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物理消毒法是指利用物理因素杀灭或清除病原微生物及其他有害微生物的方法。主要包括自然净化、机械除菌、热力消毒灭菌、电离辐射消毒、紫外线消毒、微波消毒、超声波消毒、等离子体灭菌、过滤除菌等。
1.自然净化作用
自然净化是指污染大气、地面、物体表面和水体的病原微生物,经日晒、雨淋、风吹、干燥、高温、湿度、空气中杀菌性化合物、水的稀释作用、pH的变化、水中微生物的颉颃作用等自然因素,逐步达到无害化的程度。自然净化的作用有限,且使用范围有一定的局限性。
2.机械除菌
是单纯使用机械的方法除去病原体。如畜禽舍的清扫和洗刷、饲槽和饮水器的洗绦、畜体被毛刷拭、通风等,机械性清除只能使病原微生物减少,不能杀死病原体,所以要配合其他消毒法进行。据试验,采用清扫方法,可使鸡舍内的细菌数减少21.5%,如果清扫后再用清水冲洗,则鸡舍内细菌可减少54%~60%,清扫、冲洗后再用药物喷洒,鸡舍内的细菌数可减少90%。在清除之前,应先用清水或某些化学消毒剂喷洒,以免打扫时尘土飞扬,造成病原体散播影响人畜健康。清扫的污染,进行发酵、掩埋、焚烧或其他药物处理。
3.热力消毒法
热力消毒是一种应用最早、效果最可靠、使用最广泛的方法。高温能使微生物的蛋白质和酶变性或凝固,新陈代谢发生障碍而死亡,从而达到消毒与灭菌的目的。热力消毒可分为湿热与干热两大类,干热法比湿热法需要更高的温度与较长的时间。
(1)干热消毒灭菌
①焚烧
是一种简单、迅速、彻底的消毒方法,因对物品的破坏性大,故只限于处理传染病动物尸体、污染的垫料、垃圾等。焚烧应在专用的焚烧炉内进行。焚烧时要注意安全,须远离易燃易爆物品,如氧气、汽油、乙醇等。燃烧过程中不得添加乙醇,以免引起火焰上窜而致灼伤或火灾。
②烧灼
烧灼是直接用火焰杀死微生物,适用于一些耐高温的器械(金属、搪瓷类)及不易燃的圈舍地面、墙壁和金属笼具的消毒。在急用或无条件用其他方法消毒时可采用此法,将器械放在火焰上烧灼1~2分钟。烧灼效果可靠,但对消毒对象有一定的破坏性。应用火焰消毒时必须注意房舍物品和周围环境的安全。
③干烤
是指利用烤箱的相对湿度在20%以下的热空气消毒灭菌。烤箱通电加热后的空气在一定空间不断对流,产生均匀的热空气直接穿透物体。一般繁殖体在干热80~100℃中经1小时可以杀死,芽孢、病毒需160~170℃经2小时方可杀死。主要用于玻璃器皿、瓷器以及明胶海绵、液体石蜡、各种粉剂、软膏等。灭菌后待箱内温度降至50~40℃以下才能开启箱门,以防炸裂。
(2)湿热消毒灭菌 湿热消毒灭菌是由空气和水蒸气导热,传热快、穿透力强,湿热灭菌法比干热灭菌法所需温度低、时间短。
①煮沸法
将水煮沸至100℃,保持5~15分钟可杀灭一般细菌的繁殖体,许多芽孢需经煮沸5~6小时才死亡。在水中加入碳酸氢钠至1%~2%浓度时,沸点可达105℃,既可促进芽孢的杀灭,又能防止金属器皿生锈。在高原地区气压低、沸点低的情况下,要延长消毒时间(海拔每增高300米,需延长消毒时间2分钟)。此法适用于饮水和不怕潮湿耐高温的搪瓷、金属、玻璃、橡胶类物品的消毒。
煮沸前应将物品刷洗干净,打开轴节或盖子,将其全部浸入水中。锐利、细小、易损物品用纱布包裹,以免撞击或散落。玻璃、搪瓷类放入冷水或温水中煮;金属橡胶类则待水沸后放入。消毒时间均从水沸后开始计时。若中途再加入物品,则重新计时,消毒后及时取出物品。
②流通蒸汽消毒法
一般采肜流通蒸汽消毒器(其原理相当于家庭用的蒸笼),利用100℃左右的水蒸汽,加热15分钟到30分钟,可杀死细菌繁殖体。消毒物品的包装不宜过大、过紧,以利于蒸汽穿透。流通蒸汽消毒的作用时间应从水沸后有蒸汽冒出时开始计时。
流通蒸汽也可采用间歇灭菌,利用反复多次的流通蒸汽,以达到灭菌的目的。一般第一天用100℃加热15~30分钟,取出后放37℃孵箱过夜,使芽孢发育成繁殖体,次日再蒸一次,如此连续3次以上。本法适用于不耐高温的含糖、血清、牛奶等培养基的灭菌。对不具备芽孢发芽条件的物品,则不能使用此法灭菌。
③巴氏消毒法
利用热力杀死液体中的病原菌或一般的杂菌,同时不致严重损害其质量的消毒方法。常用于消毒牛奶和酒类等。牛奶的巴氏消毒法有两种:一是加温62.8~65.5℃,至少保持30分钟,然后迅速冷却至10℃以下;二是加热至71.7℃,保持至少15秒钟,然后迅速冷却至10℃以下。这两种方法也称为冷击法,可使牛奶消毒,也有利于鲜牛奶转入冷库保存。近年来,牛奶消毒也采用超高温巴氏消毒法,即将鲜牛奶通过不低于132℃的管道1~2秒钟,然后迅速冷却,从而达到消毒的目的。
④高压蒸汽灭菌法
高压蒸汽灭菌是在专门的高压蒸汽灭菌器中进行的,是利用高压和高热释放的潜热进行灭菌,是热力灭菌中使用最普遍、效果最可靠边的一种方法。其优点是穿透力强、灭菌效果可靠、能杀灭所有微生物。高压蒸汽灭菌法适用于敷料、手术器械、药品、玻璃器皿、橡胶制品及细菌培养基等的灭菌。
目前使用的高压灭菌器可分为下排气式和预真空式两类。
手提式高压蒸汽灭菌器,是实验室、基层兽医卫生防疫部门常用的小型高压蒸汽灭菌器,为下排气式。使用方法是:在灭菌器中盛水3000毫升(4厘米深);将拟灭菌的物品随同盛装的桶放入灭菌器内;将盖子上的排气软管插于铝桶内壁的方管中;盖好盖子,对称拧紧螺丝,勿使漏气;加热,
水沸后10~15分钟,打开排气阀门,放出冷空气,至有连续不断的水蒸气排出时,关闭放气阀门,使压力逐渐上升至所需压力,开始计时,维持到预定时间。灭菌结束后,根据灭菌材料性质的不同,采取不同的放气方式。若是需要干燥的固体物品或废弃物品,应采用快放气的方法,待压力恢复至“0”位时,慢慢打开盖子,取出消毒物品。若为液体或密闭容器,则应采用慢放气(间歇性放气)或自然冷却的方法,待压力恢复至“0”位时,慢慢打开盖子,取出消毒物品,以防因减压过快造成液体剧烈沸腾而使液体外溢和容器爆裂。
卧式高压蒸汽灭菌器,其结构原理同手提式高压蒸汽灭菌器,为下排气式。因其体积大,一次可灭菌大量物品。
预真空式高压蒸汽灭菌器,预真空高压蒸汽灭菌器除有下排气式所具备的灭菌系统、蒸汽输送系统、控制系统、安全系统和仪表监测指示系统外,增加抽负压系统和空气过滤系统。在通入蒸汽前有一预处理阶段,即柜室内抽负压至2.6×10³帕(空气排除约98%)机器运转由电脑控制。预真空式高压蒸汽灭菌器温度可达132~135℃,具有灭菌周期快、效率高,完成整个灭菌周期只需25分钟,节省人力、时间和能源;冷空气排除较可靠与彻底;对物品的包装、排放要求较宽,而且真空状态下物品不易氧化损坏的特点。但设备费、维修费较高,对柜体密封性要求较高。存在小装量效应,即欲灭菌物品放得过少,灭菌效果反而较差,因此,瓶装液体不用此法灭菌。
高压蒸汽灭菌虽然具有灭菌速度快、效果可靠、温度高、穿透力强等优点,但如果使用不正确,也会导致灭菌失败。在使用时,应注意以下几点:
第一,应将高压灭菌器内空气排尽。高压灭菌器内蒸汽的温度不仅和压力有关,而且与蒸汽的饱和度有关。如果高压灭菌器内的高气未排除或未排尽,则蒸汽不能达到饱和,虽然压力表达到了灭菌的压力,而实际上蒸汽的温度并未达到要求的高度,结果导致灭菌失败。高压蒸汽灭菌器内压力和冷空气排出与温度的关系见表1。
表1 高压蒸汽灭菌器内压力和冷空气排出与温度的关系
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表压 |
排出不同程度冷空气时,高压灭菌器的温度(℃) |
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千克/厘米² |
兆帕 |
全排出 |
排出2/3 |
排出1/2 |
排出1/3 |
未排出 |
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0.35
0.70
1.05
1.41
1.76
2.11 |
0.034
0.069
0.1
0.14
0.17
0.21 |
109
115
121
126
130
135 |
100
109
115
121
126
130 |
94
105
112
118
121
128 |
90
100
109
115
118
126 |
72
90
100
109
115
121 |
第二,合理放置消毒物品。消毒物品体积不应超过灭菌室容积的85%。无菌包不宜过大(小于50厘米×30厘米×30厘米)、过紧,各包裹间要有间隙,使蒸汽能对流易渗透到包裹中央。消毒前,打开贮槽或盒的通气孔,有利于蒸汽流通。而且排气时使蒸汽能迅速排出,以保持物品干燥。消毒灭菌完毕,关闭贮槽或盒的通气孔,以保持物品的无菌状态。
第三,布类物品应放在金属类物品上,否则蒸汽遇冷凝聚成水珠,使包布受潮,阻碍蒸汽进入包裹中央,严重影响灭菌效果。
第四,控制加热速度。使用高压蒸汽灭菌时,灭菌时间应从灭菌器内温度达到所需温度时开始计时。各种物品所需的压力及时间见表2。如果加热过快,灭菌器内温度很快达到所需温度,而消毒物品内部达到所需温度还需很长时间,因此,在规定时间内往往达不到灭菌要求,所以必须控制加热速度,使灭菌内温度逐渐上升。
表2 各种物品灭菌所需的压力、温度及时间
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灭菌物品名称 |
表示压力(兆帕) |
温度(℃) |
时间(分钟) |
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橡胶类、药液类
金属器械、玻璃类
敷料类 |
0.1
0.1
0.14 |
121
121
126 |
15~20
20~30
30~45 |
第五,注意安全操作。每次灭菌前应检查灭菌器是否处于良好的工作状态,尤其是安全阀门是否良好;加热或送气前检查门或盖是否关紧,螺丝是否拧紧;消期间,操作人员不得擅自离开,以防意外。
干热与湿热灭菌虽然都是利用热的作用杀菌,但由于本身的性质与传导介质不同,所以其灭菌的特点亦不一样。湿热与干热各有特点,互相很难完全取代,但总的说来,湿热的消毒效果较干热好,所以使用也普遍。
4.紫外线消毒法
紫外线是一种低能量的电磁辐射,一般认为,杀菌作用最强的波长为254纳米。紫外线可以杀灭各种微生物,一般来说,革兰氏阴性菌对紫外线最敏感,其次为革兰氏阳性球菌,细菌芽孢和真菌孢子抵抗力最强。病毒对紫外线的抵抗力介于细菌繁殖体与芽孢之间。紫上线具有杀菌谱广、对消毒物品无损害、无残留毒性、使用方便、价格低廉、安全可靠、适用范围广等优点。目前主要用于消毒物体表面及空气、手术室及无菌室等,亦可用于不耐热物品表面消毒。此外,也用于饮水、污水及血液制品的消毒。
在消毒灭菌上使用的人工紫外光源是以辐射253.7纳米波长杀菌紫外线杀菌灯主要有热阴极低压汞紫外线杀菌灯。目前使用的紫外线杀菌灯主要有热阴极低压汞紫外线杀菌灯、冷阴极低压汞紫外线杀菌灯及高压汞紫外线杀菌灯三种类型,其中热阴极低压汞紫外线杀菌灯中的直管式紫外线杀菌灯,是最经典的紫外线杀菌灯。常用的紫外线灯管有15瓦、20瓦、30瓦、40瓦四种,可采用悬吊式、移动式灯架照射,或紫外线消毒箱内照射。紫外线灯配用抛光铝板作反向罩、可增强消毒效果。
用于物品消毒时,如选用30瓦紫外线灯管,有效照射距离为25~60厘米,时间为25~30分钟。用于空气消毒时,相对湿度最好在60%以下,室内每10米²安装30瓦紫外线灯管1支,有效距离不超过2米。照射时间为30~60分钟,照射前清扫尘埃,照射时关闭门窗,停止人员走动。
使用紫外线消毒时应注意保护眼睛、皮肤,以免引起眼炎或皮肤红斑。紫外线灯管要每两周用95%酒精擦拭灯管1次,保持清洁透亮。灯管要轻拿轻放。关灯后应间隔3~4分钟后才能再次开启。一次连续使用不超过4小时。紫外线的杀菌力取决于紫外线输出量的大小,灯管的输出强度随使用时间的增加而减弱。故日常消毒多采用紫外线强度计或化学指示卡进行监测,新管(30W)不低于100微瓦/厘米²;使用中的旧管在50~70微瓦/厘米²,则需延长消毒时间;低于50微瓦/厘米²者必须更换。定期进行空气细菌培养,以检查杀菌效果。
5.电离辐射消毒法
用γ射线、X射线和离子辐射处理物品,杀死其中微生物的灭菌方法称为电离辐射灭菌。电离辐射具有较高的能量与穿透力,可在常温下对不耐热的物品灭菌,故又称“冷灭菌”。可用于一次性应用的医疗器材和导管、密封包装后需长期储存的器材、精密医疗器材和仪器,亦能用于食品消毒而不破坏其营养成分。
6.微波消毒法
微波是一种波长为1毫米到1米左右的高频电磁波,可穿透玻璃塑料薄膜与陶瓷等物质,但不能穿透金属表面。微波能使介质内杂乱无章的极性分子在微波场的作用下,按波的频率往返运动,互相冲撞和摩擦而产生热,介质的温度可随之升高,因而在较低的温度下能起到消毒作用。微波可以杀灭各种微生物,不仅可以杀灭细菌繁殖体,也可以杀灭真菌、病毒和细菌芽孢。一般认为其杀菌机理除热效应以外,还有电磁共振效应、场力效应等的作用。消毒中常用的微波有2450兆赫与915兆赫两种。微波消毒操作方便,速度快,加热均匀,湿度不高,对物品损害小,消毒效果稳定可靠。目前已广泛应用于食品、药品的消毒,在医院、卫生防疫及实验室用品消毒中也逐渐开展研究并应用。若物品先经1%氧乙酸或0.5%新洁尔灭湿化处理后,可起协同杀菌作用,照射2分钟,可使杀芽孢率由98.81%增加到99.98%~99.99%。
7.超声波消毒法
超声波消毒法是利用频率在20~200千赫的声波作用下,使细菌细胞机械破裂和原生质迅速游离,达到消毒目的。微生物对强度高的超声波很敏感,其中以革兰氏阴性菌最敏感,而葡萄球菌、链球菌抵抗最强。虽然超声波对微生物的作用在理论上已获得较为满意的解释,但在实际应用上还存在一些问题。如超声波对水、空气的消毒效果较差,很难达到消毒作用。因此,目前主要用超声波与其他消毒方法协同作用,来提高消毒效果。如超声波与紫外线结合,对细菌的杀灭菌的杀灭率增加;超波与热协同,能明显提高对链球菌的杀灭菌;超声波与化学消毒剂(戊二醛、环氧乙烷)合用,对芽孢的杀灭明显增效。
8.等离子体消毒法
等离子体为高度电离的气体云,是气体在加热或强电磁场作用下电离而产生的,主要有中性分子、原子、离子、电子、活性自由基及射线等,为物质的第四状态,等离子最典型的现象就是北极光。该设备已由美国食品药物管理局批准用于医疗卫生系统。灭菌在柜室内进行,先抽空10分钟,通入过氧化氢气体(6毫克/升),扩散50分钟,使在等离子体内停留15分钟(<50℃)即可。等离子体对微生物有良好的杀灭作用,可以杀灭效果也很好,亦可有效地破坏致热物质,如细菌毒素及其他代谢产物。可用于金属、塑料制作的器材,包括导管(直径>6毫米,长度<31厘米),以及多芯电导线和光导纤维的处理,但不适用于纺织物和液体。我国的等离子体消毒技术已经开始在北京医院进入实验阶段。经检测,等离子体空气消毒净化机对空气中金黄色葡萄球菌杀灭率为99%,对白色念珠菌杀灭率为99.96%。面对自然菌的杀灭率扩大90%,同时等离子体杀菌无须人回避,也不会对环境和人类健康造成危害。
9.过滤除菌法
过滤除菌是将将要消毒的液体或空气通过致密的过滤材料,以物理阻留的原理,去除其中的微生物,但不能将其杀灭。主要用于一些不耐热的血清、毒素、抗生素、酶、细胞培养液及空气等除菌。其除菌效果取决于过滤材料的结构、特性、滤孔大小等因素,过滤除菌应选择孔径小于1微米的滤器。一般不能除去病毒、支原体和细菌的L型。滤器的种类很多,常用的有:
(1)液体滤器 根据滤器制作材料的不同,可分为以下几类:
①素磁滤器(张伯朗氏滤器)
是用磁体和白陶土混合物烧制而成。按孔径大小分L1、L2、L3…L13等。L1滤孔最大,L3以后孔径较小。这种滤器目前不常用。
②硅藻土滤器(伯克非尔氏滤器)
是用含有硅石的硅藻碎片,以稀盐酸净化、水洗后煅制而成。按滤孔的大小分为粗、中、细三种规格,粗号(V)孔径为8~12微米,中号(N)孔径为5~7微米,细号(W)孔径为2~3微米。目前这种滤器也不常用。
③石棉板滤器(蔡氏滤器)
是用金属制成,中间夹石棉滤板。以“K”为编号的滤器孔径规格,K1、K3、K5、K7、K10、EK分别为7、6、5、3、2、1微米;以“S”为编号的滤器孔径规格S1、S2分别为0.3~0.5微米和0.1微米,EK、S1、S2可用于过滤除菌。
④垂熔玻璃滤器(玻璃滤器)
是用玻璃细砂加热压成小碟,嵌于玻璃漏斗中。一般为G1、G2、G3、G4、G5、G6六种,其中G6孔径小于1.5微米,可用于过滤除菌。
⑤滤膜滤器
由硝基纤维素或高分子聚合物制成薄膜,装于滤器上,其孔径大小不一,大的可达14微米,小的只有0.01微米。常用于除菌的为0.22。
(2)空气滤器 目前空气过滤器的结构与形式很多,大致有以下几种:
①单元式空气过滤器 是将滤材安装在一定的框架内,构成一个单元过滤器,使用时将一个或多个单元过滤器装到通风管或通风柜里。
②自动卷绕式空气过滤器 是将滤材制成卷状,如履带式地从一端连续或间断地输送到另一端卷绕。
③超高效过滤器 是用1~5微米纤维直径制成的滤材,折叠成手风琴状,滤材之间插入波纹形隔板。
实验室等处应用的超净工作台,就是利用过滤除菌的原理去除进入工作台空气中的细菌。
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