Семинар 3. Термические методы стерилизации

Семинар 3. Термические методы стерилизации

МЕТОДЫ СТЕРИЛИЗАЦИИ

Стерилизация является одним из важнейших и необходимых приемов в мик­робиологической практике. Слово «стерилизация» в переводе с латинского оз­начает «обеспложивание». В практической работе под стерилизацией понимают методы, применяемые для уничтожения всех форм жизни как на поверхности, так и внутри стерилизуемых объектов. Микробиологи стерилизуют питатель­ные среды, посуду, различные инструменты и другие необходимые предметы с целью не допустить развитие посторонних микроорганизмов в исследуемых культурах. Термин «стерильность» имеет абсолютное значение. Можно гово­рить только либо о стерильности, либо о нестерильности, но не может быть состояния «частичной или неполной стерильности», «близкого к стерильно­му», «почти стерильного».

Различают термическую и холодную стерилизацию. В микробиологии находят применение следующие способы термической стерилизации: прокаливание в пламени и обжигание, сухожаровая стерилизация (горячим воздухом), стери­лизация насыщенным паром под давлением (автоклавирование), дробная сте­рилизация (тиндализация), кипячение. Из методов холодной стерилизации микробиологи используют стерилизацию фильтрованием, газообразными сред­ствами, ультрафиолетовыми лучами и другими видами излучений.

Возможность и целесообразность применения того или иного способа опре­деляются в первую очередь физико-химическими свойствами материала, под­лежащего стерилизации, а иногда и целью исследования.

Процесс автоклавирования.

Отдельные операции процесса стерилизации в автокла­вах разных типов могут быть несколько различными. Соответственно несколько разли­чается и техника работы с ними, однако общий принцип проведения стерилизации в разных автоклавах одинаковый.

Перед работой осматривают автоклав и контрольно-измерительную аппаратуру. При наличии любой неисправности (смещение стрелки манометра с нуля, трещина на во­домерной трубке и др.) работать с прибором нельзя. После осмотра автоклава в водопаровую камеру наливают воду до верхней отметки на водомерной трубке. В стерилиза­ционную камеру на специальную подставку из дерева помещают стерилизуемый мате­риал. Предметы следует размещать не слишком плотно, так как пар должен свободно проходить между ними, иначе они не нагреются до нужной температуры и могут остаться нестерильными. Загрузив стерилизационную камеру, устанавливают и плотно завинчивают крышку (дверь) автоклава. Затем открывают кран, соединяющий стери­лизационную камеру с наружным воздухом, и включают нагрев.

После начала парообразования удаляют воздух из стерилизационной камеры. Это необходимое условие стерилизации, так как при одном и том же давлении температура чистого пара выше температуры смеси пара и воздуха. Если в автоклаве останется воздух, материал может не простерилизоваться. Наиболее простой и очень распространенный способ освобождения автоклава от воздуха — вытеснение воздуха паром. Пар и конденсат отводят либо в сосуд с водой, либо в специальное устройство, соединенное с канализацией. В первом случае на кран (2) надевают резиновый шланг, который опускают в воду. Началом продувания считается появление устойчивой непрерывной струи чистого пара. Пока в автоклаве еще имеется воздух, смесь воздуха и пара, прохо­дя через воду, издает сильный треск. Чистый пар выходит с равномерным шипящим звуком. Его пропускают в течение 10 мин. В целом вся операция с момента появления пара с воздухом должна занимать не более 15 — 20 мин, иначе в автоклаве останется мало воды и он может испортиться. Чтобы уменьшить расход пара (воды), кран откры­вают не полностью. Степень открывания крана устанавливают на практике при эксплу­атации автоклава. В наиболее совершенных автоклавах воздух из стерилизационной ка­меры удаляют с помощью вакуумного насоса.

Когда воздух вытеснен, закрывают пароотводной кран, и давление пара доводят до показания, соответствующего режиму стерилизации. Режим автоклавирования часто выражают в единицах избыточного давления, указывая при этом длительность его под­держания, например стерилизация при 1 ати в течение 20 мин. На манометре автокла­ва обозначается именно то избыточное давление, которое создается в автоклаве сверх нормального. Нередко режим автоклавирования характеризуется температурой и вре­менем. Как только стрелка манометра дойдет до указателя определенного дополнитель­ного давления и, следовательно, температура пара достигнет соответствующего значе­ния, этот уровень давления пара поддерживают в течение необходимого времени пу­тем ручного или автоматического регулирования подачи пара. В автоматических авто­клавах подачу пара регулируют электроконтактным манометром.

По окончании времени стерилизации выключают нагрев автоклава. Давление в ав­токлаве постепенно падает и сравнивается с атмосферным. Лишь после этого открыва­ют кран, выводящий пар. Преждевременное открывание крана недопустимо, так как перегретые среды при резком снижении давления сразу же бурно закипают, смачива­ют и даже иногда выталкивают ватные пробки, что нарушает стерильность материала. Когда пар выйдет, открывают крышку (дверь) автоклава, соблюдая при этом осто­рожность во избежание ожога паром лица и рук. Удаление пара из стерилизационной камеры автоклавов, оснащенных вакуумным насосом, осуществляют с помощью на­соса. Одновременно происходит подсушивание стерильного материала.

Поскольку автоклав работает при высоких давлениях и температурах, неправильное обращение с ним может быть причиной несчастных случаев. Установка автоклава и работа с ним производятся при точном и строгом выполнении правил, указанных в прилагаемой к автоклаву инструкции. К работе допускаются только подготовленные лица, имеющие специальное разрешение.

При необходимости проконтролировать температуру в автоклаве пользуются раз­ными веществами, плавящимися при определенной температуре. Эти вещества пред­варительно смешивают с нейтральными красителями и помещают в автоклав до нача­ла стерилизации. В качестве индикаторов температуры используют фенантрен (темпе­ратура плавления 98—100°С), бензаурин (115°С), серу (119 °С), бензойную кислоту (121 — 122 °С), мочевину (132°С), глюкозу (146°С), тиомочевину (180°С), аскорбино­вую кислоту (187— 192 °С). На 100 г этих веществ берут 0,01 г красителя (фуксин, метиленовый синий), тщательно смешивают, рассыпают в стеклянные трубочки с одинако­вым диаметром и толщиной стенок, запаивают и в вертикальном положении расклады­вают между стерилизуемым материалом в автоклаве. По достижении в сосуде соответ­ствующей температуры эти вещества расплавляются и окрашиваются в цвет добавлен­ного в них красителя.

Подготовка сред к стерилизации.

При автоклавировании 3 — 5 % жидкости теряется в ре­зультате испарения, поэтому рекомендуется в приготавливаемые среды добавлять сверх объе­ма примерно 5 % дистиллированной воды. Тог­да после стерилизации среда (раствор) будет иметь требуемую концентрацию.

Среды обычно стерилизуют в пробирках, колбах, бутылях. Емкости заполняют средой не более чем на половину их высоты, чтобы пре­дотвратить смачивание пробок. Сосуды со сре­дами закрывают ватными пробками. Они предо­храняют среду от заражения микроорганизма­ми, находящимися в окружающем воздухе.

Пробки должны быть достаточно плотными, чтобы выполнять эту функцию, но с достаточно равномерным распределением волокон ваты, так как через них происходит газообмен культур с окружающей средой. Слишком плотные пробки затрудняют снабжение культур воздухом.

Для приготовления пробки плоский кусок ваты, взятый вдоль волокна, скаты­вают валиком. Чтобы придать пробке прочность, ее прокатывают между ладо­нью и чистым стеклом, лежащим на столе. Длина пробки для обычной пробир­ки примерно 4 см. Пробка должна входить в пробирку на 1,5 — 2,0 см (рис. 4.2). Для сохранения формы пробку вынимают из горлышка, слегка вращая. Удобно обернуть пробку чистой марлевой салфеткой.

Перед стерилизацией пробки можно прикрыть бумажными колпачками. Нельзя обертывать пробки сосудов, которые будут стерилизоваться в автокла­ве, целлофаном, фольгой или другими материалами, не пропускающими пар, так как пар должен проникать через пробку в сосуд, иначе среды не нагреются до нужной температуры и не простерилизуются. При использовании стеклян­ных, резиновых, корковых и других пробок их завертывают в двойной слой оберточной бумаги и стерилизуют привязанными к склянке, закрытой ватной пробкой. Пробки в сосуде меняют стерильно около пламени горелки.

Подготовка посуды к стерилизации.

Посуда перед стерилизацией должна быть тщательно вымыта и завернута в бумагу для сохранения стерильности после прогревания. Посуду развертывают непосредственно перед употреблением. В верх­ние концы пипеток вставляют ватные тампоны. Торчащие из пипеток волокна ваты сжигают в пламени горелки. Пипетки заворачивают в длинные полоски бумаги шириной 4 — 5 см. Обмотку начинают с оттянутого конца и постепен­ным движением бумаги по спирали заканчивают у конца с ватным тампоном. Завернутые пипетки для предохранения бумаги от загрязнения и разрывов перед стерилизацией упаковывают по несколько штук вместе или помещают в спе­циальные металлические или картонные пеналы. Чашки Петри обычно завора­чивают в пакеты по 2 —4 штуки, шпатели — по отдельности, но затем, как и пипетки, их объединяют в общий сверток. Колбы, пробирки и трубки Бурри закрывают ватными пробками. На пробки можно надеть бумажные колпачки, предохраняющие горлышко от пыли.

Стерилизация.

Посуду, подготовленную для стерилизации, загружают в сте­рилизатор (или сушильный шкаф) не слишком плотно, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха и равномерный надежный прогрев стерилизуемого ма­териала. Стерилизатор (сушильный шкаф) во время работы должен быть плотно закрыт. При отсутствии терморегулятора необходимо строго следить за темпера­турой, так как при ее понижении не осуществится стерилизация, а при нагреве выше 180 °С бумага и пробки начинают обугливаться. По окончании стерилиза­ции шкаф не открывают до тех пор, пока температура в нем не упадет до 80 °С, поскольку при резком охлаждении иногда нарушается стерильность материа­ла, а сильно нагретое стекло может растрескаться. Лучше всего выгружать по­суду, когда температура в стерилизаторе сравняется с комнатной.

Посуду можно стерилизовать и в автоклаве. Режим стерилизации в этом случае существенно зависит от объема сосудов и толщины стекла (см. табл. 4.2). Для автоклавирования посуду готовят, как и для сухожаровой стерилизации. Следует иметь в виду, что в автоклаве посуда увлажняется.

Стерилизация фильтрованием.

Филь­трованием стерилизуют синтетические среды строго определенного состава, которые содержат легкоразрушающи­еся или летучие компоненты — вита­мины, аминокислоты (цистеин и цистин), белки, ароматические углеводо­роды, антибиотики и др. Фильтрование жидкостей осуществляют через мелко -пористые материалы, легко адсорбиру­ющие клетки микроорганизмов: асбест, целлюлозу, фарфор, каолин и т.д.

Стерилизующими фильтрами теоретически считают такие, размер пор ко­торых не превышает 0,7 мкм. В практике же пригодность фильтров для стерили­зации устанавливают путем пробной фильтрации через них суспензии какого-нибудь мелкого микроорганизма, например Serratia marcescens. Для проверки на стерильность фильтрат в большом количестве высевают на питательную среду. Если в течение 5 сут тест-организм не вырастет, фильтры могут быть использованы для стерилизации. Широкое распространение получили мемб­ранные фильтры. Это диски разного размера, диаметра, напоминающие бумаж­ные. Их готовят на основе нитроцеллюлозы. Мембранные фильтры в зависимо­сти от величины пор применяют для фильтрования и стерилизации. Для стери­лизации используют фильтры с номера 1 до номера 4 фирмы «Владипор» (Рос­сия), фильтры с номера 5 до номера 10 фирмы «СИНПОР» (Чехия) и марок VF, VM, VC, SLGS, SLHA, DA фирмы «МИЛЛИПОР» (США).

Плотные диски, изготовленные из смеси асбеста с целлюлозой, называют­ся фильтрами Зейтца. В зависимости от диаметра пор они обозначаются разны­ми индексами: ЕК — поры диаметром 1,5 — 1,8 мкм; ЕКS — 1,2—1,5; ЕКS-1 — 1,0— 1,2; ЕКР — 0,8— 1,0 мкм. В России выпускают асбестовые фильтры марок Ф₂ и СФ. Стерилизующими являются СФ-3 и СФ-4.

Асбестовую пластинку помещают в специальный держатель, который обычно изготавливают из нержавеющей стали, и крепко зажимают винтами между верхней (цилиндрической) и нижней (воронкообразной) частями держателя. Трубка нижней части держателя через резиновую пробку проходит в колбу Бунзена. Нередко весь этот прибор в собранном виде называют фильтром Зейтца.

Для стерилизации используют стеклянные пористые фильтры, а также изготовленные из каолина с примесью кварцевого песка — «свечи» Шамберлана и из инфузорной зем­ли — «свечи» Беркефельда. Пористость пер­вых обозначается буквой L с цифрами от 1 до 13 соответственно уменьшению диаметра пор фильтра от 9 до 1,2 мкм. Мелкопористые «све­чи» обозначаются маркой В, крупнопористые - F. Фильтры Беркефельда обозначают буквами V, N, W, что соответствует следую­щим размерам пор (мкм): 8—12, 5 — 7, 3 — 4.

«Свечи» и специальные держатели с зак­репленными в них асбестовыми фильтрами герметически соединяют с колбой Бунзена для фильтрации в вакууме (рис. 4.3). Перед употреблением фильтры, их держатели и при­емник фильтрата должны быть простерилизованы.

Мембранные фильтры стерилизуют автоклавированием при 1 ати 15 мин или длительным кипячением. Держатель вместе с резиновой пробкой завора­чивают в бумагу и автоклавируют при 1 ати 20 — 30 мин. Фильтры Зейтца автоклавируют в собранном виде.

«Свечи» стерилизуют вместе с резиновыми пробками в автоклаве. Колбу Бунзена закрывают ватной пробкой, в отводную трубку вставляют тампон и стерилизуют горячим воздухом — сухим жаром.

СТЕРИЛИЗАЦИЯ ИНСТРУМЕНТОВ И ПРИБОРОВ

Мелкие металлические инструменты: петли, иглы, пинцеты, ножницы, шпатели — стерилизуют прокаливанием в пламени (т.е. нагреванием докрас­на) непосредственно перед использованием. На пламени кратковременно об­жигают предметные и покровные стекла, стеклянные шпатели и палочки, фарфоровые ступки и пестики, горлышки колб, пробирок, бутылок, а также ватные пробки при пересевах культур и разливах сред. В пламени погибают и вегетативные клетки, и споры микроорганизмов.

Наряду со стерильными одноразовыми шприцами в лабораторной практике широко распространены традиционные шприцы многократного использования. Их лучше всего стерилизовать сухим жаром при 160 °С в собранном либо в разоб­ранном виде. В первом случае длительность стерилизации 75 мин, во втором —60 мин. Собранные шприцы вместе с иглой стерилизуют в пробирке, закрытой ватной пробкой, разобранные заворачивают в бумагу или ткань. Можно стери­лизовать шприцы и в автоклаве при 1 ати в течение 15 — 20 мин. Автоклавируют их только в разобранном виде, иначе они повреждаются. Прокаливать шпри­цы нельзя, так как от этого они портятся.

Термостойкие приборы для культивирования микроорганизмов, а также детали к этим приборам, резиновые пробки и шланги стерилизуют в автоклаве. При этом емкости завертывают в бумагу. Режим автоклавирования выбирают в соответствии с термостойкостью материала, из которого сделан прибор.

Некоторые предметы (металлические инструменты, мелкие стеклянные де­тали, мембранные фильтры) иногда стерилизуют длительным (в течение 20 — 30 мин) кипячением в дистиллированной воде. Металлические и стеклянные предметы лучше всего кипятить в специальных закрытых сосудах — стерилиза­торах. Можно использовать для этой цели и металлическую посуду. Мембран­ные фильтры обычно кипятят в колбе или химическом стакане, закрытых ват­ными пробками. Однако этим способом стерилизации в микробиологической практике пользуются редко в связи с тем, что длительное кипячение может повредить обрабатываемый материал, а сокращение времени кипячения мо­жет не обеспечить стерильность, так как споры некоторых микроорганизмов способны сохранять жизнеспособность даже после длительного кипячения. Надежность стерилизации при кипячении может быть увеличена внесением в воду какого-либо бактерицидного средства: 2%-го формальдегида, 1%-й брил­лиантовой зелени или 0,1%-й сулемы. Но в этом случае возможно загрязнение биоцидами стерилизуемых предметов.

Стерилизация облучением.

Для стерилизации помещений, оборудования, некоторых медицинских принадлежностей, пищевых продуктов используют разные виды излучений: инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновские лучи, альфа-, бета-, гамма-лучи радиоактивных элементов. Единицей дозы облучения является радиан (1 рад = 0,01 Гр), который эквивалентен поглощенной энергии примерно в 100 эрг/г. Стерилизующими являются дозы облучения 2 — 3 Мрад (10⁴Гр, или рад). Чаще других в микробиологической практике используют ультрафиолетовое облучение.

Основные способы стерилизации питательных сред, посуды и других лабо­раторных материалов обобщены в табл. 4.4. Следует отметить, что все большее распространение получают посуда и инструменты одноразового использова­ния.

 

Семинар 3. Термические методы стерилизации

МЕТОДЫ СТЕРИЛИЗАЦИИ

Стерилизация является одним из важнейших и необходимых приемов в мик­робиологической практике. Слово «стерилизация» в переводе с латинского оз­начает «обеспложивание». В практической работе под стерилизацией понимают методы, применяемые для уничтожения всех форм жизни как на поверхности, так и внутри стерилизуемых объектов. Микробиологи стерилизуют питатель­ные среды, посуду, различные инструменты и другие необходимые предметы с целью не допустить развитие посторонних микроорганизмов в исследуемых культурах. Термин «стерильность» имеет абсолютное значение. Можно гово­рить только либо о стерильности, либо о нестерильности, но не может быть состояния «частичной или неполной стерильности», «близкого к стерильно­му», «почти стерильного».

Различают термическую и холодную стерилизацию. В микробиологии находят применение следующие способы термической стерилизации: прокаливание в пламени и обжигание, сухожаровая стерилизация (горячим воздухом), стери­лизация насыщенным паром под давлением (автоклавирование), дробная сте­рилизация (тиндализация), кипячение. Из методов холодной стерилизации микробиологи используют стерилизацию фильтрованием, газообразными сред­ствами, ультрафиолетовыми лучами и другими видами излучений.

Возможность и целесообразность применения того или иного способа опре­деляются в первую очередь физико-химическими свойствами материала, под­лежащего стерилизации, а иногда и целью исследования.