医疗器械的常用广谱灭菌剂，一定剂量能够保证医疗器械达到无菌状态，但EO 是易燃易爆的有毒气体，与人体长期接触可引起细胞畸变和癌变[4]。因此，医疗器械采用EO 灭菌后，需要7～14 d 的解析时间，使EO 残留量不超过10 μg/g 才能投入临床使用[5]。与EO 灭菌比较，辐照灭菌具有速度快、无残留、无污染等优势，近年来被广泛用于医疗器械的灭菌中[6]。电子束辐照作为辐照灭菌的一种，是利用高能电子加速器产生的高能大功率电子束，直接或间接破坏微生物的核酸核糖、酶等生物大分子结构，从而达到灭菌的目的[7]。但有研究表明，常规的聚丙烯材料经过辐照灭菌后老化降解严重，对原有的机械性能有较大的损伤，而聚丙烯是生产口罩熔喷层的常用原料[8-9]。本研究探讨电子束辐照灭菌对医用外科口罩细菌过滤效率的影响，现报道如下。

1 仪器与试剂

1.1 仪器

细菌过滤效率（bacterial filtration efficiency，BFE）检测仪（青岛众瑞智能仪器有限公司，ZR-1000）；恒温恒湿培养箱（Binder，KBF 240 E6）；电热鼓风干燥箱（Binder，BINDER Feb115 E3）；全自动菌落分析系统（Interscience，Scan 4000）；生物安全柜（Nuaire，NU-425-600S）；高压蒸汽灭菌器（PHCbi，MLS-378IL-PC）；超净工作台（苏洁医疗器械有限公司，CVJ1500-Y）。

1.2 试剂

胰酪大豆胨液体培养基（tryptic soy broth，TSB）（北京三药科技开发有限公司）；硫乙醇酸盐流体培养基（fluid thioglycollate medium，FTM）（北京三药科技开发有限公司）；胰酪大豆胨琼脂培养基预制平板（贝瑞特生物技术有限责任公司）；营养琼脂培养基（北京三药科技开发公司）；金黄色葡萄球菌ATCC6538（中国工业微生物菌种保藏管理中心）。

1.3 实验样品的分组和处理

1.3.1 无菌实验

取厂家1、厂家2、厂家3的同批次口罩各50只，分为实验组和对照组。实验组各厂家样品各30只，分为3、4、5 kGy 3个辐照剂量，每个剂量各厂家10只样品；对照组分为EO灭菌组和未灭菌样品组，每组各厂家10只样品。

1.3.2 BFE 实验

取厂家4的同批次口罩50只，分为实验组和对照组，其中实验组样品40只，分为5、10、15、20 kGy 4个辐照剂量，每个剂量10只样品；对照组为10只未灭菌样品。

2 实验方法

2.1 无菌实验

无菌实验按照2015版《中华人民共和国药典》四部1101规定的实验方法进行[10]，取1.3.1中处理后的口罩样品，以无菌操作拆包装，于样品的不同部位分别剪取约1 cm×3 cm 的供试品分别加入FTM 和TSB 中，置于30～35 ℃和20～25 ℃下培养14 d，每天观察并记录培养管状态。

2.2 BFE 实验

BFE实验按照YY 0469-2011《医用外科口罩》标准附录B中的方法进行[5]，将1.3.2中处理后的口罩样品在温度21 ℃、湿度80%的条件下预处理4 h，配制浓度为5×105cfu/ml的金黄色葡萄球菌悬液，用BFE检测仪检测，采样气体流速设置为28.3 L/min，时间2 min，其中输送菌悬液时间为1 min，用胰酪大豆胨琼脂平板收集细菌气溶胶；实验结束后，取出平板在37 ℃下培养 48 h，然后对细菌颗粒气溶胶形成的菌落形成单位（阳性孔）进行计数，并使用阳性转化表将其转换为可能的撞击颗粒数，结果按 YY 0469-2011 标准中公式计算，要求BFE不小于95% 。

3 结果

3.1 无菌实验结果

与未灭菌组比较，EO 灭菌组和3、4、5 kGy 3个辐照剂量灭菌组均无菌生长，表明低剂量电子束辐照对口罩有灭菌效果，见表1。

3.2 BFE 实验结果

与未灭菌组比较，4个辐照剂量灭菌组的BFE 显著降低（P<0.01），表明电子束辐照对口罩的BFE 有显著影响，见表2。

4 讨论

医用外科口罩以非织造布材料为原材料，由面罩、定形件、束带等组件加工而成。面罩部分由熔喷层和纺粘层构成，其中由聚丙烯组成的熔喷层是口罩的过滤层[8]。过

表1 无菌实验结果

表2 BFE 实验结果

滤层通过扩散沉积、截留沉积、惯性沉积、静电吸引沉积等物理作用实现对微小颗粒物和病原微生物的高效挡截[11-12]。医用外科口罩在使用前常需要经过灭菌处理，以保证最终灭菌产品微生物存活概率不高于10-6。EO 灭菌作为使用最广泛的灭菌方式，具有穿透性强、对物品损坏小等优势，但由于其具有毒性大、解析周期长等缺点，难以满足疫情期间大量医用防护用品的灭菌需求[13]。电子束辐照灭菌具有灭菌周期短、无有害残留等优势，能够大幅缩短口罩的灭菌周期，缓解COVID-19疫情期间的治疗、防疫一线医用外科口罩的巨大缺口。

本研究结果表明，医用外科口罩采用低剂量电子束辐照即可达到灭菌效果，但是口罩的BFE 却显著降低（P<0.01），明显低于YY 0469-2011标准中规定的口罩BFE应不小于95%的要求[6]。BFE 降低后的口罩无法有效阻隔细菌和病毒，面对COVID-19类的急性感染性传染病，不能起到应有的保护作用，所以不建议口罩生产企业使用电子束辐照对口罩类产品进行灭菌。由于口罩的过滤性能与熔喷层的纤维结构有着密切的关联[14]，在后期的研究中，我们将进一步探讨电子束辐照对口罩熔喷层物理性能的影响。

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