无菌药品的生产对环境微生物控制有着极其严格的要求。欧盟《药品生产质量管理规范》（EU GGMP）附录1明确规定，洁净室的微生物监控需包含使用直径为55毫米的接触平板对规定表面位置进行取样。其中，RODAC 平板因其操作简便、标准化程度高，成为评估相对平坦表面微生物污染水平的常用工具。然而，实践中发现，即使采用相同的取样程序和培养条件，从不同材质表面回收到的微生物数量（以菌落形成单位，CFU计）存在显著差异。这引发了一个关键的科学与工程问题：被采样表面的材质及其表面特性，特别是表面粗糙度，是否以及如何影响接触平板的微生物回收效率？

去年，由阿斯利康（AstraZeneca）研究人员T. Eaton等人在EJPPS上发表的一项研究，系统探讨了洁净室相关五种典型材质的表面粗糙度对自然发生的微生物携带颗粒回收效率的影响。该研究不仅量化了不同材质表面的回收率差异，更通过先进的表面形貌分析技术，将微生物学数据与材料的物理特性（表面粗糙度Ra值）进行了相关性分析，为理解表面取样技术的局限性、优化洁净室监控策略提供了重要的实证依据和数据支持。

研究背景与方法学基础

在无菌工艺领域，表面微生物监控是验证清洁消毒程序有效性、评估环境污染风险的核心环节。接触平板法通过将富含营养的琼脂直接压印在待测表面，使附着于表面的可存活微生物转移到琼脂上，经培养后计数，从而评估表面的微生物污染水平。然而，该方法的“回收效率”（即平板实际捕获的微生物数量占表面实际存在微生物总数的百分比）并非100%，且受多种因素影响，包括取样压力、接触时间、琼脂配方（如是否含有中和剂）以及被采样表面的特性。

之前有篇文章《如何保证接触碟方法的回收率》谈到了接触时间的影响。

而Eaton等人的研究聚焦于洁净室常见材质的表面特性与微生物回收效率之间的关联。

其实在2024年，他们就进行了研究，希望建立一个可靠的方法来量化比较不同材质表面的回收效率。2024年的研究中，其选择了五种极具代表性的洁净室相关材料：聚酯纤维洁净服、不锈钢托盘、洁净室乳胶手套、工作站屏障用EPDM长手套、以及洁净室护目镜的共聚酯镜片。这些材料覆盖了从硬质光滑表面到软质多孔表面的光谱，是日常监控中最常接触的对象。

研究采用了一种经过验证的两阶段连续取样数学模型来评估回收效率。其计算公式为：

回收效率 (%) = [1 - (B / A)] × 100

其中，A代表第一次取样平板的CFU总数，B代表对同一位置进行第二次取样平板的CFU总数。此方法基于一个假设：第一次取样应能移除表面绝大部分可回收的微生物，因此第二次取样的计数应显著降低。通过对每种材质进行20次重复测试并计算平均回收效率，研究人员获得了可靠的基础数据。

结果显示，五种材料的回收效率显著分为两个梯队（如表1）：

• 高效率组（约80%）：共聚酯镜片（81.7%）、不锈钢托盘（79.8%）。

• 低效率组（约70%）：乳胶手套（69.2%）、EPDM长手套（68.5% ）、聚酯纤维洁净服（65.8%）。

这一发现证实了表面材质对回收效率存在显著影响（Kruskal-Wallis检验p值<0.0001）。然而，该研究止步于现象描述，提出了一个关键问题：是什么表面特性导致了这种效率差异？ 是材料的硬度？弹性？还是其微观形貌？

为了探究这种差异的根源，2025年，研究团队将焦点转向了材料的表面形貌，特别是表面粗糙度这一关键物理参数。

研究采用了工程领域标准的表面分析技术：

此外，使用Keyence数字光学显微镜获取材料表面的微观图像，图像直观揭示了不同材质的表面结构差异：聚酯纤维呈现交织的纤维纹理，起伏最大；不锈钢表面可见使用或制备过程中产生的划痕；共聚酯表面相对最光滑均一；乳胶和EPDM作为柔性材料，其表面则表现出不同的纹理特征。

回收效率与表面粗糙度的相关性讨论

通过表1的微生物回收效率数据与表2的表面粗糙度数据结合，可以发现：

• 微生物携带颗粒（MCPs）的尺寸：本研究使用的污染源是自然散播的MCPs，其主要来源于人体皮肤细胞，尺寸较大（长度约33-44 μm，厚度约4 μm）。与常用于方法验证的、尺寸小得多的单细胞微生物悬浮液（1-10 μm长）相比，大尺寸的MCPs在转移动力学上可能有所不同。即使对于相对粗糙的表面，MCPs因其尺寸较大，可能仍主要位于表面的“顶峰”而非深陷于微观凹槽中，从而部分削弱了粗糙度对回收率的负面影响。
• 材料表面特性超出粗糙度的范畴：简单的触摸测试发现，EPDM表面具有比其他材料更明显的“粘滞感”。这种表面粘性（可能与表面自由能、静电特性或化学成分有关）可能导致MCPs更牢固地附着在EPDM表面，即使在较低的粗糙度下，也不易被平板转移走。这提示我们，除了物理形貌（粗糙度、波纹度），材料的表面化学性质、亲疏水性等也可能显著影响微生物的附着与转移效率，未来研究需综合考虑这些因素。
• 表面波纹度（Waviness）的潜在影响：粗糙度描述的是较小间距的表面不规则性，而波纹度描述的是更大尺度的起伏（如图7所示）。本研究未对波纹度进行量化。对于EPDM和乳胶这类柔性材料，可能存在比刚性材料更显著的大尺度波纹，这会影响平板与表面的宏观接触均匀性，从而干扰回收效率。柔性的琼脂同样有助于适应这种大尺度的不平整。

综上其结论，揭示了一个总体趋势：如表3所示，随着表面粗糙度（Ra值）的增加，接触平板的平均微生物回收效率呈现下降趋势。

研究意义与展望

本研究通过严谨的实验设计，将微生物学监测数据与工程化的表面特性参数相关联，证实了表面粗糙度是影响接触平板微生物回收效率的一个重要因素。这一结论具有多方面的实践意义：

• 对洁净室监控实践的指导：它提醒微生物监控人员和质量保证人员，在设定表面微生物警戒限和行动限，或比较不同区域、不同设备的监控数据时，必须考虑表面材质差异带来的回收效率偏差。例如，从粗糙的布料表面（如洁净服）回收到的CFU数，可能系统地低于从光滑的不锈钢台面回收到的CFU数，即使两者实际污染水平相同。在风险评估和数据解读时，应纳入这一“材质因子”的考量。
• 对取样方法验证的启示：在进行接触平板方法的回收率验证时，应选择具有代表性的表面材质进行测试，而不是仅仅在最理想的光滑表面（如玻璃或不锈钢）上进行。验证结果应注明所测试的表面类型，以反映方法的实际适用范围。
• 对洁净室材料选择的参考：在设计和建造洁净室时，除了考虑材料的耐久性、易清洁性和化学兼容性外，其表面粗糙度也可能成为一个间接影响微生物控制效果的参数。在关键接触区域（如工作台面、设备外壳），选择表面光滑的材料可能有利于更灵敏地监测到微生物污染。

• 多参数综合研究：需要进一步研究表面粗糙度、波纹度、表面能、材料硬度、弹性等多种物理化学性质如何共同影响不同类型微生物（孢子、细菌、真菌）及不同存在状态（单个细胞、聚集物、附着于载体颗粒）的回收效率。
• 机理深化研究：利用更先进的成像技术（如共聚焦显微镜、扫描电镜）原位观察平板取样瞬间微生物颗粒与表面、琼脂之间的相互作用过程，从微观机理上阐明转移效率差异的原因。
• 模型化与校正：基于大量实验数据，尝试建立表面特性与回收效率之间的预测模型，甚至为不同材质的表面监控结果开发校正因子，使监测数据更具可比性和准确性。

总之，T. Eaton等人的这项研究有力地证明，在洁净室表面微生物监控中，被采样材料的表面粗糙度是导致接触平板回收效率差异的一个不可忽视的关键因素。研究确立了“粗糙度升高，回收率降低”的总体趋势，并通过对典型材料的详细分析，为理解这一现象提供了数据支撑和机理解释。同时，研究中发现的“异常”案例（如EPDM与乳胶）深刻地表明，表面微生物取样的效率是材料多种特性与微生物本身属性复杂相互作用的结果。这项研究不仅提升了我们对表面取样技术局限性的科学认识，也为制药行业优化其环境监控程序、进行更精准的污染控制风险评估提供了宝贵的实证依据。未来，结合材料科学、微生物学与工程学的跨学科研究，将继续推动表面监测技术向着更可靠、更智能的方向发展。

作者：Shengyi 

来源：拾西

公众号日期：2026年2月3日