在任何现代实验室中，灭菌都是确保实验完整性和维护安全不可或缺的过程。主要使用的设备包括用于蒸汽灭菌的高压灭菌锅、用于无法承受湿气的材料的干热烘箱、用于热敏液体的过滤系统，以及用于精细仪器和一次性用品的各种化学或辐射灭菌方法。每种工具都有其特定的用途，因为没有单一的方法适用于所有材料。
选择灭菌设备不是偏好的问题，而是由您需要灭菌物品的物理和化学性质决定的关键决策。了解每种方法（热、压力、过滤或化学反应）的核心机制，对于防止材料损坏和确保无菌结果至关重要。
黄金标准：湿热灭菌（高压灭菌锅）
高压灭菌锅是大多数生物和医学实验室中最常见、最可靠的灭菌设备。它本质上是一个复杂的高压蒸汽室。
高压灭菌锅的工作原理
高压灭菌锅利用高压蒸汽将温度提高到水的沸点以上，通常在 15 psi 的压力下达到 121°C (250°F)。这种湿热和压力的组合在使蛋白质和核酸变性方面极其有效，可以杀死所有微生物，包括抵抗力极强的细菌孢子。典型的循环持续 15-20 分钟，但这会根据负载的大小和内容物而变化。
常见应用
高压灭菌锅是灭菌各种实验室材料的主力军：
- 可重复使用的玻璃器皿（烧瓶、烧杯、试管）
- 手术器械
- 水溶液和微生物培养基
- 生物危害废物在处置前
主要局限性
湿热具有腐蚀性，并非适用于所有物品。您不能对受热或受湿损坏的材料进行高压灭菌，例如某些塑料，或蒸汽无法穿透的物品，如油、蜡和干燥粉末。
当热量和湿气成为问题时：干热灭菌
对于对湿气敏感或蒸汽无法穿透的材料，干热灭菌是替代方法。此方法仅依赖高温长时间作用。
干热烘箱的作用
实验室干热烘箱或灭菌烘箱的工作温度远高于高压灭菌锅——通常为 160-180°C (320-356°F)。由于干热在传递热能方面的效率低于湿热，因此需要更长的循环时间，通常为 2 小时或更长，以确保完全灭菌。
常见应用
干热是以下物品的首选方法：
- 无水（不含水）油、脂肪和粉末
- 耐热金属仪器
- 在存在湿气残留问题的一些玻璃器皿
热敏材料的灭菌
许多关键的实验室试剂，特别是复杂的生物制品，无法承受高温。对于这些材料，需要非加热方法。
过滤系统
过滤不会杀死微生物；它会物理上将它们从液体中去除。溶液通过一个孔径小到足以截留细菌的滤膜，通常为 0.22 微米 (µm)。这种技术对于灭菌热敏溶液（如细胞培养基补充剂、维生素溶液和抗生素储备液）至关重要。
化学和气体灭菌
对于热敏的固体物品，如塑料培养皿、导管或复杂的电子仪器，会使用化学消毒剂。这些包括环氧乙烷 (EtO) 或过氧化氢蒸汽 (VHP) 等气体。这些方法非常有效，但通常涉及有毒化学品，需要专门的设备和安全规程。它们在工业环境中用于生产预灭菌的一次性用品最为常见。
辐射灭菌
另一种工业规模的方法是伽马射线或电子束 (e-beam) 辐射，用于对预包装的一次性用品（如注射器、手套和塑料制品）进行灭菌。高能辐射会破坏微生物的 DNA，使其失去活性，而不会产生显著的热量。
了解权衡和关键考虑因素
选择错误的方法可能会毁坏昂贵的材料、损害您的实验或造成安全隐患。
热量与材料敏感性
这是主要的决策点。大多数塑料会在高压灭菌锅或干热烘箱中熔化。许多蛋白质，如细胞培养基中的生长因子，如果加热会变性并失效。在继续操作之前，务必确认材料的耐受性。
穿透与暴露
高压灭菌锅中的蒸汽必须能够接触到所有表面才能有效。过度装载腔室或使用密封容器会妨碍适当的灭菌。同样，干热需要足够的时间才能渗透到物品的整个体积。
验证不可协商
仅仅运行一个循环是不够的。必须对灭菌过程进行验证。化学指示剂，如高压灭菌胶带，通过变色表明循环已运行，但它们不能确认无菌状态。含有高抵抗力孢子的生物指示剂才是真正的测试。如果孢子在循环过程中被杀死，您可以确信该过程是成功的。
选择正确的灭菌方法
请使用本指南根据您的特定材料和目标做出明智的决定。
- 如果您的主要重点是灭菌可重复使用的玻璃器皿、稳定的液体（如培养基）或生物危害废物： 高压灭菌锅是您的主要且最高效的工具。
- 如果您的主要重点是灭菌耐热的粉末、油或某些金属仪器： 干热烘箱是正确的选择，以避免湿气。
- 如果您的主要重点是灭菌热敏液体（如血清或抗生素溶液）： 您必须使用带有 0.22 µm 孔径膜的无菌过滤系统。
- 如果您的主要重点是灭菌热敏固体设备或塑料： 您可能需要使用预灭菌的一次性用品或研究专门的化学/气体灭菌方法。
选择适当的灭菌设备可确保您的结果有效、您的材料安全以及您的科学严谨。
摘要表：
| 灭菌方法 | 主要设备 | 关键应用 |
|---|---|---|
| 湿热灭菌 | 高压灭菌锅 | 玻璃器皿、培养基、生物危害废物 |
| 干热灭菌 | 干热烘箱 | 粉末、油、湿气敏感物品 |
| 过滤 | 过滤系统 | 热敏液体（血清、抗生素） |
| 化学/气体 | 专用腔室 | 热敏塑料、仪器 |
| 辐射 | 工业系统 | 预包装一次性用品（注射器、手套） |
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