为什么高压灭菌器要在 121 摄氏度下进行？耐热孢子的灭菌科学

简而言之，高压灭菌器设定在 121°C 是因为这是科学验证的温度，足以摧毁地球上最耐热的生命形式：细菌内生孢子。 在常压下，沸水无法达到这个温度。它需要使用加压蒸汽，这种蒸汽在传递致命热量以确保真正灭菌方面具有独特的有效性。

121°C 的标准并非武断；它是灭菌的基石。它代表了一个关键的平衡点，在该点上，在压力下，蒸汽具有足够的能量来保证摧毁最顽强的微生物，而不会不必要地损坏被消毒的物品。

基本挑战：杀死所有物质

要理解 121°C 的标准，您必须首先了解灭菌的主要目标。目标不仅仅是杀死常见的、活跃的细菌；而是要消灭每一个活着的生物。

在 100°C (212°F) 下煮沸水是一种很好的消毒剂，可以杀死大多数营养型细菌和病毒。然而，它并不能作为可靠的灭菌剂。

许多类型的细菌可以形成一种休眠的、披着盔甲的自身版本，称为内生孢子。这些孢子不具有代谢活性，可以抵抗沸腾、辐射和化学攻击。

内生孢子，特别是来自耐热之光杆菌 (Geobacillus stearothermophilus) 等细菌的孢子，是灭菌验证的黄金标准。它们对热具有极强的抵抗力。

为了确保某物是无菌的，您必须证明您可以杀死这些高度抵抗的孢子。能杀死它们的环境将可靠地杀死任何抵抗力较低的微生物。科学研究确定，持续暴露于 121°C 是实现这一目标的关键。

在海平面压力下，您无法将液态水加热到超过 100°C；它只会变成蒸汽。要提高蒸汽的温度，您必须增加压力。

高压灭菌器本质上是一个高压锅。通过将腔室内的压力提高到比大气压高出大约 15 磅/平方英寸 (PSI)，水的沸点被提高到 121°C (250°F)。

达到正确的温度只是成功的一半。热量的传递方式使高压灭菌器如此有效。

加压蒸汽或“湿热”在传递热能方面比“干热”（如烤箱中的热量）更有效。蒸汽中的水分能快速将热量传导到材料内部和穿过材料。

这个过程被称为凝结潜热，当蒸汽凝结在较冷的表面上时，会释放出大量的能量。这就是为什么 100°C 的蒸汽灼伤比同温度下的干燥空气灼伤要严重得多。

高温和湿气的结合对微生物是致命的。它通过使细胞内必需的蛋白质和酶变性和凝固起作用。

可以将其想象成煮鸡蛋。热量和水分会不可逆地改变蛋清中蛋白质的结构。在微生物细胞中，这种损伤是灾难性的，并导致快速死亡。

仅有温度是不够的。物品必须在 121°C 下保持足够长的时间。对于大多数负载，标准通常是 15-20 分钟。

这个时间长度是根据提供高的无菌保证水平 (SAL) 计算的。它确保即使在生物负荷很高的情况下，单个微生物存活的概率也微乎其微（通常低于百万分之一）。

虽然 121°C 是经典的标准，但它是在功效、速度和材料兼容性之间取得平衡的一部分。

更高的温度可以更快地实现灭菌。例如，许多高压灭菌器还有一个 134°C 循环，可以在短短 3-4 分钟内对物品进行灭菌。

然而，这种增加的温度和压力可能会损坏敏感材料。精致的塑料、某些液体和培养基以及复杂的仪器可能会在 134°C 下降解或损坏。121°C 循环通常是一个更安全、更通用的选择。

蒸汽灭菌最大的敌人是滞留的空气。气穴充当绝缘体，阻止蒸汽与表面直接接触。这会产生无法达到 121°C 的“冷点”，从而导致灭菌失败。

这就是正确装载高压灭菌器的重要性。物品的摆放必须允许蒸汽流通和排气。现代高压灭菌器通常使用真空脉冲在循环开始前主动排出空气。

成功的高压灭菌取决于对三个相互关联的变量的精确控制：温度、压力和时间。

任何一个参数未达标都会影响整个负载的无菌性。监测所有三个参数对于验证循环至关重要。

了解 121°C 标准背后的科学原理，可以帮助您在工作中做出更明智的决定。

如果您的主要重点是对玻璃器皿或手术钢等坚固物品进行灭菌： 标准的 121°C 保持 15-20 分钟是您可靠的主力，但如果您的材料能够承受，134°C 循环可以显着提高您的工作流程效率。
如果您的主要重点是灭菌液体、培养基或塑料： 请坚持使用 121°C 标准以防止降解，并考虑对大体积液体延长循环时间，以确保核心达到目标温度。
如果您的主要重点是过程验证和质量保证： 使用含有耐热之光杆菌孢子的生物指示剂来证明您的高压灭菌器在整个负载中都能在所需时间内达到 121°C 的致命条件。

掌握高压灭菌器意味着认识到 121°C 不仅仅是一个数字，而是一个旨在征服微生物学中最严峻挑战的精确工具。