无菌和植入性医疗器械精密清洗,提升材生物兼容性,降低医院感染率

发布时间: 2021年06月29日 浏览次数:233

中国在老龄化趋势以及心脑血管、骨科等疾病高发的背景下,心脑血管与骨科介植入器械市场需求巨大, 呈现进口替代与多学科融合并举的趋势。

中国已成为仅次于美国的世界第二大医疗器械市场,植入医疗器械属于第三类医疗器械的高端产品,是医疗器械产业中重要的产品门类。其中以骨科医疗器械为代表的植入医疗器械市场发展成功显著。植入高分子材料生产企业快速发展,中国临床技术已经达到国际一流水平。国家全面实施“健康中国”战略,国内植入物市场良好、规范发展,将更有助于提升人民群众的健康水平和生活质量。

▴ 图源:FORECREU

 

01 植入医疗器械清洗的必要性

 

为保障人民健康,2021年全国将对无菌和植入性医疗器械(含高值医用耗材)进行进一步的监督检查。精密清洗工作始终是无菌和植入性医疗器械生产工艺中必不可少的一道工序,将变得越来越重要。

▴ 图源:APS

按照医学定义,与人体组织、器官、破损皮肤、破损黏膜接触的医疗器械为高危险度物品,植入性医疗器械属于常见的高危险度物品,细分有创伤产、脊柱产品、骨科内固定器械、接骨板、骨螺钉、人工骨、同种异体骨、人工软骨、骨水泥、颅颌骨内固定系统、髓内钉、组织工程与再生医学、人工肌腱、人工韧带、人工软组织、人工椎间盘、人工纤维环等植入性医疗器械。

这些植入性医疗器械具有极高的感染风险,在使用前必须经过清洗灭菌。依据《医院感染管理办法》《医疗机构消毒技术规范》、WS 310.2-2016 医院消毒供应中心第-2部份《清洗消毒及灭菌技术操作规范》,T/CNAS 09-2019《医疗器械清洗技术操作》规定:任何植入性医疗器械上不允许有有机物、活体微生物以及任何残留污染物的存在。GMP要求在每次更换品种、批号或者生产工序完成后,要认真按清洗标准规程,对设备、容器或生产场所进行清洁或灭菌。系统元件的体积越来越小,在技术上越来越复杂,因此要达到优秀的质量水平也就越来越困难。现代精密清洗技术为高效杀菌消毒创造了条件,可提升植入医疗器械的生物兼容性,可预防医院感染事件的发生,降低医院感染率。

▴用于临床前实验的陶瓷材料YSZ 颅骨植入物材料  图源:UCR

▴永久植入人体的植入级VESTAKEEP®聚醚醚酮 图源:赢创

可植入人体的材料按材料种类可分为:金属材料、高分子材料、无机材料、复合材料、生物材料等。按材料与组织的相互作用关系可分为:可降解材料和非降解材料。

可降解材料是指在生物体内能被逐渐破坏(包括形态、结构破坏和性能蜕变),其降解产物能被机体吸收代谢、或自行分解而消失。在这个过程中,不应产生对人体有害的副产物。

对于体内可降解的高分子材料来言,一般分为天然与合成两大类。天然高分子材料包括明胶、甲壳素、透明质酸、纤维素等;合成高分子材料包括聚α-羟基酸、聚酸酐、聚原酸酯、聚磷腈等,其中聚α-羟基酸是目前可降解吸收材料领域研究和应用最为广泛的高分子材料。

 

02 新兴清洗技术的贡献

 

对于确定的植入性器械产品,清洗效果取决于清洗的过程。生产企业应当根据产品的生产工艺及污染情况,创造标准的清洗环境,选择适宜的清洗工艺。

清洗方法的选择一般应当考虑产品的材料、结构及清洗需要达到的效果等方面。医疗器械产品常见的清洗方法有手工清洗、自动化清洗,以及两种方法的结合。这两种清洗方法在实际生产中应用很广。随着医疗器械精密清洗的标准提升,新兴的超声波酶洗和等离子清洗技术在(半)自动化上得到应用。

▴图源:IONBOND

 

▐  超声波酶洗骨科植入器械

 

骨科植入器械中是医疗器械植入最重要的门类,通常是指通过手术植入人体以替代、支撑定位或者修复骨骼、关节和软骨等组织的高值医用耗材类。

进入人体组织或腔隙的各种骨科植入器械及其诊疗器械,操作后会附着大量的有机物,如果不能进行干净彻底地清洗,有机污物能保护微生物避免与消毒剂的直接接触,也能与消毒剂反应使之失活。由于骨科植入型器械在医疗器械中属于三类,是植入人体的高风险医疗器械,其安全性、有效性必须严格控制。

▴医用多酶低泡清洗剂  图源:朗索消毒

骨科植入器械有着严格的和非常高的清洁标准。传统方法一般使用高压蒸汽对物品进行灭菌,比如在高压灭菌器中。然而,现代医疗器械越来越复杂,例如有复杂的表面或者有着敏感元件,这对传统灭菌方法提出了挑战。

例如,许多现代医疗器械中使用的光纤元件,不能用高压蒸汽清洗,因为高温会损坏它们。此外,蒸汽清洗也不能充分到达最复杂的表面,以及植入物内部的每个表面。这需要一个替代的解决方案——超声波清洗。根据《消毒技术规范》,超声波酶洗成为骨科植入型器械精密清洗的一道必要流程。

▴图源:3DSCIENCEVALLEY

Novax DMA公司和德国3D打印服务商Alphaform公司合作,使用EOS 3D打印技术帮助一名需要颅骨植入手术的病人成功定制了颅骨植入物。对于材料多孔结构,孔的内部清洁难度很大。Alphaform应用多个步骤来进行清洗,如机械清洗、超声波清洗,使植入物达到医药级的标准。

多酶清洗剂是医用超声波清洗机常用的有效清洗剂。多酶清洗剂是一种复合多种生物酶的清洗剂,能有效分解人体各种分泌物、血液和组织液,包括蛋白质、脂肪、黏多糖及碳水化合物等。

多酶清洗剂通过超声波发生器在水中激发出冲击、震荡和微小气泡的力量,来吸引和剥离附着在器械上的污染物质,可以提高酶的活性,特性如下:

  • 分解人体分泌的各种有机物。通过酶的催化水解反应将蛋白质、脂肪、糖类等难溶于水的大分子有机污物最终分解为水溶性的的小分子物质,从而达到清洗的目的。
  • 多酶清洗剂可增加清洗时去除物体表面微生物的能力,进入管腔深部,渗透至管腔的所有表面,并分解有机污物,有效降低物体表面生物负荷。
  • 不仅能提高清洗质量和清洗效率,还可缩短清洗时间,减轻医务人员的劳动强度。
  • 不仅如此,超声清洗在3D打印医用植入物的早期阶段就已经被使用,可彻底清除基质从而生产一致可行的植入物。

超声波的冲击震荡能触及到人工作不能触及的盲管部和微细的构建部,从而提高清洗效果。其对于金属管腔、凹槽、纹路等手工不易清洗到的器械部位效果更好。

对保证消毒灭菌成功和控制交叉感染具有重要的意义。

 

▐  等离子清洗植入器械

 

无论是作为骨骼替代物、人造关节、牙种植体还是支架,植入技术已经相当普遍,很难想象没有了植入体,现代医学会是什么样子。每天都会有数百万个植入手术在进行。但是,植入体在被放置到人体内之前必须绝对清洁并且无菌。

▴Openair等离子技术  图源:Plasmatreat

等离子清洗技术在医疗器械中精密清洗中应用,实际上解决医疗器械材料表面处理的问题,解决医疗器械和人体生物相容性的问题。对一些特殊植入材料有良好的清洗及杀毒灭菌效果,用于提高材料亲水性、生物相容性、材料间粘接力:

  • 医疗植入人体导管或支架时人体会产生排斥,等离子处理使表面改性,提高基材表面亲润性,改善生物相容性。
  • 医用培养皿的表面消毒,增加基材表面亲润性,提高细胞贴壁能力。
  • 微流控技术中,等离子表面处理可提高流体的亲润性。

▴图源:普乐斯

该样品是应用于心脏有漏洞的患者。样品表面的粗糙度不够,不能涂上一层药物在表面,且与心脏表面贴合度不高。用真空等离子设备对样品表面进行处理,利用特殊气体电离产生的等离子对材料表面进行粗化。

等离子清洗适用于无菌和植入器械材料包括心脏补漏器、心血管支架、注射器、人工晶体、三维细胞培养支架、导尿管、穿刺头、诊断测试条、微流体生物芯片、培养皿、96孔酶标板等。

美国国家航空航天局 (NASA) 在一系列研究项目中清楚地证明了 等离子无菌微清洗的净化作用。等离子体在医疗技术的众多领域中已广泛得到应用,例如等离子体灭菌、等离子体清洗和等离子体净化等等。

▴图源:普乐斯

该样品是临床医疗中心血管支架的重要组成部分,是与支架配合使用。由于尼龙表面的粗糙度不够,与支架之间的结合力达不到要求,存在在送入患者体内时候脱落的风险。用真空等离子设备对样品表面进行处理,利用特殊气体电离户生的等离子对材料表面进行轰击,从而达到粗化的目的

 

03 前景分析

 

未来,医疗器械行业的整体发展趋势将向智能化、精准化、微创化治疗,以及植入物的生物可降解化、组织工程化方向迈进。综合当前我国人口老龄化程度高、医疗水平提升、健康意识增强、卫生费用支出增长等情况,我国骨科植入物市场规模将持续快速增长。

预计2019年至2023年,我国创伤植入物市场销售收入复合增长率约为12%,脊柱植入物市场销售收入复合增长率约为14%,人工关节植入物市场销售收入复合增长率约为15%。目前国内骨科植入物各细分市场的渗透率均不足5%,远低于美国的40%~70%,发展空间巨大。