蒸汽滅菌是在 19 世紀(jì)開發(fā)的，此后已得到完善，但仍然是當(dāng)今生命科學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)無菌的最常見方法。
無菌和滅菌的定義
無菌
無菌的定義是不存在存活的微生物。
滅菌
滅菌是達(dá)到無活微生物狀態(tài)的過程。
微生物
滅菌過程必須達(dá)到無菌，即無菌范圍內(nèi)不存在微生物。要消除的微生物通常是病毒或細(xì)菌。最困難的是孢子形成細(xì)菌，它們可以休眠多年，免受脫水或高溫等壓力。嗜熱脂肪地芽孢桿菌是最耐熱的細(xì)菌之一，被用作試驗(yàn)微生物來測(cè)試蒸汽滅菌過程的有效性。
濕熱滅菌/蒸汽滅菌
定義
蒸汽不僅很常見，而且如果要消毒的物品能夠承受高溫，它也是首選方法。滅菌通常在高壓滅菌器中進(jìn)行，壓力比大氣壓高 1-2 巴，飽和蒸汽溫度為 121-134°C。溫度和暴露時(shí)間將保證致死效果，較高的溫度會(huì)導(dǎo)致致死效果呈指數(shù)級(jí)增加。
什么是飽和水蒸氣
飽和水蒸氣是處于冷凝和蒸發(fā)平衡狀態(tài)的水蒸氣。一旦遇到較冷的表面，它就會(huì)凝結(jié)并釋放蒸發(fā)潛熱。
過熱蒸汽
過熱蒸汽是溫度高于相應(yīng)壓力下水的沸點(diǎn)的水蒸氣。在移除足夠的能量使其達(dá)到飽和之前，過熱的熱量不會(huì)凝結(jié)。
為什么以及何時(shí)使用飽和蒸汽
蒸汽是可預(yù)測(cè)的
飽和蒸汽在溫度和壓力之間具有相關(guān)性，從而能夠控制和監(jiān)測(cè)壓力和溫度。對(duì)于給定的溫度，有一個(gè)特定的壓力，即 121°C – 1 bar(s)、134C – 2 bar(s)，壓力較低的偏差表明蒸汽過熱。
蒸汽是優(yōu)良的熱載體
蒸汽是優(yōu)良的熱載體；大部分熱量潛伏在氣相中，并在冷凝時(shí)轉(zhuǎn)移到爐料中。這種熱傳遞是通過使微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)變性來消滅微生物的機(jī)制。
蒸汽遇到冷點(diǎn)
當(dāng)蒸汽在冷點(diǎn)冷凝并釋放熱量時(shí)，它從氣相變成液相，體積減小到蒸汽體積的 1/1000。這會(huì)導(dǎo)致局部壓力較低，并且蒸汽將朝該方向移動(dòng)。這些蒸汽將冷凝并被新蒸汽取代，直到溫度均衡。這種機(jī)制確保了蒸汽滅菌循環(huán)的溫度分布。
使用蒸汽作為滅菌方法時(shí)面臨的挑戰(zhàn)
抽氣
為了使注入的蒸汽到達(dá)滅菌室內(nèi)的各處，抽氣至關(guān)重要。蒸汽和空氣不能很好地混合，剩余的空氣將阻止飽和蒸汽冷凝并隨后釋放其能量并確保此時(shí)的無菌性。
空氣去除通常通過以下方式完成：
重力抽氣：蒸汽和空氣的不同性質(zhì)，利用蒸汽將空氣排出。效率很大程度上取決于注入蒸汽的分布和裝料配置（類型、包絡(luò)線、形狀、方向和位置）。
正壓脈沖——注入蒸汽以產(chǎn)生超壓，然后再次釋放到大氣壓力。每次脈沖都會(huì)抽出一點(diǎn)空氣。
真空脈沖——使用噴射器或真空泵去除腔室中的空氣，此時(shí)通過注入蒸汽來平衡真空條件。重復(fù)脈動(dòng)直至實(shí)現(xiàn)足夠的空氣抽取。
對(duì)于現(xiàn)代滅菌器來說，用真空泵抽氣是最有效的方法，盡管它有時(shí)與正壓脈沖結(jié)合使用，特別是對(duì)于多孔負(fù)載。
蒸汽質(zhì)量
蒸汽質(zhì)量對(duì)于蒸汽滅菌過程的成功至關(guān)重要，通常定義為：
不凝性氣體
干燥
過熱
污染物
EN 285:2016 第 13.3 節(jié)提供了蒸汽質(zhì)量驗(yàn)證方法的指南；這主要是醫(yī)療保健領(lǐng)域蒸汽滅菌器的標(biāo)準(zhǔn)，但也經(jīng)常用作實(shí)驗(yàn)室或其他生命科學(xué)應(yīng)用的參考。
蒸汽分布
為了避免形成蒸汽袋，正確分布腔室中的蒸汽非常重要。較高的空氣密度以
及空氣和蒸汽的低混合導(dǎo)致了一種設(shè)計(jì)，其中進(jìn)入的蒸汽盡可能均勻地導(dǎo)向室的頂部。
貨物特性
不同類型的貨物必須進(jìn)行不同的處理和加工。
對(duì)于玻璃器皿和器皿等固體負(fù)載，優(yōu)選預(yù)真空循環(huán)。
多孔負(fù)載，例如過濾器或包裝產(chǎn)品，通常也在預(yù)真空循環(huán)中進(jìn)行處理，但真空率可能會(huì)降低以保護(hù)負(fù)載。
液體裝載循環(huán)包括重力空氣去除和冷卻，具體取決于液體容器是通風(fēng)（打開）還是關(guān)閉。可以通過以受控方式將滅菌階段的壓力降低至大氣壓來冷卻通風(fēng)容器，并控制沸騰。對(duì)于密閉容器，通常采用冷水夾套冷卻。
濕貨物
為了防止貨物在處理包裹或多孔貨物時(shí)受潮，蒸汽的干燥度至關(guān)重要，蒸汽必須飽和且干燥。蒸汽干燥度應(yīng) >97% 才不會(huì)引起問題。為了幫助并盡量減少水的存在，還可以使用夾套間接加熱。將夾套加熱到接近滅菌溫度的溫度，以防止加熱過程中室壁上出現(xiàn)凝結(jié)。
熱點(diǎn)
如果采用蒸汽加熱夾套進(jìn)行間接加熱或使用蒸汽作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)密封門封，則存在出現(xiàn)熱點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。如果這些區(qū)域的溫度較高，蒸汽將不會(huì)在這些表面上凝結(jié)，并且蒸汽的熱傳遞將受到限制。將溫度精確控制在腔室溫度以下是關(guān)鍵。
干燥滅菌后的干燥
可以通過將壓力降低到相應(yīng)的飽和溫度以下來實(shí)現(xiàn)，這將導(dǎo)致負(fù)載中的水分蒸發(fā)。通過使用真空泵或噴射器達(dá)到低于大氣壓的壓力可以增強(qiáng)效果。
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