用于使防腐剂溶液灭菌的系统、方法和装置与流程

用于使防腐剂溶液灭菌的系统、方法和装置
1.本技术是申请日为2016年6月30日，申请号为：201610509247.5，名称为“用于使防腐剂溶液灭菌的系统、方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
2.本技术是2014年3月5日提交的美国申请号14/198,457(其是2014年1月8日提交的美国申请号14/150,488的继续申请)的部分继续申请，在先申请的公开内容在此通过引用整体并入本文中。
发明领域
3.本发明的各方面涉及灭菌领域，并且特别涉及局部用防腐剂溶液的灭菌。
4.发明背景
5.在美国，关于局部用防腐剂溶液的灭菌要求目前没有规定。因此，目前在美国销售的防腐剂溶液一般不经过灭菌过程。然而在其他司法管辖区，如欧盟(eu)国家，需要一定程度的灭菌。已知的由carefusion corp.制造的在70％v/v的异丙醇水溶液中含有2％w/v的葡萄糖酸氯己定(chlorhexidine gluconate)的防腐剂溶液用于欧盟国家时则使用已知的灭菌方法进行灭菌。
6.已知的灭菌方法包括使含有葡萄糖酸氯己定溶液的玻璃安瓿在76
‑
80℃下的对流烘箱中热处理24
‑
31小时。目前认为，相对低的温度和相对长的处理时间对于使溶液充分灭菌且不使抗微生物剂分子过度降解是必要的，由此避免降低作为防腐剂包含在其中的葡萄糖酸氯己定的浓度和纯度。使抗微生物剂分子降解产生不期望的杂质并且降低活性药物部分的总浓度。美国和欧盟国家的法规限制了可以存在于防腐剂溶液中的杂质的量。此外，利用空气进行加热的对流烘箱是一种低效的过程，因为从室温开始加热溶液(本文中也称作“倾斜升温(ramp up)”时间)以及最终冷却溶液回到室温(本文中也称作“冷却”时间)耗时相对较长。例如，溶液达到灭菌温度的倾斜升温时间可以为2
‑
6小时，而冷却时间可以为1
‑
2小时。因此，在已知方法中葡萄糖酸氯己定溶液暴露于灭菌温度的时间(即在76
‑
80℃的时间)可以是22至24小时，而总的处理时间(即包括倾斜升温、灭菌和冷却时间)可以是大约25至32小时。
7.业内认为由于预期的降解，高温灭菌是不合适的。参见例如kelly m.pyrek,“sterility of antiseptic products:fdainvestigates,deliberates on potential recommendations,”infection control today(july 2013):24
‑
26；和block,seymour s.disinfection,sterilization,and preservation.philadelphia:lippincott williams&wilkens,322
–
323.2001。
8.因此，本领域中对于使防腐剂溶液灭菌的方法存在未满足的需求，该方法具有更短、更有效的处理时间并且提供无菌溶液同时保持符合法规要求的足够的防腐剂溶液纯度。
9.发明概述
10.本发明的各方面通过提供用于使抗微生物剂溶液有效灭菌，同时保持作为防腐剂的抗微生物效力和符合法规要求的活性药物部分的纯度的系统、方法和装置来克服以上指
出的问题以及其他问题。
11.在一个示例方面中，用于使防腐剂溶液灭菌的方法包括提供多个含有防腐剂溶液的容器，该防腐剂溶液具有初始纯度；选择约85℃至约135℃的灭菌温度和约1分钟至约19小时的灭菌时间；将多个容器中的防腐剂溶液加热至所选择的灭菌温度；使多个容器中的防腐剂溶液在所选择的灭菌温度下保持所选择的灭菌时间；和当所选择的灭菌时间结束时，终止多个容器中的防腐剂溶液的加热。在终止加热之后，多个容器中的防腐剂溶液具有灭菌后纯度。选择所述灭菌温度和灭菌时间，从而使得在终止加热后，多个容器中的防腐剂溶液是无菌的并具有至少约92％的灭菌后纯度，并且从初始纯度到灭菌后纯度的纯度百分点变化为至多约5％。
12.在另一方面，可以选择灭菌温度和灭菌时间，从而使得所选择的灭菌时间和所选择的灭菌温度满足以下关系：
13.a)85℃≤y<125℃，
14.对于1≤x≤552，y≥
‑
6.14
·
ln x 123.2，且
15.对于21.5≤x≤1123，y≤
‑
10.38
·
ln x 156.9；或者
16.b)125℃≤y≤135℃,
17.x≥1且
18.对于9.1≤x≤21.5，y≤
‑
10.38
·
ln x 156.9，
19.其中y是灭菌温度，且x是以分钟表示的灭菌时间。
20.在另一示例方面中，选择灭菌温度和灭菌时间，从而使得在终止加热之后，多个容器中的防腐剂溶液具有至少约94％的灭菌后纯度，并且从初始纯度到灭菌后纯度的纯度百分点变化为至多约4％。
21.在另一示例方面中，多个容器中的防腐剂溶液包含约70％v/v的异丙醇水溶液和约2.0％w/v的葡萄糖酸氯己定。
22.在另一示例方面中，灭菌温度是约95℃并且灭菌时间为约90分钟至约6.5小时。在另一方面中，灭菌温度是约110℃并且灭菌时间为约6分钟至约90分钟。在另一方面中，灭菌温度是约120℃并且灭菌时间为约2分钟至约35分钟。
23.在另一示例方面中，选择所选择的灭菌温度和所选择的灭菌时间，从而使得在终止加热之后，多个容器中的防腐剂溶液具有至少约96％的灭菌后纯度，并且从初始纯度到灭菌后纯度的纯度百分点变化为至多约3％。
24.在另一示例方面中，选择所选择的灭菌温度和所选择的灭菌时间，从而使得在终止加热之后，多个容器中的防腐剂溶液具有至少约98％的灭菌后纯度，并且从初始纯度到灭菌后纯度的纯度百分点变化为至多约2％。
25.关于本发明的各方面的其他优点和新特征将部分地在以下说明中进行阐述，以及部分地在查阅以下内容或通过其实践进行了解之后对于本领域技术人员而言将变得更加显而易见。
26.附图简要说明
27.图1是根据本发明的某些方面的示例灭菌系统的示意流程图；和
28.图2是根据本发明的某些方面的灭菌温度和灭菌时间数据的图。
29.发明详述
30.本发明的各方面通过提供用于使防腐剂溶液灭菌同时保持抗微生物效力并同时符合法规要求的系统、方法和装置来克服以上指出的问题以及其他问题。
31.可以参考一个或多个示例性实施方案来说明防腐剂涂敷器的各个方面。如本文所用，术语“示例性”的意思是“用作实例、例子或说明”，并且不应被解释为相对于本文所公开的灭菌方法的其他实施方案必然是优选或有利的。
32.如本文所用，术语“约”优选意指为所提供的值的
±
5％，并且更优选为
±
1％。
33.本发明的各方面包括使包含在容器中的防腐剂溶液灭菌的方法。该方法可以包括将包含在容器或安瓿内的防腐剂溶液加热到一定温度并使该温度保持一定量的时间，该时间足以使该溶液灭菌同时保持足以符合法规要求的防腐剂溶液纯度。抗微生物效力与防腐剂溶液的纯度直接相关。通常，当防腐剂分子的纯度太低时，该溶液不能有效地作为抗微生物剂溶液。此外，防腐剂溶液内较高的杂质水平可对患者的健康产生有害影响。
34.容器优选为由适合于容纳防腐剂溶液的材料形成的自包含结构。在一个方面中，容器可以由易碎材料制成，从而使得当施加足够的力时，该容器破裂。例如，该材料可以包含塑料或玻璃。术语“容器”和“安瓿”在本文中可互换使用。容器壁可以具有足以承受灭菌过程、运输和储存的厚度。当容器易碎时，材料和厚度也可以足以允许容器在施加局部压力后破裂。厚度范围可以根据容器的尺寸而变化。玻璃或塑料容器的示例厚度包括约0.15mm至约0.45mm。在另一示例方面中，容器可以包含能够承受灭菌过程的非易碎材料，如金属，如包含聚合物和/或箔材料或由聚合物和/或箔材料组成的袋、钢、铝等。例如，该容器可以是具有聚合物和箔的复合材料的曲颈瓶状箔袋。该袋的示例厚度可以为约0.002英寸至0.010英寸。
35.虽然本文特别关注防腐剂溶液，但是该容器可以可替代地含有药物、化学组合物、清洁剂、化妆品或类似物。例如，该容器可以填充有防腐剂组合物(例如，包含一种或多种防腐剂分子的组合物)，优选抗微生物液体或凝胶组合物。例如，防腐剂溶液可以含有非活性成分，其具有的功能包括保湿、皮肤光滑、可视化、溶解度、稳定性、粘度、润湿等。
36.防腐剂溶液可以包含醇溶剂。例如，醇溶剂可以选自由乙醇、异丙醇和正丙醇组成的组。溶剂的量可以为约40％v/v至约90％v/v，更优选约50％v/v至约80％v/v，还更优选约65％v/v至约80％v/v。溶液的剩余体积可以是水或另一种溶剂。例如该溶液可以含有约10％v/v至约60％v/v、更优选约20％至约50％v/v、还更优选约20％至约35％v/v的水。
37.该容器可以含有待涂敷于期望的表面并对该期望的表面具有抗微生物作用的足够量、足够浓度和足够纯度的防腐剂溶液。在一个方面中，该期望的表面是患者的皮肤。应该理解的是，防腐剂溶液的量可以变化。在一个方面中，防腐剂溶液的量可以是0.01
‑
100ml防腐剂。更优选地，所需要的防腐剂溶液的量可以为约0.5
‑
60ml，还优选地可以为约0.5
‑
30ml。实例包括0.67、1、1.5、3、10.5和26ml的防腐剂。在其中期望较大量的溶液例如26ml的情况下，可以在单个涂敷器中应用多个较小的容器(例如两个13ml的容器)。
38.合适的防腐剂分子包括双(二氢吡啶基)癸烷衍生物(例如奥替尼啶(octenidine)盐)和/或双胍类(例如氯己定盐)。如本文所用，术语“衍生物”是指a)与第一化学物质结构上相关并且由其衍生的化学物质；b)由相似的第一化合物形成的化合物或者由另一第一化合物可想象的化合物，如果第一化合物的一个原子被另一个原子或另一组原子代替；c)由母体化合物衍生或获得的并且含有母体化合物的必需元素的化合物；或d)可以在一个或多
个步骤中由具有相似结构的第一化合物产生的化合物。除了氯己定/氯己定盐之外的双胍类/双胍衍生物的实例包括阿来西定(alexidine)、阿来西定盐，聚己酰胺、聚己酰胺盐、聚氨基丙基双胍、聚氨基丙基双胍盐，以及其他烷基双胍类。优选的防腐剂包括奥替尼啶盐，如奥替尼啶二盐酸盐(双(二氢吡啶基)癸烷衍生物和阳离子型表面活性剂)；和氯己定盐，如葡萄糖酸氯己定(阳离子型双胍)。防腐剂的浓度可以根据所使用的具体防腐剂种类或所期望的抗微生物作用而变化。例如，当使用奥替尼啶或奥替尼啶盐时，浓度可以为约0.0001％w/v至约2.0％w/v，更优选约0.01％w/v至约0.5％w/v，还更优选约0.1％w/v至约0.4％w/v。当使用氯己定或氯己定盐时，浓度可以为约0.1％w/v至约2.5％w/v，更优选约0.5％w/v至约2.25％w/v，还更优选约1.2％w/v至约2.0％w/v。
39.在一个方面中，当使用氯己定或氯己定盐时，当涂敷于皮肤时(例如，在本文描述的灭菌方法之后)，溶液的纯度可以是至少约92％纯，更优选至少约94％纯，还更优选至少约96％纯，并且还更优选至少约98％纯。如本文所用，纯度意指溶液中防腐剂分子相对于防腐剂分子的浓度加上由防腐剂分子衍生的或与防腐剂分子相关的物质的浓度的总浓度的百分比浓度。例如，95％纯的防腐剂溶液意指如果存在100个分子，其为防腐剂分子或由防腐剂分子衍生的或与防腐剂分子相关的分子，那么分子中的95个为防腐剂分子并且这些分子中的5个为由防腐剂分子衍生的或与防腐剂分子相关的分子。这些由防腐剂分子衍生的或与防腐剂分子相关的分子具有降低的抗微生物活性或没有抗微生物活性。因此，较低纯度的溶液将具有较低的抗微生物效力，因为较少的目标防腐剂分子被递送至患者的皮肤。此外，较低纯度的溶液将不符合法规要求。通过测量溶液中相较于防腐剂分子和由防腐剂分子衍生的或与防腐剂分子相关的分子的浓度的防腐剂分子的浓度，人们可确定溶液的纯度以及纯度是否足以符合法规要求。
40.在一个优选的方面中，在该容器中提供的防腐剂溶液包含约70v/v的在水中的醇溶剂和约2.0％w/v的防腐剂分子。在一个优选的方面中，溶剂可以是异丙醇，并且防腐剂分子可以是葡萄糖酸氯己定。
41.已经发现，当容器内的防腐剂溶液达到特定的温度并在该温度下保持特定量的时间时，该溶液被充分灭菌，同时保持足够的作为防腐剂的抗微生物效力，并且同时满足法规要求。在本发明的一个方面中，可以使防腐剂溶液达到约85℃至约135℃、更优选约90℃至约125℃、还更优选约95℃至约120℃的温度(本文中也称为“灭菌温度”)。
42.如本文所用，术语“灭菌时间”意指溶液处于灭菌温度的时间长度。也就是说，“灭菌时间”不包括溶液达到灭菌温度所花费的时间(即不包括“倾斜升温”时间)，并且也不包括溶液返回至加热之前溶液所处的温度所花费的时间(即不包括“冷却”时间)。溶液的温度达到灭菌温度所花费的时间在本文中称为“倾斜升温”时间，返回到起始温度的时间在本文中称为“冷却”时间。如本文所用，术语“灭菌温度”意指溶液达到并在灭菌时间期间保持的温度或温度范围，与溶液的起始温度无关。只是为了说明的目的，对于起始温度为21℃的溶液而言，灭菌时间为90分钟和灭菌温度为95℃意指从溶液达到95℃的时刻开始至溶液在冷却过程开始期间降到低于95℃的时刻为止的时间段为90分钟。因此，溶液从21℃上升到95℃所花费的时间(即倾斜升温时间)以及溶液返回至21℃所花费的时间(即冷却时间)不包括在灭菌时间中。
43.本文提供的预定的灭菌时间和灭菌温度通常假设在倾斜升温和冷却过程中的热
暴露不影响药物产品的灭菌，因为在小规模上，这些过程可被认为是瞬时的。然而，在商业规模上，加热产品所用的时间将影响灭菌过程的总致死率，使得稳态灭菌时间减少。当施加倾斜升温和冷却的影响至周期时，药物产品的灭菌可通过使用以下方程对于各个预定的灭菌时间和灭菌温度计算的f值来描述(参见"laboratory manual for food canners and processors",vol.1,avi publishing co.,westport,ct,1968)：
[0044][0045]
其中：
[0046]
t是灭菌产品在特定时间t的温度。
[0047]
δt为t的后续测量之间的时间间隔。
[0048]
ts＝目标灭菌温度
[0049]
z＝温度系数，通常假设为等于10℃，但对于具体微生物是可计算的，因此是变量。
[0050]
只是为了说明的目的，灭菌温度为121℃以及预定的灭菌时间为6分钟(即倾斜升温和冷却不影响药物产品的灭菌)对应于为了使药物产品灭菌在121℃下最小f值(f
121
)为6分钟。可使用该最小所需f值来定量其中倾斜升温和冷却确实影响药物产品的灭菌的过程。在这样的过程中，可计算倾斜升温和冷却对于最小所需f值的影响。如果在f
121
＝6分钟限定的灭菌周期期间，未达到121℃的温度，按照作为实际周期期间热输入的总和计算f
121
，仍然能够满足周期参数。
[0051]
在一个方面中，灭菌时间可以不超过约19小时，更优选不超过约13小时，更优选不超过约5小时，更优选不超过约3小时，更优选不超过2小时，更优选不超过1小时，更优选不超过40分钟，更优选不超过约25分钟，更优选不超过6分钟，并且更优选不超过1分钟。
[0052]
已经发现，可选择灭菌温度和灭菌时间的组合以提供经灭菌的防腐剂溶液，其在作为防腐剂使用时具有足以符合法规要求的纯度。例如，对于约85℃的灭菌温度，灭菌时间可以是至少约9小时至约19小时。对于约95℃的灭菌温度，灭菌时间可以是至少约1.5小时到至多约6.5小时。对于约105℃的灭菌温度，灭菌时间可以是至少约17分钟至约2.5小时。对于约110℃的灭菌温度，灭菌时间可以是至少约6分钟到至多约90分钟。对于约115℃的灭菌温度，灭菌时间可以是约3分钟至约55分钟。对于约120℃的灭菌温度，灭菌时间可以是至少约2分钟到至多约35分钟。对于约125℃的灭菌温度，灭菌时间可以是约1分钟至约22分钟。对于约130℃的灭菌温度，灭菌时间可以是至少约1分钟到至多14分钟。对于约135℃的灭菌温度，灭菌时间可以是约1分钟至约9分钟。在本发明的一个方面中，以上示例灭菌温度和灭菌时间可以应用于包含约70％v/v的异丙醇和约2.0％w/v的葡萄糖酸氯己定的防腐剂溶液或上文描述的其他防腐剂溶液。
[0053]
已经发现，将容器中含有的防腐剂溶液加热至上述灭菌温度并使该温度保持上述灭菌时间，足以使溶液灭菌，同时保持足以符合法规要求的纯度。防腐剂分子的降解量可通过测量防腐剂溶液在倾斜升温时间之前(即，在使溶液升至灭菌温度的过程之前)的初始纯度和测量防腐剂溶液在冷却时间之后(即，在防腐剂溶液返回至在使溶液升至灭菌温度的过程之前溶液所处的温度之后)的灭菌后纯度来定量。因此，如本文所用，“初始纯度”是倾斜升温之前的纯度，并且“灭菌后纯度”是冷却之后溶液的纯度。在本发明的一个方面中，防腐剂溶液(例如葡萄糖酸氯己定)的初始纯度可以是至少约94％，优选至少约97％，并且更
优选至少约98％。纯度的含义在上文提供。发现所得的灭菌后溶液具有足以提供作为防腐剂的期望的抗微生物效力并且符合法规要求的纯度。
[0054]
在一个示例方面中，已发现葡萄糖酸氯己定分子在加热处理时降解为以下分子中的一种或多种：n
‑
[[6
‑
[[[(4
‑
氯苯基)脒基]脒基]氨基]己基]脒基]脲(n
‑
[[6
‑
[[[(4
‑
chlorophenyl)carbamimidoyl]carbamimidoyl]
‑
amino]hexyl]carbami midoyl]urea)，n
‑
(4
‑
氯苯基)胍，n
‑
(4
‑
氯苯基)脲，1
‑
(6
‑
氨基己基)
‑5‑
(4
‑
氯苯基)双胍，n
‑
(4
‑
氯苯基)
‑
n
’‑
[[6
‑
[[[(4
‑
氯苯基)脒基]脒基]氨基]己基]脒基]脲，1
‑
(4
‑
氯苯基)
‑5‑
[6
‑
[[(苯基脒基)脒基]氨基]己基]双胍，1
‑
[6
‑
(脒基氨基)己基]
‑5‑
(4
‑
氯苯基)双胍和4
‑
氯苯胺。因此，在一个示例方面中，溶液的纯度可通过比较氯己定的量与上面所列出的所有葡萄糖酸氯己定相关物质的量来确定。然而，应当注意的是，上面的列举不是穷尽的。本领域的普通技术人员将能够确定哪些分子是防腐剂分子在灭菌过程之后的降解物。
[0055]
如上文所述，防腐剂溶液在加热被终止之后并且当溶液已返回至使溶液升至灭菌温度的过程之前溶液所处的温度(例如环境温度)时的纯度在本文中称为灭菌后纯度。如上文所述，优选在防腐剂溶液已冷却时测量灭菌后纯度，因为在冷却期间可以发生降解。在本发明的一个方面中，通过选择灭菌温度和灭菌时间的适当组合，可以使灭菌后纯度保持为相对接近于初始纯度，同时仍是无菌的。特别地，选择灭菌温度和灭菌时间的组合，从而使得从初始纯度到灭菌后纯度的纯度百分点变化为至多约5％，更优选至多约4％，更优选至多约3％，并且最优选至多约2％。应当理解，百分点变化是指初始纯度和灭菌后纯度之间的绝对百分点差值。例如，95％的初始纯度到90％的灭菌后纯度的变化为5％的百分点变化。
[0056]
除了保持足够的纯度之外，已经发现，可选择灭菌温度和灭菌时间的适当组合，从而使得该溶液是无菌的。如本文中所用，无菌的意指按照以下文献中描述的程序测试的“7天无菌”：u.s.pharmacopeial convention(usp)chapter 55“biological indicators
–
resistance performance tests,”usp 36；从2013年5月1日起正式实施。无菌的还意指在紧随灭菌之后完全没有微生物。在一个方面中，嗜热脂肪地芽孢杆菌(geobacillus stearothermophilus)可以用作测试微生物。因此，在一个方面中，无菌溶液通过上文所述的“7天无菌”测试显示没有嗜热脂肪地芽孢杆菌的生长。在另一个方面中，用嗜热脂肪地芽孢杆菌接种的溶液在紧随灭菌方法之后完全没有活的嗜热脂肪地芽孢杆菌。
[0057]
在本发明的另一方面中，发现本发明的方法在灭菌温度和灭菌时间的特定组合下具有至少约10
‑6的无菌保证水平(sal)。sal是在灭菌程序之后在物品上存在微生物的概率的量度。10
‑6的sal意指1/1,000,000的机会在经灭菌的产品中存在活微生物。因此，sal测量灭菌方法得到未经灭菌的产品的概率。测定sal的计算在下面的实施例中更详细地描述。例如，已发现，使防腐剂溶液暴露于100℃温度约50分钟、105℃温度约17分钟或者110℃约6分钟的方法均会具有至少10
‑6的sal(即1/1,000,000的机会在经灭菌的溶液中存在活微生物)。
[0058]
如上文所述，在灭菌时间结束之后，可以将溶液冷却。例如，在灭菌时间之后可以花费约10至约40分钟来冷却防腐剂溶液。可使用冷却装置来缩短该时间。该额外时间与特定的灭菌温度相关联。例如，与较低的灭菌(例如85℃)相比，较高的灭菌温度(例如125℃)在灭菌之后将花费更长时间以返回室温。因此，包括冷却的总处理时间可以包括额外的比灭菌时间更长的约10至约20分钟。
[0059]
可以使用能够加热防腐剂溶液至灭菌温度并使溶液在该灭菌温度下保持灭菌时间同时优选限制倾斜升温时间的任何机器在本发明的范围内。示例设备可以包括水喷淋式灭菌器(cascading water sterilizer)。当使用水喷淋式灭菌器时，倾斜升温时间可以是约15分钟，而冷却时间可以是约25分钟。水喷淋式灭菌器提供恒定的水流，该水流将溶液加热至灭菌温度，在整个灭菌时间内保持灭菌温度并最终使溶液冷却。
[0060]
如以上所提供的，提供具有足以满足法规要求的纯度的灭菌溶液的灭菌时间和灭菌温度的示例组合如下所述。对于约85℃的灭菌温度，灭菌时间可以是约9小时至约19小时。对于约95℃的灭菌温度，灭菌时间可以是至少约1.5小时到至多约6.5小时。对于约105℃的灭菌温度，灭菌时间可以是约17分钟至约2.5小时。对于约110℃的灭菌温度，灭菌时间可以是至少约6分钟到至多约90分钟。对于约115℃的灭菌温度，灭菌时间可以是约3分钟至约55分钟。对于约120℃的灭菌温度，灭菌时间可以是至少约2分钟到至多约35分钟。对于约125℃的灭菌温度，灭菌时间可以是约1分钟至约22分钟。对于约130℃的灭菌温度，灭菌时间可以是至少约1分钟到至多14分钟。对于约135℃的灭菌温度，灭菌时间可以是约1分钟至约9分钟。
[0061]
图1示出了示例灭菌系统100的示意性流程图。通常，灭菌系统100可以包括一个或多个灭菌器单元102(例如，水流喷淋式(cascading waterfall)单元)、锅炉104、制冷机106、制冷剂泵储器108、去离子水泵储器110和干燥器112。在操作中，在灭菌过程之前，将多个容器用防腐剂溶液填充。容器可以具有各种尺寸以容纳不同体积的溶液。例如，可以将容器的尺寸设定为容纳0.67、1、1.5、3、10.5和13ml的防腐剂溶液(在13ml容器的情况下，在某些方面中，两个容器被置于单个涂敷器中以实现单个涂敷器中总计26ml的溶液)。然后将具有防腐剂溶液的容器以垂直直立的方式装载至盒中。盒可以由金属制成。盒可以配置为直接由溶液填充机填充。盒还可以配置为直接插入至组装设备，使得容器以最少的人工处理进行转移。在一个方面中，当完全装载时，各小盒的重量可以小于20磅以使与人工处理相关的人体工程学的风险最小化。
[0062]
在一个优选的方面中，因为灭菌条件基于容器的尺寸和数目而变化，盒中的所有容器在特定灭菌过程期间具有相同的尺寸。每个盒中的容器数目将随着所使用的容器的尺寸和盒的尺寸而变化。对于较大的容器，例如13ml，可以在单个盒中装载约300至350个、更优选约330个容器。对于较小的容器，如0.67ml，可以在单个盒中装载约1800至2200个、更优选约2000个容器。然后可以将多个盒装载到容纳多个盒的架子中。例如，可以在单个架子中放置1至144个盒。因此，对于较小的容器，每个架子可以具有高达200,000个容器，对于较大的容器，每个架子可以具有高达约50,000个容器。下面的图表提供了在灭菌系统中的各种容器的一些示例实施方式：
[0063][0064]
该系统可以一次能够使1或2个架子灭菌，虽然更大得多的系统也是可能的。一旦盒被装载到架子中，每个架子可以被置于一个灭菌单元102的灭菌室中。使用多个灭菌单元102，可以在同时发生多个灭菌过程。
[0065]
一旦置于灭菌单元102中，则可以开始灭菌过程。来自去离子水泵储器110的去离子水可以通过输入管线113被泵入到每个灭菌单元102的室中。可以使用具有专门编程的计算机的计算机控制系统来控制和运行该过程。可以对计算机控制进行专门编程，使得操作参数将基于除其他参数外的待灭菌的容器的类型而不同。计算机控制器将指示系统提供适当水平的去离子水进入被灭菌的特定产品的室中。然后在该室内使去离子水循环。
[0066]
在去离子水在该室中循环的同时，计算机控制系统可以打开阀以使来自锅炉104的蒸汽通过输入管线114进入灭菌器单元102中。蒸汽不直接进入室，而是进入热交换器中。如去离子水那样，蒸汽经过热交换器，这允许在它们之间进行热交换而在蒸汽和去离子水之间无直接相互作用。源自锅炉104的蒸汽冷凝物(现在由于热交换而变为更冷的)可以离开热交换器并经由返回管线116返回到锅炉104。热交换的循环继续进行，直到系统测量到，循环的去离子水的温度为适当的预定的灭菌温度。然后系统如通过驱动适当的阀来精确控制蒸汽的输入以保持灭菌温度。
[0067]
在发生热交换的这同一时间期间中，室中的去离子水在室内连续循环，从而使得去离子水落到盒中的容器上(因此，术语水流喷淋)。该过程加热容器内的防腐剂溶液。
[0068]
如图1所示，可以使用多于1个锅炉(例如，两个)来提供蒸汽。两个锅炉可以串联以提供多余度，如果1个锅炉发生故障。可替代地，可以应用1个更大的锅炉。
[0069]
一旦已经完成灭菌时间，然后计算机控制系统将启动冷却过程。冷却过程类似于加热过程，不同之处在于使用制冷水(chilled water)，而在加热过程中使用蒸汽。例如，冷却水可以经由制冷机106进行制冷。制冷水可以经由输入/返回管线111在制冷剂泵储器108之间行进，使得制冷水准备开始使用。制冷水可以从制冷剂泵储器108经由输入管线118行进至灭菌单元102的热交换器。如上文关于蒸汽热交换描述的，制冷水可与去离子水交换热，从而冷却去离子水并加热冷却水。在该冷却热交换过程中，去离子水继续在腔室内循环并落在容器上。在热交换之后，现在加温的冷却水可以行进返回至制冷剂泵储器108并且经由管线120/111进入制冷机106。冷却循环继续进行，直到室中的去离子水已达到所期望的
tests,”usp 36；从2013年5月1日起正式实施。表1
‑
6中示出收集的葡萄糖酸氯己定溶液的纯度和无菌数据，该葡萄糖酸氯己定溶液在热处理之前是98.67％纯。在表中列出的纯度百分比值是葡萄糖酸氯己定在热处理并冷却至环境温度之后的绝对纯度。δ纯度百分比值是相对于基线纯度的百分点变化。例如，在表1中，在78℃和4小时条件下，葡萄糖酸氯己定的纯度为98.05％，其从98.67％的初始纯度发生了0.62％的百分点变化。
[0076]
表1
‑
78℃，初始纯度98.67％，水浴
[0077][0078][0079]
表2
‑
80℃，初始纯度98.67％，水浴
[0080][0081]
表3
‑
82℃，初始纯度98.67％，水浴
[0082][0083]
表4
‑
85℃，初始纯度98.67％，水浴
[0084][0085][0086]
表5
‑
90℃,初始纯度98.67％,水浴
[0087][0088]
表6
‑
95℃,初始纯度98.67％,水浴
[0089]
[0090][0091]
在油浴中进行另外的实验以测试在105℃和115℃的纯度变化。使用油浴使含有防腐剂溶液的玻璃安瓿经受表7和表8所示的灭菌时间和灭菌温度。测量防腐剂溶液在灭菌时间之后的纯度％变化并将其与初始纯度％值比较。在溶液返回到环境温度之后进行测量。
[0092]
表7
–
105℃，初始纯度98.7％，油浴
[0093][0094]
表8
–
115℃,初始纯度98.7％，油浴
[0095][0096]
然后使用本领域中的标准方法用上述数据来制备阿仑尼乌斯方程(arrhenius equation)。阿仑尼乌斯方程的使用是公知的和可接受的模拟温度对反应速率的依赖性的方法。使用阿仑尼乌斯方程，得到以下预测的纯度值：
[0097]
表9
–
使用阿仑尼乌斯方程预测的纯度
[0098]
[0099][0100]
下面示出所测量的各个灭菌温度和灭菌时间对于防腐剂的特性的影响。表10总结了在暴露于各个灭菌温度和灭菌时间之后葡萄糖酸氯己定的纯度％变化。纯度百分比变化通过比较溶液在倾斜升温时间之前(即在使溶液升至灭菌温度的过程之前)的纯度与溶液在冷却时间之后(即在溶液返回环境温度之后)的纯度而得到。“w”表示灭菌温度和灭菌时间将导致不大于2％的纯度变化。“x”、“y”和“z”分别表示灭菌温度和灭菌时间将导致不大于3％、4％和5％的纯度变化。最后，“a”表示灭菌温度和灭菌时间将导致大于5％的纯度变化。
[0101]
表10
–
加热和温度对化学稳定性的影响
[0102][0103][0104]
注释：w＝溶液具有不大于2％的纯度变化
[0105]
x＝溶液具有不大于3％的纯度变化
[0106]
y＝溶液具有不大于4％的纯度变化
[0107]
z＝溶液具有不大于5％的纯度变化
[0108]
a＝溶液具有大于5％的纯度变化
[0109]
表11总结了所测量的含有大于或等于1,000,000但小于10,000,000个测试嗜热脂肪地芽孢杆菌芽孢的防腐剂溶液在暴露于各个灭菌温度和灭菌时间之后的无菌性。
[0110]
表11
–
加热和温度对于无菌性的影响
[0111][0112]
注释：y＝溶液是无菌的，通过不存在活细菌芽孢显示。
[0113]
n＝溶液不是无菌的，通过活细菌芽孢的生长证明。
[0114]
如以上表格所示，当改变灭菌时间和温度时，存在一个特殊的窗口，在该窗口中经处理的防腐剂溶液是无菌的，并且具有小于一定百分比(例如5％)的纯度变化。应当指出，由于上述数据是阈值分析，可外推其他灭菌时间的结果。一旦发现纯度变化在特定的温度和时间下为至少5％，则可推测在相同温度下更长的灭菌时间将进一步降解溶液。也可推测，在相同温度下灭菌比所发现的具有低于5％的纯度变化的时间更短的时间的具有相同初始纯度值的所有样品也将具有小于5％的纯度变化。例如，在95℃、4小时条件下测试的样品具有95.53％的纯度，而在95℃、6小时条件下测试的样品具有94.74％的纯度。因此，可外推，在95℃下大于6小时的所有灭菌时间都将具有低于95.74％的纯度，而在95℃下小于4小时的所有灭菌时间都将具有至少95.53％的纯度。类似地，关于usp七天无菌试验，一旦发现样品在特定的灭菌温度和时间下具有七天无菌性，则可推测在相同温度下更长的灭菌时间也将显示出7天无菌性(即长期无菌性)。因此，可推测，在相同温度下灭菌比所发现的具有七天无菌性的时间更长时间的所有样品都将具有7天无菌性。也可推测，与发现不具有七天无菌性的样品相比，在相同温度下以更短的时间灭菌的所有样品也将不具有7天无菌性。例如，在95℃、1.25小时条件下测试的样品在七天后是无菌的，而在95℃、0.5小时条件下测试的样品在四天内具有细菌生长(即，不具有7天无菌性)。因此，可外推，在95℃下大于1.25小时的所有灭菌时间在7天后都将是无菌的，而在95℃下小于0.5小时的所有灭菌时间在七天内都将具有细菌生长。
[0115]
可对其它阈值(例如，低于或高于5％的纯度变化，例如2％、3％和4％)进行相同的处理。
[0116]
除了上述测试外，进行了进一步的测试以确定在一定温度下何时可达到10
‑6的无菌保证水平(sal)。按照usp 55“biological indicators
–
resistance performance tests”程序测定sal。将大于或等于1,000,000但小于10,000,000个测试嗜热脂肪地芽孢杆菌芽孢插入到包含70％v/v的异丙醇水溶液和2.0％w/v的葡萄糖酸氯己定的1ml防腐剂溶
液样品中。在100℃、105℃和110℃持续不同时间来测试样品。在每个时间点测试十个样品。结果如下所述：
[0117]
表12
‑‑‑
sal测试的无菌试验结果
[0118][0119][0120]
以上结果表示为在所测试的10个样品中记录的阳性数目。例如，“10”是指10个所测试的样品中有10个样品为微生物阳性(非无菌的)。然后根据usp 55程序使用以上数据计算“d值”。术语d值具有微生物学中使用的通常含义。具体地，其是指十倍减少时间并且是在一定温度下杀死90％的正在研究的生物体所需要的时间。因此，在菌落减少1d之后，仅剩下10％的原始生物体，即种群数量在计数方案中减少了一个小数位。d值可使用holcomb
‑
spearman
‑
karber方法(hsk)来计算，该方法是本领域中已知的数据分析方法(参见usp 55procedures and block,seymour s.“disinfection,sterilization,and preservation.”philadelphia,pa:lippincott williams&wilkens,120
–
122.2001)。将hsk方法应用于上表12的数据，计算得到的d值以及置信上限和置信下限：
[0121]
表13
–
d值
[0122][0123][0124]
d值可被用来计算无菌保证水平(sal)(参见usp 55程序)。sal是在微生物学中使
用的术语，用于描述单个单元在其经受灭菌过程之后为非无菌的概率。10
‑6sal意指有1/1000000的机会在经灭菌的物品中保留单个活微生物。通过外推在极端的、人为的高初始污染后的log减少率，该灭菌程序必须包括12个log增量(d值乘以12)，过度杀灭条件，以验证sal为10
‑6。谨慎起见，使用置信上限d值来计算以下达到10
‑6sal的时间：
[0125]
表14
–
sal 10
‑6时间
[0126][0127]
因此，如表14所示，使防腐剂溶液暴露至100℃的温度约48.58分钟，105℃的温度约16.97分钟，或110℃下约6.17分钟，将各自具有10
‑6的sal(即1/1000000的机会在灭菌过程之后存在活微生物)。
[0128]
使用标准数学建模，使用上述来自表14的四个d值数据点来制备具有下式的指数预测函数：
[0129]
y＝1,553,000,000
·
e
(
‑
0.1747x)
ꢀꢀ
(i)
[0130]
其中y是以分钟表示的时间，x是以摄氏度表示的温度。因此，式(i)表示在给定温度下达到至少10
‑6sal的最少时间。使用式(i)，生成以下预测数据点：
[0131]
表15
–
预测性sal 10
‑6时间
[0132][0133][0134]
将表14和15中示出的时间进行四舍五入，如表16所示：
[0135]
表16
–
四舍五入的sal10
‑6时间
[0136][0137]
将四舍五入的数据点绘制在图2中。图2示出拟合捕集以保持在灭菌过程之后的具体纯度变化的参数空间(时间和温度)的函数的灭菌时间和温度(曲线之间的区域)。图2中的数据点包括来自上面表9和表16的数据点。黑色方块表示85℃至120℃的数据点，其中相应的时间是无菌的。灰色方块表示125℃至135℃的数据点，其中相应的时间是无菌的。以下自然对数公式拟合于85℃至125℃的方块数据点：
[0138]
对于1≤x≤552，y＝
‑
6.14
·
ln x 123.2
ꢀꢀ
(ii)
[0139]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。从125℃至135℃，时间x为常数1分钟。
[0140]
上面表9中示出的数据点也绘制在图1中。黑色菱形表示85℃至135℃的数据点，其中相应的时间具有至多5％的纯度百分比变化。黑色三角形表示85℃至135℃的数据点，其中相应的时间具有至多4％的纯度百分比变化。黑色圆圈表示85℃至135℃的数据点，其中相应的时间具有至多3％的纯度百分比变化。灰色三角形表示90℃至135℃的数据点，其中相应的时间具有至多2％的纯度百分比变化。在85℃下没有其中溶液具有至多2％的纯度百分比变化的时间。以下自然对数式拟合于黑色菱形数据点(即具有至多5％纯度变化的点)：
[0141]
对于9.1≤x≤1123，y＝
‑
10.38
·
ln x 156.9
ꢀꢀ
(iii)
[0142]
以下自然对数式拟合于黑色三角形数据点(即具有至多4％纯度变化的点)：
[0143]
对于7.3≤x≤900，y＝
‑
10.37
·
ln x 154.6
ꢀꢀ
(iv)
[0144]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。以下自然对数公式拟合于黑色圆圈数据点(即具有至多3％纯度变化的点)：
[0145]
对于5.5≤x≤670，y＝
‑
10.4
·
ln x 151.7
ꢀꢀ
(v)
[0146]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。以下自然对数公式拟合于灰色三角形数据点(即具有至多2％纯度变化的点)：
[0147]
对于3.7≤x≤260，y＝
‑
10.6
·
ln x 148.3
ꢀꢀ
(vi)
[0148]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。
[0149]
从图2中可看出，在85℃至125℃的温度范围之内在式(ii)以上但是在式(iii)以下的区域表示提供具有至多5％纯度变化的无菌溶液的温度和时间组合。这个区域可以通过以下关系呈现：
[0150]
对于1≤x≤552，y≥
‑
6.14
·
ln x 123.2
[0151]
和
[0152]
对于21.5≤x≤1123，y≤
‑
10.38
·
ln x 156.9
[0153]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。类似地，在125℃至135℃的温度范围内，在常数线x＝1以上和式(iii)以下的区域表示提供具有至多5％纯度变化的无菌溶液的温度和时间组合。这个区域可以通过以下关系呈现：
[0154]
x≥1
[0155]
和
[0156]
对于9.1≤x≤21.5，y≤
‑
10.38
·
ln x 156.9
[0157]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。
[0158]
从图2中可看出，在85℃至125℃的温度范围之内在式(ii)以上但是在式(iv)以下的区域表示提供具有至多4％纯度变化的无菌溶液的温度和时间组合。这个区域可通过以下关系呈现：
[0159]
对于1≤x≤552，y≥
‑
6.14
·
ln x 123.2
[0160]
和
[0161]
对于17.5≤x≤900，y≤
‑
10.37
·
ln x 154.6
[0162]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。类似地，在125℃至135℃的温度范围内，在常数线x＝1以上和式(iv)以下的区域表示提供具有至多4％纯度变化的无菌溶液的温度和时间组合。这个区域可通过以下关系呈现：
[0163]
x≥1
[0164]
和
[0165]
对于7.3≤x≤17.5，y≤
‑
10.37
·
ln x 154.6
[0166]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。
[0167]
从图2中可看出，在85℃至125℃的温度范围之内在式(ii)以上但是在式(v)以下的区域表示提供具有至多3％纯度变化的无菌溶液的温度和时间组合。这个区域可通过以下关系呈现：
[0168]
对于1≤x≤552，y≥
‑
6.14
·
ln x 123.2
[0169]
和
[0170]
对于13≤x≤670，y≤
‑
10.4
·
ln x 151.7
[0171]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。同样地，在125℃至135℃的温度范围内，在常数线x＝1以上和式(v)以下的区域表示提供具有至多3％纯度变化的无菌溶液的温度和时间组合。这个区域可通过以下关系呈现：
[0172]
x≥1
[0173]
和
[0174]
对于5.5≤x≤13，y≤
‑
10.4
·
ln x 151.7，
[0175]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。
[0176]
从图2中可看出，在90℃至125℃的温度范围之内在式(ii)以上但是在式(vi)以下的区域表示提供具有至多2％纯度变化的无菌溶液的温度和时间组合。这个区域可通过以下关系呈现：
[0177]
对于1≤x≤552，y≥
‑
6.14
·
ln x 123.2
[0178]
和
[0179]
对于9≤x≤260，y≤
‑
10.6
·
ln x 148.3
[0180]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。类似地，在125℃至135℃的温度范围内，在常数线x＝1以上和式(vi)以下的区域表示提供具有至多2％纯度变化的无菌溶液的温度和时间组合。这个区域可通过以下关系呈现：
[0181]
x≥1
[0182]
和
[0183]
对于3.7≤x≤9，y≤
‑
10.6
·
ln x 148.3
[0184]
其中y是以摄氏度表示的温度并且x是以分钟表示的时间。
[0185]
尽管本发明的各方面已经结合示例性实施方式进行了描述，但是本领域技术人员应该理解，可以在不脱离本发明的范围的情况下对如上所述的各方面做出变化和修改。在考虑本说明书或根据本文所公开的内容进行实践之后，其他各种变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。