热灭菌
- 热灭菌是最有效且应用最广泛的灭菌方法，它具有杀菌效果，因为能够破坏细胞中的酶和其他重要成分。
- 当材料完全水合时，其热灭菌效果更好，因为所需的热能更低，温度也更低。在高湿度条件下，蛋白质的变性和水解反应更为显著；而在干燥状态下，则主要发生氧化反应。
- 较短的暴露时间通常会导致较少的部分热降解，因此选择温度范围较宽的温度设置通常可以最大限度地减少热降解的程度。
- 这种方法可以用于对热稳定的产品进行灭菌处理。虽然干燥（160-180°C）和湿热（121-134°C）加热工艺分别适用于对水分敏感和耐湿的产品，但这种方法同样适用于这两种类型的产品。
湿热灭菌
- 最有效的灭菌方法之一是湿热灭菌，这种方法利用加压蒸汽来杀死细菌。
- 在湿热灭菌过程中，使用的温度范围是121°C至134°C之间。
- 当水处于高压状态时，其沸点会上升，从而能够达到更高的温度。
- 除了快速的热传导外，高压还会导致蛋白质凝固，由于蒸汽中的水分作用，微生物的功能和活性会不可逆地丧失。
- 尽管高温短时间处理方式的降解程度较低，但它具有显著的优势，即能够实现更高的无菌保证水平，因为这种处理方式下的灭活因子（即能够杀死微生物的参数）要高得多。
- 临床多孔样品（如外科敷料）和瓶装液体通常先在134摄氏度下加热3分钟，然后在121摄氏度下加热15分钟。
- 高压蒸汽发生器通过产生高压蒸汽来作为湿热灭菌设备使用。
- 与干热灭菌不同，干热灭菌是通过氧化细菌来杀死它们的；而这种技术则是通过使细菌的蛋白质凝固来杀死微生物的。
- 除了眼科制剂、冲洗液以及处理受污染的材料外，制药和医疗行业还使用水溶性注射液。
在100°C以下的温度下
- 巴氏杀菌是一种在低温下进行灭菌的标准技术。
- 所有非产孢微生物在牛奶中都可以通过“保持法”或“瞬时加热法”被杀死。这两种方法都是将牛奶加热到63°C并保持30分钟。
- 尽管巴氏杀菌可以杀死病原微生物，但并不能彻底消灭所有微生物。巴氏杀菌通过将对数级减少微生物的数量来消除致病菌。
- 几乎所有中温非孢子形成菌都可以通过60°C的湿热处理半小时被杀死，尽管某些菌种需要不同的温度和时间组合才能被有效杀灭。
- 为了防止牛奶的营养价值被破坏，加热温度不会超过其沸点。
- 牛奶也可以通过特殊的热水浴在60°C下加热一小时进行巴氏杀菌处理，同时其他非孢子形成细菌的疫苗等液体和设备也可以采用同样的方法进行杀菌。
- 将含有可凝固蛋白质的血清和体液置于水浴中，在56°C下进行1小时的灭菌处理。
在100摄氏度的温度下
- 使用100°C的热水可以达到一定的无菌效果，但无法实现完全无菌。只有致病微生物和某些孢子才能被热水杀死。
- 为了对这些物品进行灭菌处理，它们会被放入蒸馏水中煮沸30到40分钟。
- 建议使用蒸馏水，因为硬水可能会导致仪器上形成钙盐。
- **廷德尔化（Tyndallization）**是指将含有糖和明胶的培养基在100°C下灭菌30分钟，连续进行三天。这样做的目的是为了保护那些在较高温度下可能会分解的糖分。
- 100°C的温度既可用于被污染的器皿、垫料、移液器等需要湿热处理的物品，也可用于对温度敏感的物品。
温度超过100°C
- 湿热法是在压力下使用蒸汽，在100°C以上的温度下进行灭菌的。
- 当大气压为正常值（760毫米汞柱）时，水的沸点是100°C。随着压力的增加，水的沸点也会升高。
- 当水在15磅的压力（相当于775毫米汞柱）下被加热到121°C时，就会发生这个过程。
- 在压力作用下，蒸汽能够更深入地渗透到物体内部。当蒸汽接触到表面时，会释放出潜热，从而杀死微生物。
- 由于液体的浓缩作用，微生物被有效地杀死了。
- 为了对受污染的仪器和各种培养基进行灭菌处理，人们使用高压灭菌器（autoclaves），因为它们能够确保完全的无菌状态。
干热灭菌
- 无水分条件的灭菌是通过使用不会被水分污染的热量来实现的，这是一种有效的方法，用于灭菌对水分敏感的物品。
- 在干热灭菌过程中，热量通过传导从物品表面传递到其内部各层，传导是指物品吸收热量的过程。为了达到灭菌效果，整个物品必须被加热到适当的温度。
- 干燥且无湿度的热量可以通过导致蛋白质变性以及在许多生物体内引发蛋白质裂解来消灭微生物。同时，这种热量还会产生自由基，这些自由基会损害细胞，有时甚至会使细胞烧成灰烬，就像焚烧过程一样。
- 由于多种原因，干热灭菌可以用于那些难以通过湿热灭菌进行灭菌的材料。
- 湿热灭菌方法不能用于油类或粉末制品的灭菌，因为水分无法渗透到这些材料的内部深处，而且水分会破坏粉末的结构。
- 类似的问题也存在于实验室设备上，比如培养皿和移液管在湿热灭菌过程中。由于这些设备的结构特性（如孔洞、缝隙等），湿热灭菌方法可能无法完全杀死其中的微生物。
- 主要是氧化作用导致了干热对微生物的致死性。相比之下，湿热灭菌过程中蒸汽造成的水解损伤要有效得多。
- 干热灭菌过程中使用的温度范围为160至180°C，根据所选温度的不同，暴露时间最长可达2小时。
- 热风烤箱和焚烧炉利用这一原理来产生高温且不含湿气的空气。
- 使用干热灭菌法对玻璃瓶进行灭菌，并进行无菌灌装，这是干热灭菌技术在工业领域的主要应用之一。
- 此外，通过使用这种方法，可以有效地去除细菌内毒素（这些内毒素由革兰氏阴性细菌产生，同时也是热原，注入体内后会引起发热）。这些内毒素很难通过其他方法清除。
- 大约250°C被用作玻璃的去热原处理温度。
**红热**
- 使用本生灯，仪器通过余热灭菌法实现即时灭菌。
- 培养箱中的循环装置、电线以及镊子的尖端通常采用干热灭菌法进行消毒。
- 通过这一工艺可以实现灭菌；然而，该方法仅适用于那些能够耐受高温直至变红的物质。
- 火焰干热灭菌是一种干热灭菌方法，其中金属物体被置于火焰中一段时间，火焰会烧毁物体表面的微生物和其他灰尘。
- “Flaming”是指将仪器浸入酒精或烈酒中，然后在燃气火焰上燃烧，以去除其表面的痕迹或污渍的过程。
- 高温灭菌（Red hot sterilization）效率更高，也能确保产品的无菌状态，但它的效果不如这种工艺。
- 通过焚烧处理，废物可以被彻底杀菌，同时其体积也会大幅减少。这一过程通常发生在医院或其他机构处理废弃物最终处置时。
- 这些废料被制成灰烬，之后再进行处理和处置。
- 一种称为“焚烧炉”的设备被用于执行这一过程。
- 热灭菌是通过吸收红外辐射（IR）并将能量转化为热量来实现的。
- 为了实现这一目标，使用了装有红外光源的隧道。传送带以受控的速度将仪器和玻璃器皿通过隧道输送，同时这些仪器和玻璃器皿被放置在托盘中。
- 当仪器暴露在辐射下时，温度将达到约180°C，并保持这个温度大约17分钟。
- 辐照可以用于大批量地对包装好的物品（如注射器和导管）进行灭菌处理。
- 热风烤箱可用于对那些无法用湿热法进行灭菌的物体进行消毒。
- 传导是指热量从外表面传递到内层的过程。
- 为了用热风烹饪食物，你需要一个隔热腔室，其中包含风扇、热电偶、恒温器、架子以及带锁的门。
- 通常，热风烤箱通过将材料加热到170摄氏度并保持30分钟、160摄氏度并保持60分钟、或者150摄氏度并保持150分钟来进行灭菌。
- 除了可以对玻璃器皿和培养皿进行灭菌外，这些烤箱还可以用于对粉末样品进行灭菌。
过滤
- 与其他灭菌技术相比，过滤方法能够去除微生物，而不是将其杀死。
- 此外，它能够阻止所有微生物（无论是活的还是非活的）通过，因此在澄清（去除杂质）和灭菌过程中都非常有用。
- 过滤主要通过筛分、吸附以及在过滤材料内部的捕获作用来实现。
- 膜过滤器是一种具有微小孔隙的过滤器，它允许液体通过，但能阻挡细菌等较大颗粒的通过。因此，孔隙越小，过滤器就越能有效地阻挡更多的物质。
- 某些类型的过滤器（膜过滤器）也可用于无菌检测中，以捕获并浓缩测试溶液中的污染微生物。
- 之后，这些过滤器会被置于含有液体营养培养基的环境中培养，以促进微生物的生长并增加培养基的浑浊度。
- 除了用于处理无菌区域内的注射剂和眼科溶液、生物制品以及空气和其他气体外，灭菌级过滤器还有其他多种用途。
液体的过滤灭菌
- 这些膜过滤器呈圆盘状，既可以安装在注射器上并在线使用，也可以与真空过滤塔配合使用来过滤液体。
- 加压过滤通常被认为是最合适的方法，因为可以在高流速下直接将液体填充到最终容器中，而不会出现起泡、溶剂蒸发或空气泄漏的问题。
- 膜过滤器通常与玻璃纤维深度过滤器结合使用，以提升其过滤污物的能力。
气体的过滤灭菌
- 通常，用于实现这一功能的过滤器由多层玻璃微纤维折叠而成，这些微纤维之间相互分离，并由铝箔或牛皮纸制成的波纹板支撑。这类过滤器广泛应用于通风管道、隔板或具有层流空气流动特性的柜体内。
- HEPA过滤器能够捕获直径大于0.3毫米的颗粒，过滤效率高达99.997%，因此它们属于深度过滤器（即能够有效去除微小颗粒的过滤器）。
- 大多数细菌都附着在灰尘颗粒上，这意味着它们更有效地清除微生物。
- 除了在组织培养和微生物学实验中用于净化空气（如使用碳过滤器或疏水膜过滤器进行灭菌或置换空气外），过滤器还用于清洁机械呼吸机中的空气（使用玻璃纤维过滤器）、净化安全柜排放的废气以供微生物学实验使用（使用HEPA过滤器），以及净化和灭菌医用气体（使用玻璃棉深度过滤器或疏水膜过滤器）。
辐照
- 辐射是一种通过将表面和物体暴露在各种类型的辐射下来进行灭菌的方法。
- 主要的灭菌方法是电磁辐射。
- 在大多数情况下，这些辐射会对微生物的DNA产生显著影响，主要通过电离作用产生自由基（如伽马射线和电子），或者通过激发作用（如紫外线）使细菌DNA发生改变。
紫外线（非电离辐射）
- 紫外线的波长范围为150至3900埃（Å），其中2600埃的波长具有最强的杀菌效果。
- 非电离辐射的穿透能力较弱，因此它们只能杀死微生物的表面部分。
- 多种材料能够吸收这些波，包括核酸。
- 海浪会导致嘧啶二聚体的形成，从而引发DNA错误，并通过突变使微生物死亡。
- 由于传统的包装材料对紫外线（UV）的透过性很差，因此不适合用于灭菌。 药品剂型.
- 然而，它也被用于对空气进行灭菌、对无菌区域进行表面消毒，以及处理用于生产的饮用水。
电离辐射
- 在大多数情况下，电离辐射是通过使用伽马射线或X射线来进行灭菌的。
- 这些来源的辐射会导致水和其他多种物质的电离。
- 由于水的电离作用，氧气会产生多种代谢产物，例如羟基自由基、超氧离子和过氧化氢（H2O2）。
- 这些代谢物会氧化微生物的多种成分，导致微生物死亡。
- 当存在水分时（由于自由基的产生增加），以及温度升高时，细菌对电离辐射的抵抗力会下降。
- 辐射灭菌通常用于干燥的物品，如外科手术器械、缝线、假体、单剂量药膏、塑料注射器以及干粉药品。
声波（声学）振动
- 利用超声波进行杀菌时，会通过超声波（通常频率在20到40千赫兹之间）使液体产生振动。
- 虽然超声波清洗可以使用纯水，但使用适合所清洁污垢类型和物体的溶剂可以提高清洗效果。
- 有研究表明，空气中的声波具有抗菌作用，因为它们可能将声能转化为热能。
- 由于声音传播介质的性质对声能的吸收有显著影响，因此空气传播的声音所产生的影响是不同的。
- 通过声波在洗涤剂溶液中的传播，会产生交替的拉伸力和压缩力，这些力会不断振荡，从而在洗涤剂溶液中形成数以百万计的微观空洞。
- 当这些空腔达到最大尺寸时，它们会剧烈坍塌，从而形成亚微观级别的空洞，这些空洞会产生高能量的水力冲击波。
- 即使是在受污染的仪器上最难以触及的表面，冲击波也能将其上的微生物和附着物物理清除。这些冲击波的温度可达到10,000华氏度（约5,432摄氏度），水动力压力可达到10,000磅每平方英寸（约68.9兆帕）。
- 空气中的声波具有抗菌作用，这种作用受到声波强度、照射时间以及与声源距离的影响。
- 根据细菌孢子的化学成分，声波似乎对它们具有抑制作用。
- 微生物中的脂质物质能够轻易吸收声频，因此脂质含量的变化会直接影响孢子吸收的能量大小以及清除这些孢子的效率。
- 医疗机构在对这些外科和牙科器械进行灭菌处理之前，通常会先使用这种方法对它们进行清洁。
压力（帕斯卡化处理）
- 巴氏杀菌法或高压处理技术被用于食品的保存和灭菌。在这种方法中，食品会受到极高的压力（数百兆帕），从而导致微生物死亡和酶的失活。
- 在大多数情况下，当在室温下进行高压处理（HPP）时，大多数食物的形状、颜色和营养成分不会受到影响。
- 由无水压力产生的压力是非热性的，且不会破坏共价键，因此不会影响食品的风味。
- 在400-600兆帕的压力下，蛋白质容易发生变性，导致细胞形态和核糖体发生改变。
- 膜脂质和蛋白质会发生变化，膜的流动性也会改变，从而导致核酸泄漏。
- 通过巴氏杀菌和加热的组合处理可以灭活孢子，但单独使用巴氏杀菌的效果并不显著。
- 在酸奶和水果等酸性食品中，巴氏杀菌法特别有效，因为耐压的孢子无法在低pH值的环境中存活。
- 该治疗方法既适用于液态产品，也适用于固态产品。
日光消毒（Solar Disinfection）
- 在阳光的帮助下，可以利用太阳能消毒来杀死微生物。
- 许多人使用这个过程来净化或消毒饮用水。
- 阳光中的UV-A光（波长320–400纳米）通过产生高活性的氧物质（如氧自由基和过氧化氢）来灭活病原体。
- 除了会损害病原体外，这些代谢物还会干扰细菌的新陈代谢并破坏细菌的细胞结构。此外，太阳表面的所有能量（从红外线到紫外线）都会同时加热细菌。
- 辐射灭菌的原理与太阳能消毒类似，但由于需要更长的暴露时间，其杀菌效果要低得多。
- 然而，这一工艺既环保又经济。
优点与缺点
优势；长处
- 灭菌过程具有很高的有效性。
- 使用标准化设备来提供所需的热量。
- 通过压力表和温度计等各种监控设备，可以有效地对热传递系统进行实时监测。
- 已经建立了一个质量控制系统。
缺点；劣势
- 高压灭菌器无法对脂肪、油脂以及那些不透蒸汽的粉末类物质进行灭菌处理。
- 对热敏感的材料不能通过热力灭菌方法进行灭菌处理。
物理方法的应用
- 微生物的生长可以通过加热来控制，这是一种被广泛使用且非常有效的方法。
- 在实验室中，无菌技术通常采用干热灭菌法。然而，湿热灭菌法由于能更好地穿透细胞壁，因此比干热灭菌法更有效。
- 巴氏杀菌过程能够消灭病原体，并减少导致食品变质的微生物数量。需要冷藏的牛奶通常采用高温短时巴氏杀菌法进行处理。而无需冷藏的长期储存牛奶，则可以采用超高温巴氏杀菌法。
- 某些微生物会在冷冻过程中被杀死，这可以减缓其生长速度。干冰和极低的温度可以用来储存和运输实验室样本以及医疗标本。
- 食品中的微生物可以通过高压处理被杀死。某些感染也可以通过高压氧疗法进行治疗。
- 除了用于保存食物外，通过添加盐或糖也可以加速脱水过程，因为这些物质能够减少食物中的水分含量。
- 使用电离辐射（包括伽马射线）对热敏感且已包装的材料进行灭菌是一种有效的方法。非电离辐射（如紫外线）无法穿透表面，但可用于表面灭菌。
- 实验室中的生物安全柜以及医院通风系统都采用HEPA过滤器来防止空气中的微生物传播。对于热敏感的溶液，通常通过膜过滤来去除其中的细菌。