医疗应用中灭菌方法对电子元件的影响

得益于半导体和封装工艺的进步，现在的集成电路(IC)被广泛应用于各种设备，包括医疗器械。医疗应用领域的一项特殊挑战是需要保持产品无菌—— 不含有害污染，例如真菌、细菌、病毒及孢子类。尽管有大量关于灭菌法及设备的文献，但是很少涉及灭菌法对电子器件的影响。本应用笔记对常见的灭菌法进行了比较，并讨论了其对含有电子器件的对象的适用性。
物理法
    有多种物理灭菌法，其中最有效的是将热、湿和压力组合在一个称为高压蒸汽灭菌器的装置中。
高压蒸汽灭菌器灭菌法
    医疗设备的热灭菌法早在古罗马已经得到应用。蒸汽的存在明显加速了热量渗透(蒸汽灭菌)。发明于1879年的高压蒸汽灭菌器融合了热、湿和高压。
工作原理1
    高压蒸汽灭菌器是类似于高压锅的容器。将待灭菌的对象置于其中，然后密封。接着，在高压下充入高温蒸汽，从而替代空气。湿热通过酶类和结构蛋白的不可逆凝固和变性杀死微生物。实现这一目的的时间和温度取决于压力及被灭杀的微生物类型。经过必要的时间之后，释放蒸汽，取出被灭菌的对象。整个周期持续 15至60分钟(批量处理)。
问题
    高压蒸汽灭菌器灭菌适合于能承受湿气、高压(高于环境1至3.5个大气压)及高温(+121℃至+148℃)的对象。典型例子有外科器械。半导体器件通常可承受最高+125℃的温度。然而，嵌入式电池处于高温下会大大缩短寿命。采用浮栅技术的存储器件，例如EEPROM，对高温很敏感。然而，如果规定数据保持能力在+125℃下为10年，就不应该破坏数据完整性。否则，就可能意外刷新(重写)存储器数据，在浮栅上恢复满电荷。这适用于激光微调 EEPROM。由于产品数据资料中往往不给出微调类型，所以就有必要联系厂商获取详细信息。
化学法
    有很多化学法可用于医疗领域的灭菌。本节讨论常见的几种方法。化学法和物理法可组合应用。
环氧乙烷(ETO)灭菌
    环氧乙烷(ETO)首次报告于1859年，早在20世纪初期就在工业领域占有重要地位。用于保存香料的ETO灭菌法在1938获得专利。由于几乎没有替代方案可用于对热和湿气敏感的医疗装置进行灭菌，所以ETO的用途得到了不断发展。
工作原理2
    ETO灭菌器是一种可容纳待灭菌对象的容器。基本的ETO灭菌周期包括5个步骤(蒸汽抽空、气体注入、扩散、抽空，及空气冲洗)，需要大约2 1/2个小时，不包括通风时间(排尽ETO)。机械通风在+50至+60℃下需要8至12个小时；也可以被动通风，但可能需要7天。完成通风后，取出被灭菌对象(批处理)。ETO与氨基酸、蛋白质及DNA发生化学反应，阻止微生物繁殖。
问题
    ETO灭菌适合于不能承受蒸汽(高压蒸汽灭菌器)灭菌所必需的高温和蒸汽的对象。由于温度条件为+30°至+60℃，所以ETO灭菌非常适合于含有嵌入式电子的医疗器械。然而，嵌入式电池可能不能接受真空。此外，该方法有个不利因素：ETO是一种高易燃、石油基气体和致癌物。
二氧化氯(CD)气体灭菌
    二氧化氯(CD)发现于1811年或1814年(这两年均有列出)，作为造纸行业的漂白剂得到广泛应用。1988年，EPA将其登记为一种杀菌剂。这为医疗领域的应用打开了大门。
工作原理4，5
    CD灭菌器是一种可容纳待灭菌对象的容器。基本的CD灭菌周期包括5个步骤(潮湿预处理、调理、产生和供应二氧化氯气体、扩散，及通风)，需要大约2 1/2个小时，包括通风时间(排尽CD)。完成通风后，取出被灭菌对象(批处理)。二氧化氯(ClO2)作为氧化剂与几种细胞成分发生反应，包括微生物的细胞膜。CD通过从对象中“盗窃”电子(氧化)，断开其分子键，使有机物细胞破裂而死亡。由于CD改变微生物结构中的蛋白质，酶功能被破坏，导致细菌快速死亡。CD的威力归因于对许多蛋白质同时进行氧化侵蚀，因此能防止细胞突变为抗型。此外，由于二氧化氯的低活性，其制菌作用在存在有机物的情况下能保持较长时间。

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