灭菌方法探析：物理法与化学法的比较研究

引言

微生物在引发感染和污染中扮演着重要角色。因此，灭菌（Sterilization）是微生物学中一项关键技术，用于从材料或表面彻底清除或杀灭所有微生物。

常见定义

Sterilization（灭菌）：指通过物理或化学手段，使物品、表面或培养基完全不含任何微生物（包括营养体和芽孢）的过程。

Disinfection（消毒）：指杀灭或清除致病性病原体（pathogens），但不一定能杀灭芽孢。目标是将微生物数量降至不再危害健康的水平。

Antiseptics（防腐剂 / 抗菌剂）：指可安全用于活体组织（如皮肤、伤口）的化学消毒剂，通过抑制微生物生长来预防感染。

Asepsis（无菌操作）：指为防止微生物侵入未感染组织而采取的一系列技术措施，常见于外科手术和微生物实验。

一、灭菌物理方法（Physical Methods）

1. 日光（Sunlight）

日光中的紫外线（UV）具有杀菌作用，是一种天然的灭菌方式，常用于减少水箱、湖泊等环境中微生物数量。2. 热力灭菌（Heat Sterilization）

热力是最常用、最可靠的灭菌方法，分为干热（Dry Heat）和湿热（Moist Heat）两类。

• 干热原理：通过蛋白质变性、氧化损伤及高浓度电解质毒性杀灭微生物，还可破坏DNA。
• 湿热原理：通过蛋白质变性与凝固（denaturation and coagulation）快速杀死微生物。

湿热灭菌：立式灭菌器

影响热力灭菌效果的因素：

• 温度与时间：呈反比关系——高温短时 vs 低温长时；
• 微生物特性：芽孢（spores）比营养体更耐热；
• 材料性质：有机物可保护微生物；被灭菌物品需耐受相应温度。▶ 干热法（Dry Heat Procedures）
• Red Heat（灼烧至红热）：接种环、镊子尖、针头等金属工具在本生灯（Bunsen burner）火焰中烧至红热，实现瞬时灭菌。
• Flaming（火焰过火）：玻片、手术刀、试管口等快速通过火焰，不使其发红，防止污染。
• Incineration（焚烧）：利用焚化炉将污染敷料、动物尸体、病理废物等彻底烧成灰烬。
• Hot Air Oven（干热烘箱）：电加热+内置风扇确保热空气均匀分布，常用条件：160°C 维持2小时（也可用170°C/1h 或 180°C/30min）。▶ 湿热法（Moist Heat Sterilization） （1）温度 < 100°C
• Pasteurization（巴氏消毒）：可杀灭多数非芽孢致病菌（如沙门氏菌、结核分枝杆菌），但贝氏柯克斯体（Coxiella burnetii）可能存活。
• Inspissation（浓缩灭菌）：对Lowenstein-Jensen或Loeffler血清培养基于80–85°C加热30分钟，连续3天，用于含蛋白培养基灭菌。
• Vaccine bath（疫苗水浴）：细菌疫苗于60°C水浴1小时；血清等体液可在56°C连续多日加热灭菌。
• LTSF（低温蒸汽甲醛灭菌）：适用于不耐100°C的物品，使用75°C亚大气压蒸汽 + 甲醛蒸气。
  生物监测常用嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillus stearothermophilus）。（2）温度 = 100°C
• Boiling（煮沸）：10–30分钟可杀灭多数营养体，但芽孢可能存活。紧急情况下可用于注射器、橡胶塞等。
• Tyndallisation（间歇灭菌）：连续3天，每天100°C蒸汽处理。第一天杀营养体，芽孢在室温“萌发”为营养体，后续加热再杀灭。
  适用于含糖、蛋清或血清的培养基（高温易破坏成分）。
• Steam sterilizer（常压蒸汽灭菌器）：如Koch或Arnold式设备，100°C常压蒸汽处理90分钟，适合热敏性培养基。（3）温度 > 100°C（加压）
• Autoclave（高压蒸汽灭菌锅）：利用饱和蒸汽在加压下达到121.1°C、15 psi（磅/平方英寸），维持15分钟。
  蒸汽遇冷凝结释放潜热，穿透性强，使蛋白质迅速凝固。3. 臭氧（Ozone）

利用氧气、水和电生成臭氧（O₃），在25–35°C下运行约4小时，可达到无菌保证水平（SAL）10⁻⁶，且无有毒残留。4. 过滤除菌（Filtration）

适用于热敏感液体（如血清、抗生素）：

• 蜡烛滤器（Candle filter）：用于净水
• 石棉盘滤器：镁硅酸盐材质
• 烧结玻璃滤器：熔融玻璃粉末制成
• 膜滤器（Membrane filter）：醋酸纤维素材质，孔径0.22 μm（最常用，小于细菌）
• HEPA空气滤器：用于超净台，可截留≥0.3 μm颗粒
• 注射器滤器（Syringe filters）：带膜，多种孔径

⚠️ 局限：无法去除病毒（太小）。5. 辐射（Radiation）

• 电离辐射（Ionizing）：γ射线、X射线等可破坏DNA，用于一次性医疗器械（如注射器）灭菌，又称“冷灭菌（cold sterilization）”。
• 非电离辐射（Non-ionizing）：
  

过滤除菌

二、灭菌化学方法（Chemical Methods）

理想化学消毒剂应具备：

• 广谱抗菌（细菌、病毒、真菌、原虫）
• 在有机物存在下仍有效
• 高穿透性、化学稳定性（耐酸碱）
• 对金属无腐蚀、对人体低毒
• 易得且成本低1. 醇类（Alcohols）
• 70% 乙醇（Ethyl alcohol）：最佳消毒浓度，用于皮肤消毒
• 异丙醇（Isopropyl alcohol）：同样有效
• 甲醇（Methyl alcohol）：对真菌孢子有效，用于接种柜消毒2. 醛类（Aldehydes）
• 甲醛（Formaldehyde）：10%福尔马林溶液，用于组织固定、疫苗灭菌、类毒素制备
• 戊二醛（Glutaraldehyde, 2%缓冲液）：高效、低毒，用于内窥镜、支气管镜、塑料导管灭菌
• 邻苯二甲醛（OPA, 0.5%）：对分枝杆菌有效，但蒸气刺激眼和呼吸道，需防护3. 酚类（Phenols）及其衍生物
• 石炭酸（Phenol）：李斯特（Lister）首创用于外科器械消毒，通过破坏细胞膜杀菌，但对皮肤有毒
• 甲酚（Cresols）：如“来苏儿”（Lysol），用于污染玻璃器皿、地面消毒
• 氯己定（Chlorhexidine）：如“Savlon”，用于伤口清洗、术前皮肤消毒，高效且具抗真菌作用
• 氯二甲酚（Chloroxylenol）：如“滴露”（Dettol），低毒低刺激
• 六氯酚（Hexachlorophene）：高稀释度下抑菌4. 卤素（Halogens）
• 氯（Chlorine）：以漂白粉、次氯酸钠等形式用于饮用水、泳池、食品工业，通过释放游离氯产生强氧化作用
• 碘（Iodine）：酒精或水溶液用于皮肤消毒；碘伏（Iodophors）活性更强、刺激更小5. 氧化剂（Oxidizing Agents）
• 过氧化氢（Hydrogen peroxide, 3–6%）：分解产生活性羟基自由基，高浓度（10–25%）可杀芽孢
• 过氧乙酸（Peracetic acid）：比过氧化氢更强效，常用于医疗器械灭菌6. 重金属盐（Salts）
• 铜、银、汞盐可与蛋白质-SH基结合，使其变性
• 硫柳汞（Merthiolate）：1:10,000稀释用于血清防腐7. 染料（Dyes）
• 苯胺染料：结晶紫、亮绿、孔雀绿（抑菌）
• 吖啶染料：acriflavine、proflavin等，用于皮肤伤口8. 气相消毒剂（Vapor-phase Disinfectants）
• 环氧乙烷（Ethylene Oxide, ETO）：沸点10.7°C，可烷基化蛋白质/DNA中的氨基、羧基、巯基，对所有微生物（含芽孢、病毒）。
  专用于塑料、橡胶、呼吸机、牙科设备等不耐热物品。
• β-丙内酯（Betapropiolactone, BPO）：甲醛与丙酮缩合产物，0.2%浓度，熏蒸效率高于甲醛，常用于疫苗灭活。
  

参考文献

《微生物学教程》（Textbook of Microbiology），C.P. Baveja 著，第4版，Arya出版社

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HZB355015：枯草芽孢杆菌黑色变种ATCC 9372 | Bacillus atrophaeus (NRS 1221A)

HZB355715：嗜热脂肪芽孢杆菌ATCC 7953 | Bacillus stearothermophilus

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更新日期：2025-12-25

编制人：大刘

审稿人：小藻