sterilization-热,过滤,辐射的物理方法

什么是灭菌?

  • 灭菌是将物体或物体表面的微生物完全去除。
  • 当微生物在适当的条件下经受足够的时间和抗菌剂时,就可获得灭菌。

sterilization-热,过滤,辐射的物理方法

图:物理灭菌方法。图像创建使用biorender.com

下面解释一些与灭菌相关的物理方法:

热灭菌

  • 热灭菌是灭菌,最有效和广泛使用的方法,其中通过酶和其它必需细胞成分的破坏的杀菌活性的结果。
  • 在完全水合状态下,热灭菌的效果发生得更快,因为它需要更低的热输入,低温和更短的时间,在以变性和水解反应为主的高湿度条件下,而不是在发生氧化变化的干燥状态下。
  • 在产品可能发生热降解的情况下,通常可以通过采用较高的温度范围来减少热降解,因为较短的暴露时间通常导致较低的部分降解。
  • 这种灭菌方法适用于热稳定产品。仍然可以应用于水分敏感和耐湿的产品,其干燥(160-180°C)和湿润(121-134°C)使用热灭菌程序。

潮湿的热杀菌

  • 湿热灭菌是一种最有效的灭菌方法,其中蒸汽在压力下起到杀菌剂的作用。
  • 湿热灭菌通常涉及在温度范围为121-134℃的蒸汽的使用。
  • 高压提高了水的沸点,从而有助于达到更高的杀菌温度。
  • 高压还促进了热量进入蒸汽中存在的材料和水分的快速渗透,导致蛋白质的凝结导致不可逆的功能和微生物活性丧失。
  • 高温短时间循环通常不仅导致较低的分数降解,而且还提供了由于更明显的灭活因子而实现更高级别的无菌保证的优势。
  • 临床多孔标本(例如手术敷料)和瓶装液的最常用的标准温度时间循环分别为134℃,共3分钟,121℃分别为15分钟。
  • 高压灭菌器是一种通过在压力下产生蒸汽来进行湿热灭菌的装置。
  • 在这种方法中,通过凝固它们的蛋白质杀死微生物,这种方法比通过氧化杀死微生物的干热灭菌更有效。
  • 在制药和医疗部门,除处理污物和受污染物品外,还用于敷料、床单、外科和诊断设备、容器、水注射剂、眼科制剂和冲洗液的消毒。
  • 湿热可用于不同温度下的灭菌:

在低于100°C的温度下

  • 在低于100℃的温度下使用的灭菌技术涉及巴氏杀菌。
  • 在该方法中,所有非孢子形成微生物通过在63℃的温度下进行30分钟(保持器方法)或73℃而20秒(闪蒸方法),所有非孢子形成微生物。
  • 然而,在巴氏杀菌法中,并不是所有的病原微生物都被杀死。巴氏杀菌法的原理是使活菌的数量以对数减少,使它们不再引起疾病。
  • 所有温非芽胞细菌可以通过暴露于湿热在60℃下被杀死与一些生物体需要不同的温度 - 时间循环的异常半小时。
  • 牛奶不能加热到沸点以上,因为牛奶会凝结,营养价值可能会被破坏。
  • 除了牛奶,其它流体和设备等非芽胞菌的疫苗也巴氏消毒在特殊水浴60℃下1小时。
  • 类似地,与可凝结蛋白血清和体液也灭菌在56℃下,在水浴1小时。

温度为100°C

  • 在100℃下沸腾是一种潮湿的热灭菌技术,不能确保完全无菌,但足以去除致病营养微生物和一些孢子。
  • 在这种情况下,需要消毒的物品在沸腾的蒸馏水中浸泡30-40分钟。
  • 蒸馏水是优选的,因为硬水可能导致在仪器上形成钙盐薄膜。
  • Tyndallization是将含有糖和明胶的培养基在100°C下灭菌30分钟,连续三天的方法,目的是保存可能在较高温度下分解的糖。
  • 100°C的湿热适用于被污染的盘子、床上用品、移液器和其他未被污染或污染的仪器以及对温度敏感的物体。

在100°C以上

  • 100°C以上的湿热灭菌是在压力下用蒸汽灭菌。
  • 在正常大气压下(760毫米汞柱),水通常在100°C沸腾;然而,如果压力增加,水的沸点就会增加。
  • 这一原理适用于高压灭菌器,其中水在121°C下沸腾,压力为15 psi或775毫米汞柱。
  • 其结果是,在压力下的蒸汽具有较高的穿透力。当该蒸汽来在表面上的接触时,它通过放出潜热杀死微生物。
  • 冷凝的液体确保微生物的湿润杀伤。
  • 高压釜用于染色仪器的灭菌以及不同的培养基,因为它确保完全无菌。

干热灭菌

  • 干燥灭菌是通过应用无湿热去除微生物的过程,这适用于潮湿敏感的物质。
  • 干热灭菌过程基于传导原理;即热量被物品的外表面吸收,然后向上传递到下一层。最终,整个项目达到实现灭菌所需的适当温度。
  • 干水分较少的热量破阵微生物通过使蛋白质变性,并且还裂解蛋白质在许多生物体,引起氧化自由基损伤,引起细胞的干燥,并且甚至可以将它们烧成灰烬,如焚化
  • 干热灭菌用于灭菌的材料难以通过潮湿的热灭菌来灭菌的原因。
  • 像油,粉末,和相关产品的物质不能由湿热进行灭菌,因为湿气不能渗入油性材料的较深部分,和粉末受到湿气破坏。
  • 同样,实验室设备,如培养皿和移液器,由于渗透问题,很难用湿热消毒。
  • 干热对微生物的致命影响主要是由于氧化过程,与湿热灭菌中暴露于蒸汽而导致的水解损害相比,氧化过程的效力较低。
  • 因此,在干热灭菌的范围160-180℃的通常较高的温度取决于所采用的温度被采用,并且还需要高达的曝光时间为2小时。
  • 该原理用于热空气烤箱和焚烧等仪器中,产生非常热的无水分空气。
  • 干热灭菌的主要工业应用是玻璃瓶的灭菌,这些玻璃瓶将无菌地填充。
  • 除了这种方法实现足够的无菌保障水平之外,该方法还破坏了细菌内毒素(这是革兰阴性细菌的产物,也称为热引发,这在注入体内时会发烧,这难以消除其他灭菌技术。
  • 出于玻璃脱络的目的,使用约250℃的温度。
  • 有不同类型的干热灭菌,如下所述:

炙热

  • 休息热灭菌是瞬间灭菌的握住仪器在本生灯火焰,直到他们成为红热的过程。
  • 该方法基于干热灭菌,通常用于孵化环,电线和镊子点等仪器的灭菌。
  • 这个过程确保了有效的灭菌;然而,它只适用于那些能在火焰中忍受加热直至发红的物质。

燃烧的

  • 燃烧灭菌是一种干灭菌,是指将金属物体暴露在火焰中一段时间,火焰会燃烧仪器中出现的微生物和其他灰尘。
  • 在燃烧的情况下,仪器浸入酒精或精神之前,然后在气体火焰中燃烧。
  • 这个过程不能保证无菌,也不如红热灭菌有效。

焚烧

  • 焚烧是一种杀菌的过程,同时大大减少了废物的体积。它通常是在医院或其他残留物的最后处理期间进行的。
  • 废料被加热,直到它们变成灰分,然后稍后处置。
  • 这个过程是在一个称为焚烧炉设备进行。

红外辐射

  • 红外辐射(IR)是一种热灭菌方法,其中辐射被吸收,然后转换成热能。
  • 为此目的,使用包含IR源源的隧道。待灭菌的仪器和玻璃器皿保持在托盘中,然后通过传送带上的隧道穿过隧道,以受控速度移动。
  • 在该运动期间,器械将被暴露于辐射,这将导致在约180℃的为约17分钟的温度。
  • IR适用于包装的物品,如注射器和导管的大规模消毒。

热空气烤箱

  • 热风烘箱中是干热灭菌的方法,它允许不能由湿热进行灭菌对象的灭菌。
  • 它使用传导原理,其中热量首先被外表面吸收,然后进入内层。
  • 热空气烤箱由绝缘室组成,隔热室包含风扇,热电偶,温度传感器,搁板和门锁控制。
  • 热空气烤箱需要灭菌材料的常用温度和时间为170℃,30分钟,160℃,60分钟,150℃,150分钟。
  • 这些烤箱适用于玻璃器皿,培养皿,甚至粉末样品的灭菌。

过滤

  • 过滤的过程在杀菌技术中是独一无二的,因为它可以去除而不是消灭微生物。
  • 此外,它能够防止可行和不可变的颗粒的通过,因此可以用于澄清和液体和气体的灭菌。
  • 过滤所涉及的主要机制是在过滤材料的基质内筛分,吸附和捕获。
  • 过滤使用具有微小孔的膜质过滤器使液体通过但防止诸如细菌的更大的颗粒通过过滤器。因此,孔隙越小,过滤器就越有可能阻止更多的东西。
  • 某些类型的过滤器(膜过滤器)在无菌测试中也有重要作用,它们可以用来捕获和浓缩被测试溶液中的污染微生物。
  • 然后将这些过滤器置于液体营养介质中并孵育以促进生长和浊度。
  • 灭菌级过滤器的主要应用是处理热敏注射剂和眼科溶液、生物制品、空气和其他气体供应到无菌区域。
  • 它们也可能在工业应用中被要求成为发酵罐、离心机、高压灭菌器和冷冻干燥器的排气系统的一部分。

液体过滤灭菌

  • 膜过滤器,以盘的形式,可以组装成压力操作的过滤器支架,用于注射器安装和在线使用或真空过滤塔装置过滤液体。
  • 在压力下过滤通常认为是最合适的,因为在没有发泡,溶剂蒸发或空气泄漏的情况下,可以将高流量速率填充到最终容器中。
  • 膜过滤器通常与粗级玻璃纤维深度预过滤器结合使用,以提高其处理污垢的能力。

气体过滤灭菌

  • 用于此的过滤器通常由折叠的玻璃微纤维片组成,由波纹的牛皮纸或铝片隔开并支撑,这些波纹片用于管道、墙壁或天花板板,或层流空气柜。
  • 这些高效微粒空气(HEPA)过滤器可以去除99.997%的颗粒>0.3mm直径,因此作为深度过滤器。
  • 在实践中,随着发现与粉尘颗粒相关的大多数细菌,它们的微生物去除效率相当较好。
  • 的过滤器的其他应用包括在组织和微生物培养(碳过滤器和疏水性膜过滤器)的排气或位移的空气除菌;在机械通气(玻璃纤维过滤器)的空气净化的;治疗从微生物安全柜(HEPA过滤器)中排出空气的;和澄清和医疗气体(玻璃棉深度过滤器和疏水性膜过滤器)的灭菌。

辐照学

  • 照射是暴露表面和物体不同种类的辐射源,用于杀菌的过程。
  • 主要采用电磁辐射杀菌。
  • 这些辐射的主要目标被认为是微生物DNA,其损伤是电离和自由基产生(伽马射线和电子)或激发(紫外光)的结果。

紫外(非电离)辐射

  • 紫外辐射包括从150-3900埃,其中2600具有最高的杀菌作用的光线。
  • 非电离波有一个非常小的穿透力,所以只在表面的微生物被杀死。
  • 在暴露后,这些波被许多材料,特别是核酸吸收。
  • 因此,这些波会导致嘧啶二聚体的形成,从而导致DNA复制的错误,并导致微生物因突变而死亡。
  • 紫外辐射由于其对常规包装材料的穿透性较差,不适用于药品剂型的灭菌。
  • 然而,它被应用于空气灭菌、无菌工作区域的表面灭菌和制造级水的处理。

电离辐射

  • X射线和伽马射线是常用的电离辐射以进行灭菌。
  • 这些是高能量辐射,导致各种物质的电离以及水。
  • 电离导致大量有毒的O的形成2代谢物等羟基,超氧化物离子和H.2O.2通过水的电离。
  • 这些代谢物是高度氧化剂,通过氧化各种细胞成分杀死微生物。
  • 在电离辐射中,微生物的抗性随着水分或溶解氧的存在而降低(这是自由基产生增加的结果),也随着温度的升高而降低。
  • 辐射灭菌通常暴露于干燥状态的物品,包括外科手术器械,缝合线,假体,单位剂量软膏,塑料注射器和干药产品。

声波振动

  • 声波可以作为杀菌剂使用超声波(通常从20-40千赫)振动流体。
  • 超声波可以与水一起使用,但使用一种适合于被清洁对象的溶剂和目前存在的污垢的类型提高了效果。
  • 在物理上对空气发声波抗菌活性的解释是基于声学能量转化为热量的变化。
  • 空气声不同的与介质如声学能量的吸收的影响是通过它被传送的介质的性质的影响很大。
  • 由于声波通过洗涤剂溶液传播,这些超声波产生振荡的交替的拉伸和压缩力,并且这些振荡力导致数百万微观尺寸的空腔形成在洗涤剂溶液中。
  • 一旦它们达到最大尺寸,这些空腔剧烈崩溃,导致亚底镜空隙到诱导高能液压冲击波的形成。
  • 这些冲击波的温度可高达10,000°F,流体动力压力可低至10,000 PSI,即使是污染仪器最难以接触的表面,这些冲击波也会从物理上松开并清除微生物和其他附着的碎片。
  • 空气传播声波的抑菌活性与声强、辐照周期和样品与声源的距离直接相关。
  • 根据这些孢子的化学成分,发现这些声波对细菌孢子有效。
  • 微生物体内的脂质物质很容易吸收超声波频率,任何脂质水平的变化都直接影响孢子吸收声能的数量以及这些孢子的清除。
  • 这种方法的终端灭菌之前经常使用的医疗设施,清洁手术和牙科器械。

压力(Pascalization)

  • Pascalization或high - pressure Processing (HPP)是一种用于保存和灭菌食品的方法,在这种方法中,产品在非常高的压力(数百百万帕斯卡)下加工,导致食品中的特定微生物死亡和酶失活。
  • HHP治疗可以在室温下施用,除了一些蔬菜,形状,颜色和大多数食物的营养物质不受影响。
  • 静水压力是非热压的,共价键不会断裂,所以味道不会受到影响。
  • 在400-600MPa,蛋白质易变化,细胞形态被改变,并且核糖体被破坏。
  • 在细胞膜的脂质蛋白复合物中发生变化,并且还观察到增加的膜流动性,这导致核酸泄漏。
  • Pascalization不是针对孢子特别有效,但与热联合治疗被认为是有效的在孢子的失活。
  • 帕斯卡化在酸性食物上特别有用,比如酸奶和水果,因为孢子耐压,无法在低pH的环境中生存。
  • 治疗同样适用于固体和液体产品。

阳光(太阳消毒)

  • 阳光消毒是用于与阳光的帮助下去除微生物的过程。
  • 该过程通常用于净化或消毒饮用水。
  • 太阳消毒的基础是,由于太阳光的UV-A(波长320-400纳米)部分使致病微生物失活,它与溶解在水中的氧发生反应,释放出高度活性的氧(氧自由基和过氧化氢)。
  • 这些代谢物损伤病原体,而它也会干扰代谢并破坏细菌细胞结构,并且同时将太阳能(从红外线到UV)加热表面。
  • 太阳消毒原理类似于辐射灭菌的原则;然而,太阳消毒的功效显着低,因为它需要长时间的暴露。
  • 然而,这一过程是经济和环境友好的选择。

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