蒸汽滅菌是在 19 世紀開發(fā)的,此后已得到完善,但仍然是當今生命科學領(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
滅菌是達到無活微生物狀態(tài)的過程。
微生物
滅菌過程必須達到無菌,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菌。最困難的是孢子形成細菌,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菌之一,被用作試驗微生物來測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。溫度和暴露時間將保證致死效果,較高的溫度會導致致死效果呈指數(shù)級增加。
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壓力下水的沸點的水蒸氣。在移除足夠的能量使其達到飽和之前,過熱的熱量不會凝結(jié)。
為什么以及何時使用飽和蒸汽
蒸汽是可預測的
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)測壓力和溫度。對于給定的溫度,有一個特定的壓力,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,并在冷凝時轉(zhuǎn)移到爐料中。這種熱傳遞是通過使微生物的細胞結(jié)構(gòu)變性來消滅微生物的機制。
蒸汽遇到冷點
當蒸汽在冷點冷凝并釋放熱量時,它從氣相變成液相,體積減小到蒸汽體積的 1/1000。這會導致局部壓力較低,并且蒸汽將朝該方向移動。這些蒸汽將冷凝并被新蒸汽取代,直到溫度均衡。這種機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面臨的挑戰(zhàn)
抽氣
為了使注入的蒸汽到達滅菌室內(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。每次脈沖都會抽出一點空氣。
真空脈沖——使用噴射器或真空泵去除腔室中的空氣,此時通過注入蒸汽來平衡真空條件。重復脈動直至實現(xiàn)足夠的空氣抽取。
對于現(xiàn)代滅菌器來說,用真空泵抽氣是最有效的方法,盡管它有時與正壓脈沖結(jié)合使用,特別是對于多孔負載。
蒸汽質(zhì)量
蒸汽質(zhì)量對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)域蒸汽滅菌器的標準,但也經(jīng)常用作實驗室或其他生命科學應用的參考。
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致了一種設計,其中進入的蒸汽盡可能均勻地導向室的頂部。
貨物特性
不同類型的貨物必須進行不同的處理和加工。
對于玻璃器皿和器皿等固體負載,優(yōu)選預真空循環(huán)。
多孔負載,例如過濾器或包裝產(chǎn)品,通常也在預真空循環(huán)中進行處理,但真空率可能會降低以保護負載。
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(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容器,并控制沸騰。對于密閉容器,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 >97% 才不會引起問題。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
如果采用蒸汽加熱夾套進行間接加熱或使用蒸汽作為驅(qū)動介質(zhì)密封門封,則存在出現(xiàn)熱點的風險。如果這些區(qū)域的溫度較高,蒸汽將不會在這些表面上凝結(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的飽和溫度以下來實現(xiàn),這將導致負載中的水分蒸發(fā)。通過使用真空泵或噴射器達到低于大氣壓的壓力可以增強效果。