روش‌های فیزیکی استریلیزاسیون

استریلیزاسیون (sterilization) چیست؟

• استریلیزاسیون یک فرآیند دقیق است که برای از بین بردن همه اشکال زندگی، از جمله میکروارگانیسم‌ها، از سطوح، اشیاء یا مایعات طراحی شده است. این فرآیند تضمین می‌کند که تمام عوامل بیولوژیکی، از جمله باکتری‌ها، قارچ‌ها، ویروس‌ها، پریون‌ها (prions) و اسپورهای آن‌ها، کاملاً نابود می‌شوند. استریلیزاسیون در زمینه‌های مختلف، به ویژه در مراقبت‌های بهداشتی، میکروب‌شناسی و فرآوری مواد غذایی، برای جلوگیری از آلودگی و اطمینان از ایمنی ضروری است.
• برای رسیدن به استریلیزاسیون، میکروارگانیسم‌ها در معرض عوامل ضد میکروبی تحت شرایط خاصی قرار می‌گیرند. این شرایط معمولاً شامل دما، فشار و مدت زمان قرار گرفتن دقیق است. روش‌های استفاده شده برای استریلیزاسیون می‌توانند به چندین نوع طبقه‌بندی شوند که هر کدام دارای مکانیسم منحصر به فرد خود هستند.

استریلیزاسیون با حرارت

استریلیزاسیون با حرارت یکی از متداول‌ترین تکنیک‌های مورد استفاده است. این شامل استفاده از دمای بالا برای کشتن میکروارگانیسم‌ها است. این کار می‌تواند از طریق حرارت خشک یا بخار انجام شود. استریلیزاسیون با حرارت خشک نیاز به قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در دمای بالا در یک کوره دارد، در حالی که استریلیزاسیون با بخار، که با نام اتوکلاو نیز شناخته می‌شود، از بخار تحت فشار در دمای بالا برای رسیدن به استریلیزاسیون استفاده می‌کند.

استریلیزاسیون شیمیایی

استریلیزاسیون شیمیایی شامل استفاده از عوامل شیمیایی برای از بین بردن میکروارگانیسم‌ها است. این مواد شیمیایی می‌توانند گازها، مانند اکسید اتیلن، یا مایعات، مانند گلوتارآلدئید باشند. استریلیزاسیون شیمیایی اغلب برای وسایلی که نمی‌توانند در برابر دمای بالا یا رطوبت مقاومت کنند استفاده می‌شود.

تابش

تابش از اشکال مختلف تابش، مانند نور ماوراء بنفش یا اشعه گاما، برای استریل کردن اشیاء استفاده می‌کند. نور UV برای استریلیزاسیون سطح موثر است، در حالی که اشعه گاما به عمق بیشتری نفوذ می‌کند و آن‌ها را برای استریل کردن لوازم پزشکی و محصولات غذایی مناسب می‌سازد.

فشار بالا

استریلیزاسیون با فشار بالا، که با نام پردازش فشار بالا نیز شناخته می‌شود، شامل اعمال فشار شدید به یک محصول است که ساختار سلولی میکروارگانیسم‌ها را مختل کرده و منجر به نابودی آن‌ها می‌شود. این روش در صنعت غذایی بسیار مفید است.

فیلتراسیون

فیلتراسیون روشی است که میکروارگانیسم‌ها را از مایعات یا گازها با عبور دادن آن‌ها از یک فیلتر با منافذی به اندازه کافی کوچک برای به دام انداختن میکروارگانیسم‌ها حذف می‌کند. این تکنیک اغلب برای استریل کردن محلول‌های حساس به حرارت استفاده می‌شود.

• برخلاف ضدعفونی (disinfection) ، بهداشتی‌سازی (sanitization) و پاستوریزاسیون (pasteurization) که تعداد میکروارگانیسم‌ها را به سطح ایمنی کاهش می‌دهند اما تمام اشکال زندگی را از بین نمی‌برند، استریلیزاسیون (sterilization) تضمین می‌کند که تمام میکروارگانیسم‌ها کاملاً حذف یا نابود می‌شوند. بنابراین، یک شیء تحت درمان (treated) با استریلیزاسیون استریل یا آسپتیک در نظر گرفته می‌شود، که نشان می‌دهد عاری از تمام موجودات زنده و اسپورهای آن‌ها است.

روش‌های فیزیکی استریلیزاسیون

روش‌های فیزیکی استریلیزاسیون شامل کنترل رشد میکروبی با استفاده از نور خورشید، حرارت، فیلتراسیون، تابش، و غیره است. روش‌های فیزیکی استریلیزاسیون عبارتند از:

• حرارت
• خشک کردن
• فشار اسمزی
• تابش
• فیلتراسیون
• امواج صدا (سونیک)
• نور خورشید (ضدعفونی با خورشید)
• فشار (پاسکالیزاسیون)

1. استریلیزاسیون با حرارت

استریلیزاسیون با حرارت یک تکنیک اساسی در میکروب‌شناسی و استریلیزاسیون پزشکی است که به دلیل کارایی خود در از بین بردن میکروارگانیسم‌ها با روش‌های حرارتی قابل توجه است. این روش بر اساس اصل استفاده از دمای بالا برای القای اثرات باکتری‌کشی با مختل کردن اجزای سلولی حیاتی عمل می‌کند.

• مکانیسم اثر

• • تخریب اجزای سلولی: استریلیزاسیون با حرارت در درجه اول هدف قرار دادن تخریب آنزیم‌ها و سایر اجزای سلولی حیاتی است. دمای بالا منجر به دناتوراسیون پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک می‌شود که برای بقاء و تکثیر میکروبی ضروری هستند.
  • شرایط مرطوب در مقابل خشک: اثربخشی استریلیزاسیون با حرارت در حالت کاملاً مرطوب افزایش می‌یابد. در شرایط رطوبت بالا، دمای پایین‌تر و زمان‌های قرار گرفتن کوتاه‌تر برای رسیدن به استریلیزاسیون موثر مورد نیاز است. این به دلیل غلبه واکنش‌های دناتوراسیون و هیدرولیز است که در محیط‌های مرطوب در مقایسه با شرایط خشک، که تغییرات اکسیداتی غالب هستند، کارآمدتر هستند.

• انواع استریلیزاسیون با حرارت

  • استریلیزاسیون با حرارت مرطوب: معمولاً در دماهای بین 121°C تا  134°C  با استفاده از بخار تحت فشار (اتوکلاو) انجام می‌شود. این روش به شکل بسیبار زیادی موثر است زیرا بخار به طور موثرتری نسبت به حرارت خشک به مواد نفوذ می‌کند و منجر به توزیع یکنواخت‌تر حرارت و تخریب سریع‌تر میکروبی می‌شود.
  • استریلیزاسیون با حرارت خشک: در دمای بالاتر، معمولاً بین 160°C تا  180°C  انجام می‌شود. استریلیزاسیون با حرارت خشک برای موادی که می‌توانند در برابر دمای بالاتر بدون تخریب حرارتی مقاومت کنند مناسب است. این فرآیند شامل قرار گرفتن طولانی مدت در معرض حرارت است که برای وسایلی که نسبت به رطوبت حساس هستند یا نمی‌توان آن‌ها را اتوکلاو کرد موثر است.

• ملاحظات

  • تخریب حرارتی: استریلیزاسیون با حرارت گاهی می‌تواند منجر به تخریب جزئی مواد شود، به ویژه هنگام قرار گرفتن در معرض دمای بالا برای مدت طولانی. این تخریب را می‌توان با بهینه‌سازی دما و زمان قرار گرفتن به حداقل رساند. دمای بالاتر با زمان قرار گرفتن کوتاه‌تر معمولاً منجر به آسیب حرارتی کمتر محصول می‌شود.
  • کاربردپذیری: استریلیزاسیون با حرارت برای محصولات مقاوم به حرارت، که می‌توانند در برابر دمای بالا مقاومت کنند، و محصولات حساس به رطوبت، که از استریلیزاسیون با حرارت خشک استفاده می‌کنند، قابل اجرا است. هر روش بر اساس ماهیت مورد استریل شده و حساسیت آن به حرارت و رطوبت انتخاب می‌شود.

تخریب میکروارگانیسم‌ها با حرارت یا دما

در آزمایشگاه، تخریب میکروارگانیسم‌ها با حرارت از طریق دو روش زیر انجام می‌شود:

1. تخریب میکروارگانیسم‌ها با اعمال دمای بالا
2. تخریب میکروارگانیسم‌ها با اعمال دمای پایین

تخریب میکروارگانیسم‌ها با اعمال دمای بالا

روش‌های عملی که از طریق آن‌ها حرارت به کار گرفته می‌شود، به راحتی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1. استریلیزاسیون با حرارت مرطوب
2. استریلیزاسیون با حرارت خشک

استریلیزاسیون با حرارت مرطوب

استریلیزاسیون با حرارت مرطوب یک روش گسترده و مؤثر برای از بین بردن میکروارگانیسم‌ها با استفاده از بخار تحت فشار است. این فرآیند با توانایی خود در دستیابی به سطوح بالای استریلیته از طریق شرایط خاص دما و فشار متمایز می‌شود.

• مکانیسم اثر

• • بخار و فشار: استریلیزاسیون با حرارت مرطوب به بخار در دماهای بین °121C تا °C134 متکی است. فشار بالای بخار، نقطه جوش آب را افزایش می‌دهد و اجازه می‌دهد تا دما از دمای جوش آب فراتر رود. این دمای بالا برای استریلیزاسیون مؤثر ضروری است.
  • نفوذ و انعقاد: فشار بالا نفوذ سریع و یکنواخت حرارت به مواد را تسهیل می‌کند. رطوبت موجود در بخار باعث انعقاد پروتئین‌ها در میکروارگانیسم‌ها می‌شود. این فرآیند منجر به از دست دادن غیرقابل برگشت عملکرد و فعالیت میکروبی می‌شود و به طور مؤثری میکروارگانیسم‌ها را می‌کشد.

چرخه‌های زمان-دما

• چرخه‌های استاندارد: اثربخشی استریلیزاسیون با حرارت مرطوب اغلب با چرخه‌های خاص زمان-دما تعیین می‌شود. برای مواد متخلخل مانند بانداژهای جراحی، یک چرخه استاندارد شامل قرار گرفتن در معرض
  °C 134 برای 3 دقیقه است. برای مایعات بطری‌ شده و سایر محلول‌های آبی، چرخه استاندارد °C 121 برای 15 دقیقه است.
• چرخه‌های زمان کوتاه با دمای بالا: این چرخه‌ها مفید هستند زیرا تخریب جزئی مواد را کاهش می‌دهند در حالی که میزان بالایی از اطمینان استریلیته را تضمین می‌کنند. زمان‌های کوتاه‌تر قرار گرفتن در معرض دمای بالا، غیرفعال‌سازی آلودگی‌های میکروبی را افزایش می‌دهد.

عملکرد اتوکلاو

• اصل و عملکرد: اتوکلاو دستگاه اصلی مورد استفاده برای استریلیزاسیون با حرارت مرطوب است. این دستگاه با تولید بخار تحت فشار بالا کار می‌کند که سپس برای استریل کردن وسایل مختلف استفاده می‌شود. توانایی اتوکلاو در حفظ فشار و دمای بالا تضمین می‌کند که حتی میکروارگانیسم‌های عمیقاً مستقر نیز به طور مؤثری نابود می‌شوند.
• کاربردها:
  • استریلیزاسیون با حرارت مرطوب در بخش‌های پزشکی و دارویی بسیار مهم است. این روش برای استریل کردن بانداژهای جراحی، ملحفه‌ها، تجهیزات تشخیصی، ظروف، تزریقات آبی، آماده‌سازی‌های چشم‌شناسی و مایعات آبیاری استفاده می‌شود. همچنین در پردازش وسایل کثیف و آلوده نقش دارد.

• مزایا نسبت به حرارت خشک:
  • اثر گذاری: استریلیزاسیون با حرارت مرطوب در مقایسه با استریلیزاسیون با حرارت خشک که به اکسیداسیون برای کشتن میکروارگانیسم‌ها متکی است، معمولاً مؤثرتر است. انعقاد پروتئین‌ها ناشی از حرارت مرطوب، سطح بالاتری از تخریب میکروبی را تضمین می‌کند.

استریلیزاسیون با حرارت مرطوب می‌تواند به گروه‌های زیر طبقه‌بندی شود:

• استریلیزاسیون در دمایی کمتر از °C 100
• استریلیزاسیون در دمایی برابر با °C 100
• استریلیزاسیون در دمایی بیشتر از °C 100
• استریلیزاسیون متناوب

• استریلیزاسیون در دمایی کمتر از °C 100: پاستوریزاسیون (Pasteurization)

پاستوریزاسیون یک تکنیک استریلیزاسیون است که در دماهای کمتر از °C 100 انجام می‌شود و برای کاهش بار میکروبی در مواد مختلف بدون رسیدن به نقطه جوش طراحی شده است. این فرآیند در درجه اول هدف قرار دادن از بین بردن میکروارگانیسم‌های غیر اسپورزا است.

• مکانیسم پاستوریزاسیون

• • دما و زمان: پاستوریزاسیون شامل گرم کردن مایعات، مانند شیر، به دمای مشخص برای دوره‌های زمانی تعریف شده است. روش هولدر (Holder method) شیر را در °C 63 برای 30 دقیقه قرار می‌دهد، در حالی که روش فلش (Flash method) از دمای بالاتر °C 73 برای 20 ثانیه استفاده می‌کند. این شرایط برای کشتن اکثر میکروب‌های پاتوژن بدون جوشیدن مایع کافی هستند.
  • کاهش میکروبی: هدف پاستوریزاسیون، رسیدن به استریلیزاسیون کامل نیست، بلکه کاهش تعداد میکروارگانیسم‌های زنده تا سطحی است که احتمالاً باعث بیماری نمی‌شوند. این فرآیند به طور مؤثری باکتری‌های مزوفیل غیر اسپورزا را هدف قرار می‌دهد که معمولاً در غذاها و نوشیدنی‌ها یافت می‌شوند.

اثربخشی و محدودیت‌ها

• کنترل پاتوژن: در حالی که پاستوریزاسیون در برابر بسیاری از باکتری‌های غیر اسپورزا مؤثر است، اما تمام ارگانیسم‌های پاتوژن را از بین نمی‌برد. اصل پاستوریزاسیون کاهش لگاریتمی میکروب‌های زنده است و اطمینان حاصل می‌کند که تعداد آن‌ها به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد اما کاملاً نابود نمی‌شود.
• حساسیت به دما: پاستوریزاسیون در زیر نقطه جوش انجام می‌شود تا از انعقاد شیر و حفظ کیفیت تغذیه‌ای آن جلوگیری شود. به عنوان مثال، شیر گرم شده به دمای بالاتر از نقطه جوش خود می‌تواند از نظر بافت و از دست دادن مواد مغذی دچار تغییر شود.
• کاربردها
• شیر و محصولات لبنی: پاستوریزاسیون در صنعت لبنی برای اطمینان از ایمنی شیر و محصولات لبنی معمولاً استفاده می‌شود. با اعمال حرارت کنترل شده، پاتوژن‌ها از بین می‌روند و عمر مفید این محصولات افزایش می‌یابد.
• سایر مایعات و تجهیزات: علاوه بر شیر، پاستوریزاسیون برای مایعات دیگر مانند واکسن‌ها و سرم، به ویژه هنگام برخورد با باکتری‌های غیر اسپورزا، اعمال می‌شود. واکسن‌ها در °C 60 برای 1 ساعت پاستوریزه می‌شوند، در حالی که سرم و مایعات بدن حاوی پروتئین‌های انعقادی در °C 56 برای 1 ساعت در حمام‌های آب پردازش می‌شوند.
• استریلیزاسیون در دمایی برابر با °C 100

استریلیزاسیون در 100°C عمدتاً شامل دو روش است: جوشیدن و استریلیزاسیون با بخار.

این دما برای کنترل آلودگی میکروبی مؤثر است، اما استریلیته کامل را تضمین نمی‌کند.

فرآیند جوشیدن:

• جوشیدن استریلیزاسیون شامل غوطه‌ور کردن وسایل در آب مقطر گرم شده به °C 100 برای مدت 30 تا 40 دقیقه است. استفاده از آب مقطر بسیار مهم است زیرا آب سخت می‌تواند منجر به تشکیل لایه‌های نمک کلسیم روی وسایل شود که می‌تواند فرآیند استریلیزاسیون را مختل کند.
• اثربخشی: جوشیدن به طور مؤثری بسیاری از اشکال رویشی باکتری‌ها و برخی گونه‌های مقاوم مانند باسیل‌های سل و استافیلوکوک‌ها را از بین می‌برد. با این حال، این روش در برابر اسپورهای باکتریایی مؤثر نیست که ممکن است از فرآیند جوشیدن جان سالم به در ببرند. بنابراین، در حالی که جوشیدن یک روش مفید برای ضدعفونی است، برای استریلیزاسیون کامل کافی نیست.
• محدودیت‌ها: یکی از محدودیت‌های قابل توجه این است که وسایلی که با جوشیدن استریل می‌شوند می‌توانند به راحتی پس از خارج شدن از آب جوش آلوده شوند. این محدودیت جوشیدن را برای استریل کردن ابزارهای جراحی یا هر وسیله‌ای که نیاز به سطح بالایی از استریلیته دارد نامناسب می‌سازد.

استریلیزاسیون با بخار در °C 100

• فرآیند: استریلیزاتورهای بخار، مانند استریلیزاتور بخار کوخ یا آرنولد، در °C 100 و فشار جو کار می‌کنند. این دستگاه‌ها مواد را برای تقریباً 90 دقیقه در معرض بخار قرار می‌دهند. این روش به ویژه برای موادی که به حرارت و فشار حساس هستند، مانند برخی محیط‌های آزمایشگاهی حاوی قند یا ژلاتین، مناسب است.
• اثربخشی: استریلیزاسیون با بخار در °C 100 به طور مؤثری اکثر اشکال رویشی باکتری‌ها، از جمله مواردی که در برابر جوشیدن مقاوم هستند، مانند برخی ترموفیل‌ها، را از بین می‌برد. با این حال، مانند جوشیدن، این روش از بین بردن تمام اسپورهای باکتریایی را تضمین نمی‌کند.
• کاربردها: این روش برای وسایلی که به حرارت و فشار حساس هستند مناسب است، مانند برخی محیط‌های آزمایشگاهی حاوی قند یا ژلاتین. تیندالیزاسیون، یک کاربرد خاص از استریلیزاسیون با بخار، شامل قرار دادن مواد در معرض بخار در °C 100 برای 30 دقیقه در سه روز متوالی برای جلوگیری از تجزیه قند در دمای بالاتر است.

استریلیزاسیون در دمایی بیشتر از °C 100 / بخار تحت فشار

استریلیزاسیون در دماهایی بالاتر از °C 100 عمدتاً از طریق استفاده از بخار تحت فشار حاصل می‌شود. این روش برای تضمین از بین بردن کامل میکروارگانیسم‌ها، از جمله اسپورهای باکتریایی که در برابر دمای پایین‌تر مقاوم‌تر هستند، بسیار مهم است.

بخار تحت فشار

• اصل: آب معمولاً در °C 100 تحت فشار جو استاندارد (760 میلی‌متر جیوه) می‌جوشد. با این حال، افزایش فشار نقطه جوش آب را افزایش می‌دهد. این اصل در دستگاه‌هایی به نام اتوکلاو مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• عملکرد اتوکلاو: یک اتوکلاو با افزایش فشار به psi 15 (پوند بر اینچ مربع) یا 775 میلی‌متر جیوه کار می‌کند که نقطه جوش آب را به حدود °C 121 افزایش می‌دهد. این دمای بالاتر فرآیند استریلیزاسیون را تقویت می‌کند.
• مکانیسم: بخار تحت فشار نسبت به دماهای پایین‌تر به طور مؤثرتری به مواد نفوذ می‌کند. هنگام تماس، بخار گرمای نهفته را آزاد می‌کند که انرژی حرارتی لازم برای کشتن میکروارگانیسم‌ها را فراهم می‌کند. چگالش بخار به یک مایع تضمین می‌کند که تخریب میکروبی کامل و یکنواخت باشد.

کاربردها

• وسایل آلوده: اتوکلاوها برای استریل کردن وسایل آلوده به طور گسترده استفاده می‌شوند. دمای بالا و فشار تضمین می‌کنند که تمام اشکال زندگی میکروبی، از جمله مقاوم‌ترین اسپورها، به طور مؤثری نابود می‌شوند.
• محیط‌های کشت: اتوکلاوها همچنین برای استریل کردن محیط‌های کشت مختلف در آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شوند. این فرآیند برای آماده‌سازی محیط‌های کشت عاری از آلودگی‌هایی که می‌توانند با مطالعات رشد میکروبی تداخل کنند، بسیار مهم است.

مزایای استریلیزاسیون با دمای بالا

• استریلیته کامل: ترکیب دمای بالا و فشار در یک اتوکلاو یک روش قابل اعتماد برای دستیابی به استریلیته کامل فراهم می‌کند. این امر در تنظیمات پزشکی و آزمایشگاهی که خطر عفونت یا آلودگی باید به حداقل برسد، بسیار مهم است.
• قدرت نفوذ: بخار در دماهای بالاتر از °C 100 نسبت به حرارت خشک یا بخار در دمای پایین‌تر دارای قدرت نفوذ تقویت یافته است. این تضمین می‌کند که حتی وسایل پیچیده یا متراکم به طور کامل استریل شوند.

استریلیزاسیون متناوب

استریلیزاسیون متناوب، که با نام تیندالیزاسیون (tyndallization) نیز شناخته می‌شود، روشی است که برای مواد حساس به حرارت که نمی‌توانند در برابر دمای بالای اتوکلاوینگ معمولی مقاومت کنند طراحی شده است. این فرآیند برای موادی مانند سرم، محلول‌های قندی و تخم‌مرغ که نسبت به حرارت مداوم بالا حساس هستند، بسیار مفید است.

بررسی اجمالی تیندالیزاسیون

• اصل: تیندالیزاسیون در یک دوره سه روزه کار می‌کند. این شامل یک سری درمان‌های بخار برای اطمینان از حذف تمام میکروارگانیسم‌ها، از جمله اسپورهای مقاوم به حرارت، است.
• روش:
  • روز اول: وسایل برای 20 دقیقه در معرض بخار در °C 100 قرار می‌گیرند. این قرار گرفتن اولیه اکثر اشکال رویشی باکتری‌ها، مخمرها و کپک‌ها را از بین می‌برد. با این حال، اسپورها را که مقاوم‌تر به حرارت هستند، از بین نمی‌برد.
  • روز دوم: وسایل برای جوانه‌زنی اسپورهای زنده مانده به حالت‌های رویشی باقی می‌مانند. این سلول‌های رویشی تازه تشکیل شده سپس در تحت بخار بعدی هدف قرار می‌گیرند.
  • روز سوم: وسایل برای 20 دقیقه در معرض بخار در °C 100 قرار می‌گیرند. این درمان نهایی از بین رفتن اشکال رویشی حاصل از جوانه‌زنی روز قبل را تضمین می‌کند و تمام اسپورها را به طور مؤثری از بین می‌برد.

کاربرد

• محیط‌های حساس به حرارت: تیندالیزاسیون معمولاً برای استریل کردن محیط‌های کشت حاوی اجزای حساس به حرارت، مانند سرم‌ها (مانند شیب سرم لوفر(Loeffler’s serum slope))، محیط‌های مبتنی بر تخم‌مرغ (مانند محیط لوونشتاین-جنسن(Lowenstein-Jensen medium)) و محلول‌های کربوهیدرات (مانند قندهای سرم) استفاده می‌شود.
• محصولات غذایی: برخی از غذاهای کنسرو شده نیز با استفاده از تیندالیزاسیون استریل می‌شوند، به ویژه زمانی که حاوی اجزایی هستند که نمی‌توانند برای مدت طولانی در برابر دمای بالا مقاومت کنند.

مزایا و محدودیت‌ها

• مزایا:
  • حفظ مواد حساس به حرارت: این فرآیند برای موادی که ممکن است به دلیل قرار گرفتن در معرض مداوم دمای بالا آسیب ببینند یا تخریب شوند، مؤثر است.
  • استریلیزاسیون جامع: با اجازه دادن به اسپورها برای جوانه‌زنی به اشکال رویشی بین قرار گرفتن در معرض بخار، تیندالیزاسیون تضمین می‌کند که تمام اشکال میکروبی مورد توجه قرار می‌گیرند.
• محدودیت‌ها:
  • نیاز به زمان طولانی: این فرآیند سه روز طول می‌کشد که در مقایسه با سایر روش‌های استریلیزاسیون می‌تواند زمان‌بر باشد.
  • ناکارآمدی برای تمام اسپورها: اگرچه برای بسیاری از اسپورها مؤثر است، برخی از انواع بسیار مقاوم ممکن است کاملاً از بین نروند.

کاربردهای استریلیزاسیون با حرارت مرطوب

• استریلیزاسیون نوشیدنی‌ها
  • شیر و نوشیدنی‌های تازه: استریلیزاسیون با حرارت مرطوب به طور گسترده برای درمان شیر و سایر نوشیدنی‌های تازه مانند آبمیوه‌ها، آبجو و شراب استفاده می‌شود. این نوشیدنی‌ها در هنگام جمع‌آوری و پردازش مستعد آلودگی هستند. این فرآیند تضمین می‌کند که میکروارگانیسم‌های پاتوژن از بین می‌روند، در نتیجه عمر مفید را افزایش می‌دهند و ایمنی مصرف را تضمین می‌کنند.
• ضدعفونی بیمارستان
  • امکانات و تجهیزات: در محیط‌های بیمارستانی، استریلیزاسیون با حرارت مرطوب برای ضدعفونی امکانات و تجهیزات به کار می‌رود. این شامل وسایلی مانند ابزارهای جراحی، پارچه‌ها و سایر وسایل بیمارستانی است که برای جلوگیری از عفونت و حفظ محیط استریل نیاز به استریلیزاسیون کامل دارند.
• استریلیزاسیون مواد مقاوم به حرارت
  • ظروف شیشه‌ای و ابزارهای فلزی: حرارت مرطوب برای استریل کردن مواد مقاوم به حرارت مؤثر است. این دسته شامل ظروف شیشه‌ای، ابزارهای فلزی و برخی انواع پلاستیک‌های مقاوم به حرارت است. این فرآیند تضمین می‌کند که این وسایل قبل از استفاده در محیط‌های بالینی یا تحقیقاتی عاری از هر گونه زندگی میکروبی هستند.
  • پارچه‌ها و وسایل لاستیکی: بانداژهای جراحی و دستکش‌های لاستیکی که معمولاً در محیط‌های پزشکی استفاده می‌شوند، همچنین می‌توانند با استفاده از حرارت مرطوب استریل شوند. این برای جلوگیری از آلودگی متقاطع و حفظ شرایط آسپتیک بسیار مهم است.
  • کاغذ و برخی محیط‌ها: محصولات کاغذی و برخی محیط‌های مقاوم به حرارت می‌توانند برای حذف آلودگی‌ها تحت درمان قرار گیرند. این امر در آزمایشگاه‌هایی که آلودگی می‌تواند نتایج آزمایش را تحت تأثیر قرار دهد، بسیار مهم است.
• استریلیزاسیون وسایل حساس به حرارت
  • پلیت‌های پلاستیکی پتری: برای مواد حساس به حرارت مانند پلیت‌های پلاستیکی پتری که نمی‌توانند در برابر دمای بالا مقاومت کنند، از استریلیزاسیون با حرارت مرطوب به عنوان یک روش کنترل شده برای اطمینان از استریل بودن آن‌ها بدون آسیب رساندن به یکپارچگی ساختاری آن‌ها استفاده می‌شود.
• استریلیزاسیون محیط‌های کشت
  • محیط‌های حساس به حرارت: استریلیزاسیون با حرارت مرطوب همچنین برای استریل کردن محیط‌های کشت حساس به حرارت که حاوی اجزایی مانند سرم‌ها (مانند شیب سرم لوفر)، تخم‌مرغ (مانند محیط لوونشتاین-جنسن) و محلول‌های کربوهیدرات (مانند قندهای سرم) استفاده می‌شود. این محیط‌ها برای کشت میکروبی ضروری هستند و باید عاری از آلودگی‌ها باشند تا نتایج آزمایش دقیق را تضمین کنند.
  • غذاهای کنسرو شده: برخی از غذاهای کنسرو شده که حاوی مواد حساس به حرارت هستند، با استفاده از حرارت مرطوب استریل می‌شوند تا از فساد جلوگیری کنند و ایمنی را تضمین کنند.

روش	کاربردهای توصیه شده	محدودیت‌ها
اتوکلاو	استریل کردن ابزارها، ملحفه‌ها، وسایل و سینی‌های درمان، محیط‌ها و سایر مایعات	بی‌اثر در برابر ارگانیسم‌هایی در موادی که نفوذ ناپذیر در برابر بخار هستند؛ نمی‌توان برای وسایل حساس به حرارت استفاده کرد
بخار آزاد یا آب جوش	از بین بردن پاتوژن‌های غیر اسپورزا، ضدعفونی ملافه‌ها، لباس‌ها و ظروف	نمی‌توان تضمین کرد که در یک قرار گرفتن در معرض استریلیزاسیون را تولید کند
پاستوریزاسیون	برای استریلیزاسیون شیر و سایر نوشیدنی‌های تازه، مانند آبمیوه‌ها، آبجو و شراب استفاده می‌شود	پاتوژن‌های مقاوم به حرارت را نمی‌کشد. کاهش محتوای تغذیه‌ای، پاتوژن‌ها را می‌کشد. دوره نگهداری را افزایش می‌دهد.
استریلیزاتور بخار	برای مواد حساس به حرارت استفاده می‌شود	مضر برای ابزارهای حساس به حرارت، آسیب به ابزارهای میکرو جراحی با قرار گرفتن مکرر در معرض، ممکن است باعث خیس شدن ابزارها شود و باعث زنگ زدگی شود. پتانسیل سوختگی
تیندالیزاسیون	بیشتر برای استریل کردن محیط‌های کشت حساس به حرارت، مانند مواردی که حاوی سرم‌ها (مانند شیب سرم لوفر)، تخم‌مرغ (مانند محیط لوونشتاین-جنسن)، یا کربوهیدرات‌ها (مانند قندهای سرم) و برخی غذاهای کنسرو شده استفاده می‌شود	–

 شرایط تقریبی برای غیرفعال‌سازی با حرارت مرطوب

موجود	سلول‌های رویشی	اسپورها
مخمرها	5  دقیقه در 50-60 درجه سانتی‌گراد	5 دقیقه در 70-80 درجه سانتی‌گراد
کپک‌ها	30  دقیقه در 62 درجه سانتی‌گراد	30  دقیقه در 80 درجه سانتی‌گراد
باکتری‌ها	10  دقیقه در 60-70 درجه سانتی‌گراد	2  تا بیش از 800 دقیقه در 100 درجه سانتی‌گراد
ویروس‌ها	30  دقیقه در 60 درجه سانتی‌گراد	–
پریون‌ها	90  دقیقه در 134 درجه سانتی‌گراد	–

استریلیزاسیون با حرارت خشک

استریلیزاسیون با حرارت خشک یک تکنیک مورد استفاده برای از بین بردن میکروارگانیسم‌ها از طریق اعمال حرارت در غیاب رطوبت است. این روش به ویژه برای وسایلی و موادی مناسب است که به رطوبت حساس هستند یا نمی‌توانند با روش‌های استریلیزاسیون با حرارت مرطوب به طور مؤثری استریل شوند.

اصل و مکانیسم

• هدایت حرارت: استریلیزاسیون با حرارت خشک بر اساس اصل هدایت کار می‌کند. در این فرآیند، حرارت از سطح خارجی یک وسیله به سمت داخل منتقل می‌شود تا کل وسیله به دمای مورد نظر برای استریلیزاسیون برسد. برخلاف حرارت مرطوب که از بخار برای نفوذ و کشتن میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌کند، حرارت خشک به انتقال مستقیم حرارت برای دستیابی به اثرات خود متکی است.
• مکانیسم تخریب میکروبی: اثربخشی حرارت خشک در چندین فرآیند تخریب نهفته است:
  • دناتوراسیون پروتئین‌ها: حرارت باعث دناتوراسیون پروتئین‌ها در میکروارگانیسم‌ها می‌شود که ساختار و عملکرد آن‌ها را مختل می‌کند.
  • لیز پروتئین: قرار گرفتن مداوم در معرض حرارت می‌تواند باعث تجزیه یا لیز پروتئین‌ها شود.
  • آسیب اکسیداتی: حرارت خشک می‌تواند استرس اکسیداتی را القا کند و رادیکال‌های آزاد تولید کند که به اجزای سلولی آسیب می‌رسانند.
  • خشک شدن و سوختن سلول: قرار گرفتن طولانی مدت در معرض حرارت می‌تواند سلول‌ها را خشک کند و در موارد شدید، منجر به احتراق آن‌ها شود، همانطور که در سوزاندن دیده می‌شود.

کاربردها و محدودیت‌ها

• مواد و وسایل: موادی که به رطوبت حساس هستند، مانند روغن‌ها، پودرها و سایر موادی که نمی‌توانند در برابر رطوبت مقاومت کنند، کاندیداهای ایده‌آل برای استریلیزاسیون با حرارت خشک هستند. رطوبت می‌تواند این مواد را از بین ببرد یا به طور مؤثری نفوذ نکند، بنابراین حرارت خشک گزینه ترجیحی است.
• تجهیزات آزمایشگاهی: وسایلی مانند پلیت‌های پتری و پیپت‌ها، که ممکن است به دلیل مسائل نفوذ با استریلیزاسیون با حرارت مرطوب چالش‌برانگیز باشند، برای روش‌های حرارت خشک مناسب هستند.
• دما و زمان قرار گرفتن : برای استریلیزاسیون مؤثر، حرارت خشک به دمای بالاتری نسبت به حرارت مرطوب نیاز دارد. معمولاً دماها از 160°C  تا  180°C متغیر هستند، با زمان‌های قرار گرفتن متغیر تا 2 ساعت بسته به دمای دقیق. این زمان طولانی برای اطمینان از رسیدن کل وسیله به دمای مورد نیاز برای تخریب کامل میکروبی ضروری است.
• کاربردهای صنعتی و پزشکی
  • استریلیزاسیون بطری‌های شیشه‌ای: یک کاربرد صنعتی اصلی استریلیزاسیون با حرارت خشک در آماده‌سازی بطری‌های شیشه‌ای برای پر کردن آسپتیک است. این روش تضمین می‌کند که بطری‌ها عاری از میکروارگانیسم‌ها و مناسب برای استفاده در محیط‌های استریل هستند.
  • تخریب اندوتوکسین‌ها: استریلیزاسیون با حرارت خشک همچنین در از بین بردن اندوتوکسین‌های باکتریایی یا پیروژن‌ها مؤثر است که از بین بردن آن‌ها با روش‌های دیگر استریلیزاسیون دشوار است. برای دپیروژناسیون شیشه، از دماهای حدود °C 250استفاده می‌شود تا از بین رفتن کامل این مواد مضر را تضمین کند.

تجهیزات مورد استفاده

• کوره‌های هوای گرم: کوره‌های هوای گرم معمولاً برای تأمین حرارت خشک مورد نیاز برای استریلیزاسیون استفاده می‌شوند. این کوره‌ها یک محیط کنترل‌شده از هوای گرم و بدون رطوبت ایجاد می‌کنند.
• کوره‌های زباله‌سوزی: کوره‌های زباله‌سوزی برای تخریب کامل مواد از طریق احتراق، به ویژه برای مواد زائد که نیاز به استریلیته مطلق دارند، استفاده می‌شوند.

استریلیزاسیون با حرارت خشک از طریق روش‌های زیر انجام می‌شود:

• حرارت قرمز
• شعله‌ور کردن (گرمای مشتعل) (flaming)
• کوره زباله‌سوزی
• کوره (فر) هوای گرم

انواع استریلیزاسیون با حرارت خشک

استریلیزاسیون با حرارت خشک از حرارت در غیاب رطوبت برای از بین بردن میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌کند. این روش برای موادی که به رطوبت حساس هستند یا نمی‌توانند در برابر استریلیزاسیون با بخار مقاومت کنند مناسب است. در زیر انواع اصلی استریلیزاسیون با حرارت خشک آورده شده است:

حرارت قرمز

• مرور فرآیند: استریلیزاسیون با حرارت قرمز شامل گرم کردن ابزارها تا حالت قرمز داغ با استفاده از یک شعله مستقیم است. حرارت شدید تضمین می‌کند که میکروارگانیسم‌ها به طور مؤثری از بین می‌روند.
• مکانیسم: ابزارها در معرض شعله یک مشعل بنزن قرار می‌گیرند تا قرمز شوند و به دمای کافی برای از بین بردن میکروارگانیسم‌ها از طریق دناتوراسیون پروتئین و آسیب اکسیداتی برسند.
• کاربردها: این روش عمدتاً برای استریل کردن ابزارهای فلزی مانند حلقه‌های انکوباتور، سیم‌ها و نوک انبر استفاده می‌شود.
• محدودیت‌ها: فقط برای وسایلی که می‌توانند چنین دمای بالایی را بدون آسیب دیدن تحمل کنند قابل استفاده است. مواد حساس به حرارت نمی‌توانند با این روش پردازش شوند.

شعله‌ور کردن (گرمای مشتعل) (flaming)

• مرور فرآیند: شعله‌ور کردن (گرمای مشتعل) (flaming) شامل قرار دادن اشیاء فلزی در معرض شعله برای سوزاندن میکروب‌ها و سایر آلودگی‌ها است.
• مکانیسم: قبل از قرار گرفتن در معرض شعله، ابزار اغلب در الکل یا یک مایع قابل اشتعال مشابه فرو می‌رود. شعله بعدی میکروب‌ها را می‌سوزاند.
• کاربردها: شعله‌ور کردن (گرمای مشتعل) (flaming) برای استریل کردن ابزارها و وسایل فلزی کوچکتر در محیط‌های آزمایشگاهی استفاده می‌شود.
• محدودیت‌ها: این روش تضمین نمی‌کند که مانند استریلیزاسیون با حرارت قرمز استریلیته کاملی داشته باشد. این روش کمتر کامل است و معمولاً برای ضدعفونی سریع‌تر نسبت به استریلیزاسیون کامل استفاده می‌شود.

کوره زباله‌سوزی

• مرور فرآیند: کوره زباله‌سوزی فرآیندی است که برای استریلیزاسیون و کاهش حجم قابل توجه زباله استفاده می‌شود. این شامل سوزاندن مواد تا خاکستر شدن است.
• مکانیسم: مواد زائد در معرض دمای بالا در یک کوره زباله‌سوزی قرار می‌گیرند تا به خاکستر تبدیل شوند. این فرآیند نه تنها استریل می‌کند، بلکه زباله را نیز دفع می‌کند.
• کاربردها: معمولاً برای دفع زباله‌های بیمارستانی و سایر بقایای بیولوژیکی استفاده می‌شود.
• محدودیت‌ها: این روش معمولاً برای ابزارهای آزمایشگاهی یا موادی که برای استفاده مجدد در نظر گرفته شده‌اند استفاده نمی‌شود، زیرا باعث تخریب کامل وسایل می‌شود.

تابش مادون قرمز (IR) استریلیزاسیون

• مرور فرآیند: استریلیزاسیون با تابش مادون قرمز از تابش IR جذب شده توسط مواد برای تولید حرارت برای استریلیزاسیون استفاده می‌کند.
• مکانیسم: ابزارها و ظروف شیشه‌ای در یک سینی قرار می‌گیرند و از طریق یک تونل IR روی یک تسمه نقاله عبور می‌کنند. تابش IR وسایل را در مدت تقریبی 17 دقیقه تا حدود °C 180 گرم می‌کند.
• کاربردها: این روش برای استریلیزاسیون انبوهی از وسایل بسته‌بندی شده مانند سرنگ‌ها و کاتترها مناسب است.
• محدودیت‌ها: برای وسایلی با ظرفیت حرارتی بالا یا اشکال نامنظم که ممکن است به طور یکنواخت تابش IR را جذب نکنند، کمتر مؤثر است.

کوره هوای گرم

• مرور فرآیند: کوره هوای گرم از حرارت خشک برای استریلیزاسیون از طریق هدایت استفاده می‌کند، جایی که حرارت از سطح خارجی به لایه‌های داخلی ماده منتقل می‌شود.
• مکانیسم: کوره شامل یک محفظه عایق‌بندی شده مجهز به فن، حسگرهای دما و مکانیزم‌های کنترل است. پارامترهای معمول استریلیزاسیون °C 170 برای 30 دقیقه، °C 160 برای 60 دقیقه و °C 150 برای 150 دقیقه است.
• کاربردها: کوره‌های هوای گرم برای استریل کردن ظروف شیشه‌ای، پلیت‌های پتری، پودرها و سایر موادی که نمی‌توانند با حرارت مرطوب استریل شوند، استفاده می‌شوند.
• محدودیت‌ها: اثربخشی به توزیع یکنواخت حرارت و توانایی ماده در تحمل قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دمای بالا بستگی دارد.

کاربردهای استریلیزاسیون با حرارت خشک

• استریلیزاسیون ظروف شیشه‌ای:
  • هدف: وسایل شیشه‌ای مانند پلیت‌های پتری، فلاسک‌ها، پیپت‌ها و لوله‌های آزمایش اغلب با استفاده از حرارت خشک استریل می‌شوند.
  • روش: حرارت به طور مؤثری زندگی میکروبی را بدون آسیب رساندن به شیشه، که در برابر دمای بالا مقاوم است، از بین می‌برد.
• استریلیزاسیون ابزارهای جراحی:
  • هدف: ابزارهایی مانند اسکالپل‌ها، قیچی‌ها و انبرها، که در روش‌های بالینی بسیار مهم هستند، نیاز به استریلیزاسیون کامل دارند.
  • روش: حرارت خشک از بین بردن کامل پاتوژن‌ها از ابزارهای فلزی که می‌توانند در برابر دمای بالا بدون خوردگی مقاومت کنند را تضمین می‌کند.
• استریلیزاسیون مواد شیمیایی و روغن‌ها:
  • هدف: موادی مانند پارافین مایع و پودرهای سولفونامید، که با حرارت مرطوب به طور مؤثری استریل نمی‌شوند، با حرارت خشک تحت درمان قرار می‌گیرند.
  • روش: از حرارت خشک برای اطمینان از تخریب کامل آلودگی‌های میکروبی در این مواد استفاده می‌شود، زیرا نسبت به بخار نفوذپذیری کمتری دارند.
• تخریب کامل مواد عفونی:
  • هدف: وسایلی مانند سرنگ‌ها، سوزن‌ها، مواد کشت، پانسمان‌ها، باندها، لاشه حیوانات و نمونه‌های آسیب‌شناسی نیاز به تخریب کامل برای جلوگیری از گسترش عفونت دارند.
  • روش: از حرارت خشک برای سوزاندن این مواد استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که تمام زندگی میکروبی کاملاً از بین می‌رود.
• استریلیزاسیون ابزارهای آزمایشگاهی:
  • هدف: ابزارهایی مانند حلقه‌های تلقیح، سیم، نوک انبرها و اسپاتول‌های داغ‌کننده برای جلوگیری از آلودگی در آزمایش‌ها استریل می‌شوند.
  • روش: استفاده از حرارت خشک یک روش قابل اعتماد برای اطمینان از عاری بودن این ابزارها از میکروارگانیسم‌ها قبل از استفاده است.

روش	کاربردهای توصیه شده	محدودیت‌ها
کوره هوای گرم	استریل کردن مواد نفوذناپذیر یا آسیب‌پذیر به رطوبت، مانند روغن‌ها، شیشه، ابزارهای تیز، فلزات	تخریب‌کننده موادی که نمی‌توانند برای مدت طولانی در برابر دمای بالا مقاومت کنند
کوره زباله‌سوزی	دفع اشیاء آلوده‌ای که قابل استفاده مجدد نیستند	اندازه کوره زباله‌سوزی باید برای سوزاندن سریع و کامل بزرگترین بار کافی باشد: پتانسیل آلودگی هوا
شعله‌ور کردن (گرمای مشتعل) (flaming)	استریلیزاسیون حلقه تلقیح (حلقه اسمیر) یا سیم، نوک انبر، اسپاتول‌های داغ‌کننده و غیره	–
کوره زباله‌سوزی	برای تخریب کامل و دفع مواد عفونی مانند سرنگ‌ها، سوزن‌ها، مواد کشت، پانسمان‌ها، باندها، لاشه حیوانات و نمونه‌های آسیب‌شناسی استفاده می‌شود	برای فلزات و مواد شیشه‌ای مقاوم به حرارت مؤثر نیست

تخریب میکروارگانیسم‌ها با اعمال دمای پایین

درمان با دمای پایین یک روش شناخته شده برای کنترل و حفظ میکروارگانیسم‌ها است. این فرآیند بر توانایی دماهای پایین برای کند کردن یا توقف متابولیسم و رشد میکروبی تکیه دارد. در اینجا توضیح مفصلی در مورد نحوه تأثیر دمای پایین بر میکروارگانیسم‌ها و کاربردهای آن‌ها در استریلیزاسیون و نگهداری ارائه شده است:

اثرات دمای پایین بر میکروارگانیسم‌ها

• کاهش سرعت متابولیسم
  • کاهش سرعت متابولیسم: دمای پایین به طور قابل توجهی سرعت متابولیسم میکروارگانیسم‌ها را کاهش می‌دهد. واکنش‌های آنزیمی، که برای فرآیندهای متابولیسمی حیاتی هستند، با کاهش دما کند می‌شوند.
  • توقف فعالیت: در دمای کافی پایین، رشد و فعالیت‌های متابولیسمی میکروبی ممکن است کاملاً متوقف شوند. میکروارگانیسم‌ها می‌توانند وارد حالت خواب شوند که در آن هیچ فرآیند متابولیسمی قابل تشخیص رخ نمی‌دهد.
• حالت خفته (دورمانسی) (خواب) (Dormancy)
  • حفظ حیات: هنگام قرار گرفتن در معرض انجماد یا دمای زیر انجماد، میکروارگانیسم‌ها اغلب وارد مرحله خواب می‌شوند. در طول این مرحله، هیچ نشانه قابل مشاهده‌ای از زندگی را نشان نمی‌دهند اما حیات خود را حفظ می‌کنند. این خواب برای نگهداری طولانی مدت کشت‌ها بسیار مهم است.

روش‌های نگهداری با دمای پایین

• خشک کردن با انجماد (لیوفیلیزاسیون)  (Lyophilization)
  • مرور فرآیند: خشک کردن با انجماد، که با نام لیوفیلیزاسیون نیز شناخته می‌شود، شامل انجماد میکروارگانیسم‌ها و سپس حذف یخ با تصعید تحت خلا است. این روش میکروارگانیسم‌ها را در حالت خشک حفظ می‌کند و حیات آن‌ها را برای مدت طولانی حفظ می‌کند.
  • کاربردها: خشک کردن با انجماد معمولاً برای حفظ کشت‌های باکتریایی، مخمر، کپک‌ها و برخی ویروس‌ها استفاده می‌شود. این روش امکان نگهداری طولانی مدت بدون از دست دادن قابل توجه حیات را فراهم می‌کند.
• یخچال
  • نگهداری کوتاه مدت: برای نگهداری کوتاه مدت، میکروارگانیسم‌ها اغلب در دمای یخچال، معمولاً بین
    °C 4 و °C 7 ، نگهداری می‌شوند. این محدوده دما برای حفظ کشت‌های آگار شیب باکتری‌ها، مخمرها و کپک‌ها مناسب است.
  • کارایی: یخچال متابولیسم میکروبی را کند می‌کند اما کاملاً متوقف نمی‌کند. این روش برای حفظ کشت‌هایی که برای استفاده کوتاه مدت در نظر گرفته شده‌اند مؤثر است.

• انجماد عمیق  (Deep Freezing)

• • نگهداری طولانی مدت: انجماد عمیق شامل نگهداری میکروارگانیسم‌ها در دماهای بین -20°C   تا  -70°C  است. این روش برای نگهداری طولانی مدت بسیاری از باکتری‌ها و ویروس‌ها مناسب است.
  • کاربرد: واحدهای انجماد عمیق برای ذخیره انواع مختلف نمونه‌های میکروبی استفاده می‌شوند تا پایداری و حیات آن‌ها را برای مدت طولانی حفظ کنند.
• نیتروژن مایع
  • دمای فوق پایین: نیتروژن مایع، با دمای °C196- ، برای حفظ در دمای بسیار پایین استفاده می‌شود. این روش برای حفظ ویروس‌ها، میکروارگانیسم‌ها و سلول‌های بافت پستانداران مورد استفاده در زمینه‌های مختلف تحقیقاتی ایده‌آل است.
  • مزایا: دمای بسیار پایین حاصل از نیتروژن مایع حفظ عالی یکپارچگی و حیات سلولی را فراهم می‌کند.

کاربردها و مزایا

• حفظ کشت میکروبی
  • تحقیق و استفاده بالینی: حفظ با دمای پایین در تحقیق، میکروب‌شناسی بالینی و زیست‌فناوری ضروری است. این امر دسترسی به کشت‌های میکروبی زنده برای آزمایش‌ها و اهداف تشخیصی در حال انجام را تضمین می‌کند.
• ایمنی و پایداری
  • کاهش خطر آلودگی: نگهداری میکروارگانیسم‌ها در دمای پایین خطر آلودگی و رشد بیش از حد میکروبی را به حداقل می‌رساند و آن را به یک روش قابل اعتماد برای حفظ خلوص کشت تبدیل می‌کند.
• راحتی و کارایی
  • انعطاف‌پذیری در ذخیره‌سازی: روش‌های دمای پایین انعطاف‌پذیری در مدت زمان و شرایط ذخیره‌سازی را ارائه می‌دهند و نیازهای مختلف در محیط‌های آزمایشگاهی و صنعتی را برآورده می‌کنند.

خشک شدن (از دست دادن آب) (Desiccation)

خشک شدن (Desiccation) یک فرآیند است که برای کنترل و حفظ میکروارگانیسم‌ها با حذف محتوای رطوبت آن‌ها استفاده می‌شود. این روش به طور مؤثری فعالیت متابولیسمی را متوقف می‌کند و امکان بقای میکروب را کاهش می‌دهد. در اینجا بررسی مفصلی در مورد نحوه تأثیر خشک کردن بر میکروارگانیسم‌ها، اثربخشی آن و کاربردهای آن ارائه شده است:

اثرات خشک شدن (Desiccation) بر میکروارگانیسم‌ها

• توقف فعالیت متابولیسم
  • فرآیند خشک شدن:  خشک شدن شامل حذف آب از سلول‌های میکروبی است. این منجر به توقف فرآیندهای متابولیسم می‌شود، زیرا آب یک محیط حیاتی برای واکنش‌های آنزیمی و بیوشیمیایی است.
  • کاهش بقای میکروبی: با کاهش محتوای آب، سلول‌های میکروبی غیرفعال می‌شوند که منجر به کاهش جمعیت زنده کلی می‌شود. میزان این کاهش در بین میکروارگانیسم‌های مختلف متفاوت است.
• تنوع بقاء
  • حساسیت میکروبی:  میکروارگانیسم‌های مختلف سطوح مختلفی از مقاومت در برابر خشک شدن را نشان می‌دهند. به عنوان مثال، کوکسی‌های گرم منفی، مانند نایسریا گونوره و نایسریا مننژیتیدیس، نسبت به خشک شدن بسیار حساس هستند و می‌توانند ظرف چند ساعت بمیرند. برعکس، استرپتکوک‌ها مقاومت بیشتری نشان می‌دهند، برخی از آن‌ها برای هفته‌ها پس از خشک شدن زنده می‌مانند.
  • بقای طولانی مدت:  مایکوباکتریوم توبرکلوزیس، عامل بیماری سل، در صورت خشک شدن در خلط برای مدت طولانی زنده می‌ماند. علاوه بر این، اسپورهای برخی میکروارگانیسم‌ها شناخته شده است که به طور نامحدود در برابر خشک شدن مقاومت می‌کنند و انعطاف‌پذیری استثنایی را نشان می‌دهند.

روش‌های خشک کردن

• لیوفیلیزاسیون (Lyophilization) (خشک کردن با انجماد)
  • مرور فرآیند:  لیوفیلیزاسیون شامل خشک شدن شدید میکروارگانیسم‌ها در حالی که در حالت منجمد هستند است. سپس میکروارگانیسم‌ها در خلا قرار می‌گیرند تا هر گونه آب باقی مانده با تصعید حذف شود.
  • مزایا: کشت‌های لیوفیلیزه (خشک شده) می‌توانند به دلیل عدم وجود رطوبت، که برای فعالیت میکروبی ضروری است، برای سال‌ها زنده بمانند. این روش حفظ طولانی مدت را بدون از دست دادن قابل توجه حیات تضمین می‌کند.

کاربردهای خشک شدن (Desiccation)

• صنعت داروسازی
  • افزایش طول عمر: در داروسازی، لیوفیلیزاسیون برای افزایش عمر مفید محصولات، مانند واکسن‌ها و داروهای تزریقی استفاده می‌شود. با کاهش محتوای رطوبت، این محصولات کمتر مستعد تخریب و آلودگی هستند.
  • حفظ ترکیبات زیست فعال: این فرآیند به حفظ پایداری و اثربخشی ترکیبات زیست فعال در داروها کمک می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که محصولات تا زمان استفاده مؤثر باقی می‌مانند.
• زیست فناوری
  • ذخیره کشت‌های میکروبی:  در زیست فناوری، تکنیک‌های خشک شدن، از جمله لیوفیلیزاسیون، برای ذخیره کشت‌های میکروبی برای تحقیقات و کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. این روش حفظ طولانی مدت سویه‌های میکروبی مورد استفاده در فرآیندهای مختلف بیوتکنولوژیکی را تسهیل می‌کند.

عوامل مؤثر بر خشک کردن

• نوع میکروارگانیسم
  • حساسیت گونه: نرخ بقای پس از خشک شدن تحت تأثیر نوع میکروارگانیسم است. برخی از میکروارگانیسم‌ها نسبت به خشک شدن حساس‌تر هستند، در حالی که برخی دیگر می‌توانند دوره‌های طولانی خشک شدن را تحمل کنند.
• کامل بودن ماده و فرآیند
  • بستر و کارایی خشک شدن:  ماده‌ای که میکروارگانیسم‌ها در آن یا روی آن خشک می‌شوند بر بقای آن‌ها تأثیر می‌گذارد. علاوه بر این، کامل بودن فرآیند خشک شدن نقش مهمی در تعیین مدت زمانی که میکروارگانیسم‌ها می‌توانند زنده بمانند دارد.
• شرایط محیطی
  • شرایط قرار گرفتن (Exposure Conditions) (در معرض عامل): شرایط فیزیکی که میکروارگانیسم‌های خشک شده در معرض آن قرار می‌گیرند، مانند دما و رطوبت، می‌توانند بر طول عمر و حیات آن‌ها تأثیر بگذارند.

فشار اسمزی

فشار اسمزی، مفهومی بنیادی در میکروبیولوژی است که حرکت آب را از میان یک غشای نیمه ‌تراوا، به دلیل تفاوت در غلظت حل‌ شونده توصیف می‌کند. این فرایند، تأثیرات قابل توجهی بر یکپارچگی و عملکرد سلول‌های میکروبی دارد. در ادامه، بررسی عمیقی از فشار اسمزی و تأثیرات آن بر میکروارگانیسم‌ها ارائه شده است:

اصول اولیه فشار اسمزی

• حرکت آب از طریق غشاها

• غشای نیمه تراوا: هنگامی که دو محلول با غلظت‌های مختلف حل‌شونده توسط یک غشای نیمه‌ تراوا از هم جدا می‌شوند، آب از ناحیه‌ای با غلظت حل‌شونده کمتر به ناحیه‌ای با غلظت حل‌شونده بیشتر حرکت می‌کند. هدف از این حرکت، برابرسازی غلظت حل‌شونده در هر دو طرف غشا است.
• تراز کردن غلظت ها
• هدف اسمز: هدف اصلی حرکت اسمزی متعادل کردن غلظت‌های حل شونده در سراسر غشا است که منجر به غلظت‌های برابر در هر دو طرف می شود.

تأثیرات بر سلول های میکروبی

• پلاسمولیز
  • فرآیند: در میکروارگانیسم‌هایی با غلظت حل‌شونده تقریباً 0.95 درصد، قرار گرفتن در معرض محلول‌هایی با غلظت حل‌شونده بالاتر، منجر به حرکت آب از سلول‌ها می‌شود. این فرایند که پلاسمولیز نامیده می‌شود، باعث می‌شود سلول با از دست دادن آب، کوچک شود. پلاسمولیز منجر به دهیدراتاسیون سلول می‌شود که می‌تواند فرآیندهای متابولیکی را کند یا متوقف کند. این اثر مشابه با اثر مشاهده‌شده با خشک‌شدن است.
  • عواقب: پلاسمولیز منجر به دهیدراتاسیون سلول می‌شود که می تواند فرآیندهای متابولیکی را کند یا متوقف کند. این اثر مشابه با اثر مشاهده شده با خشک شدن است.
• پلاسمپتیسی
  • فرآیند: برعکس، اگر سلول‌های میکروبی در محلولی با غلظت حل‌شونده پایین‌تر قرار گیرند، آب وارد سلول‌ها می‌شود. این ورود آب به عنوان پلاسمپتیسی شناخته می‌شود.
  • فشار اسمزی: ورود آب به سلول، فشار داخلی را افزایش می‌دهد که فشار اسمزی نامیده می‌شود. این فشار، نتیجه تجمع مولکول‌های آب در داخل سلول است که نیرویی علیه غشای سلولی وارد می‌کند.

مشاهدات و پیامدها

• سلول های حیوانی در مقابل سلول‌های میکروبی
  • سلول های حیوانی: سلول‌های حیوانی که فاقد دیواره سلولی سفت هستند، تغییرات قابل توجهی در شکل و حجم به دلیل فشار اسمزی نشان می‌دهند. عدم وجود دیواره سلولی سفت به این معنی است که این سلول‌ها می‌توانند در طول پلاسمولیز و پلاسمپتیسی تغییر شکل قابل توجهی داشته باشند.
  • سلول های میکروبی: در مقابل، سلول‌های میکروبی، به ویژه باکتری‌هایی با دیواره سلولی سفت، تحت فشار اسمزی به طور چشمگیری تحریف نمی‌شوند. با این حال، تغییراتی همچنان می‌تواند در غشای سیتوپلاسمی و پروتوپلاسم (بخش زنده سلول) در طول پلاسمولیز رخ دهد.
• اثرات ضد میکروبی
  • مشابه با خشک شدن: اثرات ضد میکروبی فشار اسمزی، شبیه به اثرات ناشی از خشک‌شدن است. تأثیر اصلی بر محیط داخلی سلول است که منجر به اختلال یا توقف متابولیسم می‌شود.
  • سفت شدن دیواره سلولی: به دلیل ماهیت سفت دیواره‌های سلولی میکروبی (به جز در پروتوزوآ)، فشار اسمزی باعث همان سطح تحریف ساختاری مانند سلول‌های حیوانی نمی‌شود. با این حال، کوچک شدن پروتوپلاسم از دیواره سلولی در طول پلاسمولیز همچنان قابل مشاهده است

تابش

تابش، یک روش برجسته برای استریلیزاسیون است که از قدرت امواج الکترومغناطیسی برای از بین بردن میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌کند. انواع اصلی تابش مورد استفاده برای این منظور، تابش یونیزان و غیر یونیزان هستند. هر نوع دارای ویژگی‌ها و کاربردهای متمایز است.

تابش یونیزان

تابش یونیزان، یک شکل پر انرژی است که با حذف الکترون‌ها، ساختارهای اتمی و مولکولی را مختل می‌کند. این نوع تابش، به دلیل قدرت نفوذ قابل توجه خود در استریلیزاسیون بسیار موثر است. می‌تواند اندوسپورها و سلول‌های رویشی باکتری را از بین ببرد، اگرچه در برابر ویروس‌ها کمتر موثر است. اشکال اصلی تابش یونیزان شامل اشعه ایکس، اشعه گاما و اشعه کیهانی است.

اشعه ایکس (X-rays)

• ویژگی‌ها: اشعه ایکس دارای انرژی و قدرت نفوذ قابل توجهی است که آنها را برای میکروارگانیسم‌ها و اشکال بالاتر زندگی کشنده می‌کند.
• کاربردها: از اشعه ایکس به طور تاریخی برای القای جهش‌های میکروبی استفاده شده است. با این حال، به دلیل هزینه‌های بالای تولید و استفاده ناکارآمد، از آنها برای استریلیزاسیون معمول استفاده نمی‌شود، زیرا اشعه ایکس در همه جهات از منبع خود منتشر می‌شود.

اشعه گاما

• ویژگی‌ها: اشعه گاما گسیل‌های پر انرژی از ایزوتوپ های رادیواکتیو هستند. آنها شبیه اشعه ایکس هستند اما طول موج کوتاه‌تر و سطح انرژی بالاتری دارند.
• کاربردها: اشعه گاما برای استریلیزاسیون مواد با ضخامت یا حجم قابل توجه، مانند غذاهای بسته بندی شده و دستگاه های پزشکی بسیار موثر است. قدرت نفوذ و خواص میکروب کش آنها، آنها را برای استریلیزاسیون تجاری مناسب می‌کند.

اشعه کیهانی

• ویژگی‌ها: اشعه کیهانی شامل پروتون های پر انرژی و هسته های اتمی است که با سرعت تقریباً نور در فضا حرکت می کنند. آنها از منابع کیهانی مختلف، از جمله خورشید و کهکشان های دور، سرچشمه می گیرند.
• کاربردها: نور مستقیم خورشید، که شامل اشعه کیهانی است، به طور طبیعی برای استریلیزاسیون آب در منابع طبیعی مانند مخازن و رودخانه ها موثر است. نور خورشید به دلیل اشعه ماوراء بنفش و گرما دارای اثر میکروب کش است و باکتری های موجود در این محیط ها را به سرعت از بین می برد.

تابش غیر یونیزان

تابش غیر یونیزان انرژی کافی برای یونیزه کردن اتم‌ها یا مولکول‌ها را ندارد. این شامل اشکالی مانند تابش ماوراء بنفش (UV) و مادون قرمز است که در زمینه‌های مختلف استریلیزاسیون استفاده می‌شوند.

تابش ماوراء بنفش (UV)

• ویژگی‌ها: تابش UV، به ویژه با طول موج‌های بین 240-280 نانومتر، فعالیت باکتری‌کشی قابل توجهی دارد. این کار با تغییر شکل پروتئین‌های باکتریایی و اختلال در تکثیر DNA انجام می‌شود.
• کاربردها: تابش UV عمدتاً برای ضدعفونی کردن محیط‌های بسته مانند آزمایشگاه‌های میکروبیولوژی، هودهای تلقیح (inoculation hoods)، کابینت‌های جریان آرام (لامینار) و اتاق‌های عمل استفاده می‌شود. در حالی که در برابر اکثر باکتری‌های رویشی موثر است، تابش UV در برابر اسپورهای باکتریایی که مقاوم‌تر هستند، کمتر موثر است. تابش UV به خوبی از مواد مانند شیشه، فیلم‌های کثیف یا آب عبور نمی‌کند و در برخی سناریوها اثربخشی آن را محدود می‌کند.

تابش مادون قرمز

• ویژگی‌ها: تابش مادون قرمز طول موج‌های طولانی‌تری نسبت به نور مرئی دارد و برای چشم انسان نامرئی است.
• کاربردها: تابش مادون قرمز برای استریلیزاسیون سریع و انبوه اقلام یک‌بار مصرف مانند سرنگ‌ها و کاتترها استفاده می‌شود. این امر به ویژه در محیط‌های صنعتی که نیاز به توان عملیاتی بالا دارند مفید است.

روش	کاربردهای توصیه‌شده	محدودیت‌ها
نور ماوراء بنفش	کنترل عفونت هوایی: ضدعفونی سطوح	باید جذب شود تا موثر باشد (از شیشه شفاف یا اشیاء مات عبور نمی‌کند): تحریک‌کننده چشم‌ها و پوست؛ نفوذ کم
اشعه ایکس، گاما و کاتد	استریلیزاسیون مواد جراحی حساس به حرارت و سایر دستگاه‌های پزشکی	گران و نیازمند امکانات ویژه برای استفاده

استریلیزاسیون فیلتراسیون

فیلتراسیون یک روش حیاتی است که برای استریلیزاسیون و تصفیه محلول‌ها و گازهای حساس به حرارت استفاده می‌شود. برخلاف سایر تکنیک‌های استریلیزاسیون که بر نابودی میکروارگانیسم‌ها متکی هستند، فیلتراسیون آلودگی‌ها را از طریق مکانیسم‌های خاص به صورت فیزیکی حذف می‌کند. این فرایند در کاربردهای مختلف علمی، صنعتی و پزشکی ضروری است. جزئیات زیر جنبه‌های اساسی و انواع فیلتراسیون را تشریح می‌کند:

انواع فیلتراسیون

1. فیلترهای عمقی (Depth Filter)

• ترکیب: فیلترهای عمقی از مواد الیافی یا گرانولار مرتب شده در یک لایه ضخیم ساخته شده‌اند. این مواد شبکه‌ای از کانال‌های کوچک قطر تشکیل می‌دهند.
• عملکرد: محلول حاوی میکروارگانیسم‌ها از این لایه کشیده می‌شود، جایی که ذرات از طریق غربالگری فیزیکی، به دام انداختن و جذب حذف می‌شوند.
• انواع فیلترهای عمقی:
• فیلترهای شمعی: این فیلترها که از خاک دیاتومی یا چینی بدون لعاب ساخته شده‌اند، دارای تخلخل‌های مختلف هستند و معمولاً برای تصفیه آب استفاده می‌شوند.
• فیلترهای آزبست: این فیلترها که از مواد آزبست ساخته شده‌اند، ظرفیت جذب بالایی دارند و در کاربردهای یکبار مصرف استفاده می‌شوند. با این حال، استفاده از آن‌ها به دلیل ماهیت سرطان‌زای آزبست محدود است.
• فیلترهای شیشه‌ای سینتر شده: این فیلترها از پودر شیشه ذوب شده با هم ساخته می‌شوند. آن‌ها جذب کمی دارند و قابل استفاده مجدد هستند، اگرچه شکننده و گران هستند.
  2. فیلترهای غشایی
• ترکیب: فیلترهای غشایی از موادی مانند استات سلولز، نیترات سلولز، پلی کربنات و پلی وینیلیدین فلوراید (polyvinylidene fluoride) ساخته می‌شوند. آن‌ها معمولاً غشاهای دایره‌ای، متخلخل با ضخامت حدود 0.1 میلی‌متر هستند.
• عملکرد: فیلترهای غشایی میکروارگانیسم‌ها را بر اساس اندازه منافذ حذف می‌کنند. اندازه منافذ معمولاً حدود0.2 میکرومتر است که کوچک‌تر از اکثر باکتری‌ها است و به حذف موثر سلول‌های رویشی اما نه ویروس‌ها امکان می‌دهد.
• عملکرد: غشاها در نگهدارنده‌های مخصوص قرار می‌گیرند و اغلب قبل از فیلترهای عمقی برای حذف ذرات بزرگ‌تر استفاده می‌شوند. فرآیند فیلتراسیون شامل فشار دادن محلول از طریق غشا با استفاده از خلا، فشار یک سرنگ یا روش‌های دیگر و جمع‌آوری مایع فیلتر شده در ظروف استریل است.

مکانیسم‌های فیلتراسیون

• غربالگری: ذرات بر اساس حذف اندازه حذف می‌شوند، جایی که ذرات بزرگ‌تر حفظ می‌شوند در حالی که ذرات کوچکتر عبور می‌کنند.
• جذب: میکروارگانیسم‌ها به ماده فیلتر می‌چسبند و آن‌ها را از محلول حذف می‌کنند.
• به دام انداختن: ذرات به صورت فیزیکی در ماتریس ماده فیلتر به دام می‌افتند.

کاربردهای استریلیزاسیون فیلتراسیون

1. استریلیزاسیون مایعات:

• فیلترهای غشایی: برای فیلتر کردن تزریقات حساس به حرارت و محلول‌های چشم استفاده می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که آن‌ها بدون نیاز به حرارت از آلودگی میکروبی عاری هستند. فیلترهای غشایی اغلب با پیش‌فیلترها ترکیب می‌شوند تا ظرفیت آن‌ها برای رسیدگی به ذرات معلق را افزایش دهند.
• فیلتراسیون فشار و خلا: فیلترهای غشایی می‌توانند در نگهدارنده‌های فیلتر مجهز به فشار یا سیستم‌های فیلتراسیون خلا برای پردازش مایعات به طور کارآمد استفاده شوند.

2. استریلیزاسیون گازها:

• فیلترهای هوای ذرات با کارایی بالا (HEPA):  این فیلترها که از ورق‌های چین‌خورده میکروفیبرهای شیشه‌ای تشکیل شده‌اند، در حذف ذرات، از جمله میکروارگانیسم‌ها، از هوا بسیار موثر هستند. آن‌ها در محیط‌هایی مانند کابینت‌های جریان آرام و سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC systems) برای اطمینان از پاکیزگی هوا استفاده می‌شوند.
• کاربردها: فیلترهای HEPA در سیستم‌های مختلفی از جمله سیستم‌های تهویه بر روی تخمیرکننده‌ها، سانتریفیوژها، اتوکلاوها و خشک‌کن‌های انجمادی استفاده می‌شوند.

3. کاربردهای اضافی:

• گازهای پزشکی: فیلتراسیون برای اطمینان از پاکیزگی گازهای پزشکی با استفاده از فیلترهایی مانند پشم شیشه و غشاهای هیدروفوب استفاده می‌شود.
• رفع آلودگی هوا: در دستگاه‌های تهویه مکانیکی و کابینت‌های ایمنی میکروبیولوژیکی، فیلترهایی مانند فیبر شیشه و فیلترهای HEPA برای حذف آلاینده‌ها از هوا استفاده می‌شوند.

روش	کاربردهای توصیه‌شده	محدودیت‌ها
فیلترهای غشایی	استریلیزاسیون مایعات بیولوژیکی حساس به حرارت	مایع باید نسبتاً عاری از ذرات معلق باشد
فیلترهای فیبرشیشه (HEPA)	ضدعفونی هوا	گران

 امواج صوتی (سونیک)

امواج صوتی، به ویژه فراصوت (ultrasound) ، به عنوان عوامل باکتری‌کش از طریق فرآیندی که شامل ارتعاشات با فرکانس بالا برای مختل کردن و از بین بردن میکروارگانیسم‌ها است، استفاده می‌شوند. این روش از اثرات فیزیکی امواج صوتی برای افزایش نظافت و استریلیزاسیون، به ویژه در محیط‌هایی که روش‌های سنتی ممکن است کمتر موثر باشند، استفاده می‌کند.

مکانیسم عملکرد

1. فرکانس و محیط سونوگرافی

• دامنه فرکانس: سونوگرافی مورد استفاده برای تمیز کردن معمولاً بین 20 تا 40 کیلوهرتز کار می‌کند. اثربخشی این فرایند به فرکانس و محیطی که امواج صوتی از طریق آن منتقل می‌شوند بستگی دارد.
• انتخاب محیط: اگرچه سونوگرافی می‌تواند به تنهایی با آب موثر باشد، استفاده از یک حلال مناسب برای شیء خاص و نوع آلودگی می‌تواند کارایی تمیز کردن را بهبود بخشد.

2. تشکیل کاویتاسیون (Cavitation)

• فرآیند کاویتاسیون: هنگامی که امواج فراصوت از یک محلول شوینده عبور می‌کنند، نیروهای کششی و فشاری متناوب ایجاد می‌کنند. این امر میلیون‌ها حفره میکروسکوپی در داخل محلول ایجاد می‌کند.
• فروریزش حفره: هنگامی که این حفره‌ها به اندازه بحرانی می‌رسند، به شدت فرو می‌ریزند و منجر به تشکیل امواج شوک پر انرژی می‌شوند. این فرو ریزش گرما و فشار شدید تولید می‌کند.

3. تولید موج شوک

• دما و فشار: امواج شوک تولید شده می‌توانند به دمایی به اندازه 10،000 درجه فارنهایت و فشاری به اندازه 10،000 PSI  برسند.  این شرایط شدید برای جدا کردن و حذف میکروارگانیسم‌ها و زباله‌ها از سطوح ابزارهای آلوده کافی است.

عوامل موثر بر اثربخشی

1. شدت و مدت زمان صدا

• شدت: اثر باکتری‌کشی امواج صوتی هوایی به شدت صدا و مدت زمان قرار گرفتن در معرض آن بستگی دارد.
• فاصله: فاصله بین نمونه و منبع صدا نیز بر کارایی فرآیند تمیز کردن تأثیر می‌گذارد.

2. تأثیر بر ساختارهای میکروبی

• اسپورهای باکتریایی: اثربخشی امواج صوتی علیه اسپورهای باکتریایی بر اساس ترکیب شیمیایی اسپورها متفاوت است. مواد لیپیدی موجود در میکروب‌ها فرکانس‌های اولتراسوند را جذب می‌کنند که بر جذب انرژی آکوستیک و کارایی حذف تأثیر می‌گذارد.
• جذب لیپید: تغییرات در محتوای لیپید سلول‌های میکروبی می‌تواند مقدار انرژی آکوستیک جذب شده را تغییر دهد و بر اثربخشی کلی فرآیند تمیز کردن تأثیر بگذارد.

کاربردها و استفاده عملی

1. مراکز بهداشتی

• تمیز کردن ابزارها: این روش معمولاً در محیط‌های بهداشتی برای تمیز کردن ابزارهای جراحی و دندانپزشکی استفاده می‌شود. فرآیند تمیز کردن اولتراسوند قبل از استریلیزاسیون نهایی انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که آلودگی‌ها به طور کامل حذف شده‌اند.
• تمیز کردن پیشرفته: امواج شوک پر انرژی تولید شده توسط کاویتاسیون می‌توانند حتی به دورترین سطوح برسند و آن‌ها را تمیز کنند، این امر آن را به یک ابزار ارزشمند در حفظ بهداشت و استریل بودن در محیط‌های پزشکی تبدیل می‌کند.

روش	کاربردهای توصیه‌شده	محدودیت‌ها
اولتراسوند	موثر در آلودگی‌زدایی ابزارهای تمیزکاری ظریف	به تنهایی موثر نیست، اما به عنوان یک روش کمکی اثربخشی روش‌های دیگر را افزایش می‌دهد

G. فشار (پاسکالیزاسیون)

پاسکالیزاسیون، همچنین به عنوان فراوری فشار بالا(High-Pressure Processing) (HPP) شناخته می‌شود، یک تکنیک حفظ و استریلیزاسیون مواد غذایی است که از فشارهای بسیار بالای هیدرواستاتیک برای افزایش ایمنی و طول عمر محصولات غذایی استفاده می‌کند. این روش با کاربرد فشار در محدوده صدها مگاپاسکال (MPa) مشخص می‌شود که به طور موثری میکروارگانیسم‌های خاص را هدف قرار می‌دهد و آنزیم‌ها را بدون نیاز به دمای بالا غیرفعال می‌کند.

مکانیسم عملکرد

1. کاربرد فشار

• فشار هیدرواستاتیک بالا: پاسکالیزاسیون شامل اعمال فشارهایی است که معمولاً بین 400 تا 600 MPa است. این فشار عظیم به طور یکنواخت در یک محیط مایع اعمال می‌شود که تضمین می‌کند تمام سطوح غذا در معرض همان نیرو قرار می‌گیرند.
• درمان غیر حرارتی: از آنجایی که این فرایند در دمای اتاق انجام می‌شود، از اثرات حرارتی مرتبط با روش‌های سنتی استریلیزاسیون مبتنی بر حرارت اجتناب می‌کند.
  2. غیرفعال‌سازی میکروبی و آنزیمی
• مرگ میکروارگانیسم‌ها: فشار بالا تغییراتی در ساختار سلول‌های میکروبی ایجاد می‌کند که منجر به غیرفعال شدن آن‌ها می‌شود. فشار بر غشاهای سلولی، پروتئین‌ها و سایر اجزای سلولی تأثیر می‌گذارد و منجر به مرگ میکروارگانیسم‌های مختلف می‌شود.
• غیرفعال‌سازی آنزیم‌ها: آنزیم‌های مسئول فساد و تخریب غذا نیز تحت فشار بالا غیرفعال می‌شوند که به حفظ کیفیت و ماندگاری غذا کمک می‌کند.
  3. تأثیرات بر ساختارهای سلولی
• تغییر شکل پروتئین: در فشارهای بین 400 تا 600 MPa، پروتئین‌های موجود در میکروارگانیسم‌ها تغییر شکل می‌دهند. این تغییر شکل ساختارهای عملکردی آن‌ها را مختل می‌کند و منجر به مرگ سلول می‌شود.
• تغییر مورفولوژی سلول: ساختار مورفولوژیکی سلول‌های میکروبی تحت فشار بالا تغییر می‌کند و بر یکپارچگی و عملکرد آن‌ها تأثیر می‌گذارد. ریبوزوم‌ها، ضروری برای سنتز پروتئین، نیز تخریب می‌شوند.
  4. تغییرات در غشا و اسیدهای نوکلئیک

• کمپلکس‌های لیپید-پروتئینی: کمپلکس‌های لیپید-پروتئینی موجود در غشاهای سلولی تغییراتی را تجربه می‌کنند که منجر به افزایش سیالیت غشا می‌شود. این تغییر منجر به نشت اسیدهای نوکلئیک و سایر محتویات سلولی می‌شود.
• نشت اسیدهای نوکلئیک: اختلال در ساختار غشا تسهیل کننده نشت اسیدهای نوکلئیک است که بیشتر بر حیات‌پذیری میکروارگانیسم‌ها تأثیر می‌گذارد.

محدودیت‌ها و کاربردها

1. اثربخشی علیه اسپورها

• تحمل فشار اسپورها: پاسکالیزاسیون در برابر اسپورهای باکتریایی، که به مقاومت در برابر فشار بالا معروف هستند، کمتر موثر است. با این حال، ترکیب فشار بالا با روش‌های حرارتی در غیرفعال کردن این اسپورهای مقاوم موثر بوده است.

2. مناسب بودن برای محصولات غذایی

• مواد غذایی اسیدی: این فرایند برای مواد غذایی اسیدی، مانند ماست و میوه‌ها، به ویژه موثر است. محیط‌های pH پایین در این محصولات بقای اسپورهای مقاوم به فشار را محدود می‌کنند.
• مواد غذایی جامد و مایع: پاسکالیزاسیون برای هر دو محصول غذایی جامد و مایع به طور کارآمد عمل می‌کند و آن را به یک روش متنوع در فرآوری مواد غذایی تبدیل می‌کند.

3. حفظ کیفیت غذا

• تأثیر حداقل بر خواص غذا: این روش به طور کلی شکل، رنگ و محتوای غذایی اکثر غذاها را حفظ می‌کند. از آنجایی که شامل پردازش حرارتی نیست، طعم و بافت غذا نیز تا حد زیادی تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند.

H. نور خورشید (ضدعفونی خورشیدی)

ضدعفونی خورشیدی یک روش موثر برای تصفیه آب با استفاده از انرژی طبیعی نور خورشید است. این روش در درجه اول برای ایمن سازی آب آشامیدنی با حذف یا غیرفعال کردن میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شود.

مکانیسم عملکرد

1. استفاده از نور خورشید

• تابش UV-A : این روش بر تابش ماوراء بنفش (UV-A) A متکی است که دارای محدوده طول موج 320 تا 400 نانومتر (nm) است. این قسمت از طیف خورشیدی در ضدعفونی نقش اساسی دارد.
• گونه‌های اکسیژن واکنش‌پذیر: تابش UV-A با اکسیژن حل شده در آب برهمکنش می‌کند و منجر به تشکیل گونه‌های اکسیژن بسیار واکنش‌پذیر مانند رادیکال‌های آزاد اکسیژن و پراکسید هیدروژن می‌شود.

2. غیرفعال‌سازی میکروبی

• آسیب به پاتوژن‌ها: گونه‌های اکسیژن واکنش‌پذیر تولید شده در طول ضدعفونی خورشیدی به ساختارهای سلولی پاتوژن‌ها آسیب می‌رسانند. این شامل اختلال در فرآیندهای متابولیکی و تخریب اجزای ضروری سلول‌های باکتریایی است.
• اثر گرما: علاوه بر اثرات شیمیایی تابش UV-A، طیف گسترده‌تر انرژی خورشیدی، از جمله تابش مادون قرمز، دمای آب را افزایش می‌دهد. این اثر حرارتی می‌تواند بیشتر به غیرفعال شدن میکروارگانیسم‌ها کمک کند.

کارایی و محدودیت‌ها

1. مقایسه با استریلیزاسیون با تابش

• شباهت اصل: ضدعفونی خورشیدی اصل مشابهی با استریلیزاسیون با تابش دارد که از تابش UV برای دستیابی به غیرفعال شدن میکروبی استفاده می‌کند.
• کارایی و زمان قرار گرفتن در معرض: با وجود اثربخشی خود، ضدعفونی خورشیدی معمولاً نسبت به روش‌های دیگر کمتر موثر است. برای دستیابی به ضدعفونی کافی به دوره‌های طولانی قرار گرفتن در معرض نیاز دارد که می‌تواند کاربرد عملی آن را در برخی سناریوها محدود کند.

2. ملاحظات اقتصادی و زیست محیطی

• هزینه-اثربخشی: ضدعفونی خورشیدی یک روش مقرون به صرفه است، زیرا از نور خورشید رایگان استفاده می‌کند و نیازی به تجهیزات یا مواد شیمیایی گران قیمت ندارد.
• تأثیر زیست محیطی: این روش سازگار با محیط زیست است و از نور خورشید طبیعی بدون تولید محصولات جانبی مضر استفاده می‌کند.

کاربردهای عملی

1. تصفیه آب آشامیدنی

• استفاده رایج: ضدعفونی خورشیدی عمدتاً برای تصفیه آب آشامیدنی، به ویژه در مناطقی که دسترسی به امکانات پیشرفته تصفیه آب محدود است، استفاده می‌شود.
• پیاده‌سازی ساده: این فرایند می‌تواند با استفاده از تجهیزات اولیه مانند ظروف شفاف یا واحدهای ضدعفونی خورشیدی طراحی شده به طور خاص، پیاده‌سازی شود و آن را برای طیف گسترده‌ای از کاربردها قابل دسترسی کند.

2. شرایط قرار گرفتن در معرض

• شرایط بهینه: برای ضدعفونی خورشیدی موثر، آب باید در لایه‌های نازک و شفاف در معرض نور خورشید قرار گیرد. شرایط ابری یا کدر می‌توانند اثربخشی این فرایند را کاهش دهند.

زمان مرگ حرارتی (Thermal Death) و زمان کاهش دهدهی (Decimal Reduction Time) چیست؟

• زمان مرگ حرارتی: به کوتاه‌ترین مدت زمان برای کشتن یک سوسپانسیون از باکتری‌ها (یا اسپورها) در یک دمای معین و تحت شرایط خاص اشاره دارد.
• زمان کاهش دهدهی: واحد دیگری از اندازه‌گیری تخریب میکروارگانیسم‌ها توسط گرما است.
• از تعریف این اصطلاحات مشخص است که آن‌ها یک رابطه زمان-دما برای کشتن بیان می‌کنند. در زمان مرگ حرارتی، دما به عنوان نقطه ثابت انتخاب می‌شود و زمان تغییر می‌کند.
• زمان کاهش دهدهی اصلاحی از زمان مرگ حرارتی است که 90 درصد به جای 100 درصد نرخ کشتن را اندازه‌گیری می‌کند.
• داده‌های زمان مرگ حرارتی و داده‌های زمان کاهش دهدهی در بسیاری از کاربردهای میکروبیولوژی بسیار مهم هستند.
• به عنوان مثال، صنعت کنسرو مطالعات گسترده‌ای در این زمینه انجام می‌دهد تا دمای پردازش رضایت‌بخشی را برای حفظ غذاهای کنسرو شده تعیین کند.

ترجمه متن داخل تصویر:

 

1. استریلیزاسیون با حرارت

• حرارت خشک:
  • اصل: تخریب میکروارگانیسم‌ها از طریق اکسیداسیون.
  • روش:  آون هوای خشک: معمولاً در دمای 160-180 درجه سانتی‌گراد به مدت 1-2 ساعت کار می‌کند.
  • کاربردها:  استریلیزاسیون ظروف شیشه‌ای، ابزارهای فلزی و پودرها.
  • محدودیت‌ها:  برای مواد حساس به حرارت مناسب نیست.
• حرارت مرطوب:
  • اصل: تخریب میکروارگانیسم‌ها از طریق انعقاد پروتئین‌ها.
  • روش‌ها:
    • اتوکلاو (استریلیزاسیون با بخار):
      • شرایط: 121 درجه سانتی‌گراد در فشار 15 پوند بر اینچ مربع به مدت 15-30 دقیقه.
      • کاربردها:  استریلیزاسیون ابزارهای آزمایشگاهی، محیط کشت و مایعات.
    • آب جوش:
      • شرایط:  جوشیدن در 100 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 دقیقه.
      • کاربردها:  ساده، اما برای استریلیزاسیون کامل قابل اعتماد نیست؛ برای ضدعفونی استفاده می‌شود.
  • محدودیت‌ها: می‌تواند به مواد حساس به حرارت آسیب برساند.

2. فیلتراسیون

• اصل: حذف میکروارگانیسم‌ها با عبور دادن مایعات از فیلترهایی با اندازه منافذ کوچکتر از میکروارگانیسم‌ها.
• روش‌ها:
  • فیلترهای غشایی:
    • اندازه منافذ: 0.2 تا 0.45 میکرومتر.
    • کاربردها:  استریلیزاسیون مایعات و گازهای حساس به حرارت.
  • فیلترهای عمقی:
    • کاربردها:  پیش فیلتراسیون یا برای مایعات حجیم.
  • محدودیت‌ها:  برای ویروس‌ها و ذرات کوچکتر موثر نیست؛ نیاز به یکپارچگی مناسب فیلتر دارد.

3. تابش

• اصل:  تخریب میکروارگانیسم‌ها از طریق آسیب به DNA ناشی از تابش یونیزان یا غیر یونیزان.
• روش‌ها:
  • تابش فرابنفش (UV):
    • طول موج:  260-280 نانومتر.
    • کاربردها:  استریلیزاسیون سطح و ضدعفونی هوا.
    • محدودیت‌ها:  نفوذ محدود؛ نیاز به قرار گرفتن مستقیم در معرض تابش.
  • تابش گاما:
    • منبع:  کبالت 60 یا سزیم 137.
    • کاربردها:  استریلیزاسیون تجهیزات پزشکی، دارویی و مواد غذایی.
    • محدودیت‌ها: گران و نیاز به امکانات ویژه.

4. خشک کردن

• اصل: مهار رشد میکروبی با حذف آب.
• روش :خشک کردن.
• کاربردها :نگهداری مواد غذایی و نمونه‌های بیولوژیکی.
• محدودیت‌ها :همه میکروارگانیسم‌ها را نمی‌کشد؛ بیشتر یک روش نگهداری است.

5. فشار اسمزی

• اصل:  استفاده از غلظت‌های بالای حل شونده برای مهار رشد میکروبی.
• روش:
  • نمک‌سود کردن یا شیرین کردن:
    • کاربردها:  نگهداری مواد غذایی با ایجاد یک محیط هایپرتونیک.
    • محدودیت‌ها:  مواد غذایی را استریل نمی‌کند، بلکه از رشد میکروارگانیسم‌ها جلوگیری می‌کند.

خلاصه

• استریلیزاسیون با حرارت:  برای اکثر مواد موثر است؛ نیاز به شرایط مناسب دارد.
• فیلتراسیون:  برای مایعات و گازهای حساس به حرارت ایده‌آل است؛ برای ویروس‌ها مناسب نیست.
• تابش:  برای سطوح و کاربردهای خاص مفید است؛ برای استفاده گسترده گران است.
• خشک کردن و فشار اسمزی:  بیشتر در مورد نگهداری نسبت به استریلیزاسیون واقعی است.

همچنین بخوانید:

• آون آزمایشگاهی: اساس، قطعات، انواع، موارد استفاده، مثال‌ها
• روش‌های شیمیایی استریلیزاسیون: گازی و مایع
• استریلیزاسیون با اتیلن اکسید (ETO): ویژگی‌ها و محدودیت‌ها

مترجم: محمد صادق محمودی لرد

منبع