第一节  物理控制方法

多种物理因素如温度、射线、微波、超声波、干燥、过滤与改变渗透压等，都能对微生物的生长繁殖产生一定的影响，并由此达到控制微生物生长繁殖的目的。

 一、热力灭菌法

高温可引起微生物原生质胶体的变性、蛋白质和酶的损伤，失去生活机能的协调、停止生长或死亡。各种微生物对高温的抵抗力不同，病毒对高温最为敏感；细菌芽孢和真菌的一些孢子和休眠体，比它们的营养细胞的抗热性强；大部分无芽孢细菌、真菌的菌丝体和酵母菌加热至 60 ℃数分钟即可死亡。但芽孢细菌在沸水中数分钟甚至数小时仍能存活。 高温对微生物的致死作用，已广泛用于消毒灭菌。高温灭菌的方法分为干热灭菌法与湿热灭菌法两大类。在同一温度下，湿热灭菌法比干热灭菌法的效果好。 

(一)干热灭菌法

在无水的状态下，利用高温使微生物细胞脱水、大分子变性。

1．灼烧法：灼烧是直接用火焰灼烧而杀死微生物的方法，灭菌彻底，迅速简便，但使用范围有限。常用于金属性接种工具、污染物品及实验材料等废弃物的处理。

2. 干烤法：主要在干燥箱中利用热空气进行灭菌。在160℃～170℃作用1小时至2小时，可杀死所有微生物，包括细菌芽胞。如果被处理物品传热性差、体积较大或堆积过挤时，需适当延长时间。此法只适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。其优点是可保持物品干燥。

(二)湿热灭菌法

使微生物内部与加热环境均处于湿度饱和状态，利用水分子的热渗透作用进行灭菌的方法。

1．煮沸消毒法：将物品置于水中加热至沸点（1个大气压、100℃），持续5分钟～10分钟，可杀死除细菌芽胞外的各种微生物。芽胞需煮沸1小时至数小时才死亡。在水中加入2%碳酸钠，可提高沸点至105℃。既可促进芽胞的杀灭，又能防止金属器皿生锈。煮沸法简单方便,经济实用，多用于食物、饮用水、餐具、玻璃器皿和一般医疗器械（刀剪、注射器等）的消毒。使用时应注意将被消毒物品全部浸入。

2．流通蒸汽灭菌法：是在1个大气压下，利用100℃左右的水蒸汽进行消毒。一般是使用流通蒸汽灭菌器或者蒸笼，作用15分钟至30分钟，可杀死细菌繁殖体，但不能杀死全部细菌芽胞。该种方法设备简单，不要求耐压，成本较低，主要用于食品、餐具、食品厂原料输送管道及大容器的消毒。使用时，被消毒物品的包装不宜过大、放置不宜过密，以免阻碍蒸汽穿透。

3．间歇灭菌法（fractional sterilization）：反复、间歇利用流通蒸汽，将复苏的细菌芽胞分批杀灭的灭菌方法。将物品置于流通蒸汽灭菌器中，根据物品的耐热能力，加热至80℃～100℃，持续15分钟～30分钟，可杀死细菌繁殖体。取出后置37℃温箱培养，次日同样处理。如此连续三次以上，可将物品上的微生物全部杀灭。该法对物品损害程度小，不破坏其营养成分，因此适用于不耐高温的营养物（如血清培养基、某些药物）的灭菌。

4．巴氏消毒法（Pasteurization）：是利用较低的温度杀死饮品中的一些特定病原菌、又不损害其质量的消毒方法，由巴斯德（Louis Pasteur）首创而得名。将饮品加热61.1℃～62.8℃，维持30分钟；或者加热至71.7℃，作用15分钟。可杀灭饮品中的布氏杆菌、沙门菌、牛型结核分枝杆菌和溶血性链球菌，但不能杀灭细菌芽胞。此法多用于酒类、牛乳类制品、果汁及糖浆的消毒，也可用于一些不耐高温的医疗器械如膀胱镜的消毒。

5．高压蒸汽灭菌法：是在密闭的耐压容器内，利用蒸汽形成超过大气压的压力与高温进行灭菌的方法。此法为实验室及生产中最常用的灭菌方法。通常使用高压蒸汽灭菌器，加热时，灭菌器内蒸汽压力可达103.46kPa，(相当于121.3℃)，维持15分钟至20分钟，可杀灭包括细菌芽胞在内的所有微生物。 适用于各种耐高温物品如基础培养基、生理盐水、手术器械、敷料和注射器等的灭菌。

相比干热，湿热的杀菌能力强，作用时间短，是因为：①菌体蛋白在湿热中易于凝固，蛋白质凝固所需的温度与其含水量有关，含水量愈大，发生凝固所需的温度愈低，湿热中，菌体蛋白质吸收了水分，因此较同一温度的干热更易凝固；②蒸汽中潜热的存在，蒸汽接触物品后转变为液态，释放出潜热，使物品的温度迅速提高；③湿热的穿透力比干热大，可使物品深部也达到灭菌温度。

二、辐射法

用于消毒与灭菌的辐射是指可见光以外的电磁波，包括X-射线、γ-射线、红外线、紫外线、微波等。大多数微生物不能利用辐射能源，且可以因此而受到损害。故物理辐射往往被用于控制微生物。 

1．红外线：红外线是指波长0.77μm～1000μm的电磁波,在1μm～10μm波长段热效应最强。在其照射处，能量被直接转换为热能，通过提高环境中的温度和引起水分蒸发而致干燥作用，间接地影响微生物的生长。 

2．紫外线：紫外线是一种低能量的电磁波，波长200～300nm具有杀菌作用，其中波长在260nm处杀菌力最强，这与核酸吸收光谱范围相一致。吸收紫外线后，DNA的同一条螺旋体上相邻的两个胸腺嘧啶分子通过各自的5和6位炭原子相互连接起来，形成1个四炭环（环丁烷环）结构的二聚体，导致微生物死亡。同时，紫外线也可使RNA形成尿嘧啶二聚体，并使核酸与蛋白质交连。部分微生物受紫外线照射损伤后置于可见光下，可重新正常生长繁殖，称为光复活作用（photoreactivation）。其原因是在微生物细胞内存有光复活酶，能使核酸的二聚体解聚；或将损伤的DNA片断切下后，用正常核苷酸代之。被紫外线“杀灭”的微生物，有10％～30％的复活率。紫外线对细菌、真菌、病毒、立克次氏体、螺旋体、原虫等多种微生物有杀灭作用，但不同种类的微生物对紫外线照射的敏感性不同。最敏感的为革兰阴性菌，次为革兰阳性球菌，细菌芽胞和真菌孢子对紫外线的抵抗力最强。紫外线的能量低，穿透力弱，普通玻璃、纸、有机玻璃、一般塑料薄膜、尘埃和水蒸气等都对其有阻挡作用，因此主要用于医院病房、手术室、无菌车间、实验室等处室内空气及物品表面的消毒。目前也用于饮用水消毒、污水灭菌和血液制品中病毒的灭活。杀菌波长的紫外线对人体皮肤、眼睛均有损伤作用，使用时应注意防护。

3．电离辐射：高能电滋波X-射线、γ-射线、α-射线和β- 射线的波长更短，有足够的能量使受照射分子逐出电子而使之电离，故称为电离辐射。电离辐射具有较强的穿透力和杀菌效果，消毒灭菌具有许多独特的优点：①能量大，穿透力强，可彻底杀灭物品内部的微生物，灭菌作用不受物品包装、形态的限制；②不需加热，有“冷灭菌”之称，可用于忌热物品的灭菌；③方法简便，不污染环境，无残留毒性。现多用于医疗卫生用品如中西药物、医疗器材的消毒灭菌，对一次性使用的医药制品、密封包装后需长时间储存的器材、精密器械及仪器、移植用的组织和用于埋植的人工器官等物品的消毒灭菌尤其适用。亦能用于保藏食品、处理污水污泥。电离辐射可造成人体损伤，应注意防护。

4．微波：微波是一种波长1～1000mm的电磁波，主要通过使介质内极性分子呈现有节律的运动，分子间互相碰撞和磨擦，产生热量而杀菌。微波的频率较高，穿透力较强，可穿透玻璃、塑料薄膜与陶瓷等物质，但不能穿透金属。多用于食品、药品、非金属器械及餐具的消毒。但灭菌效果不可靠。　

三、超声法

超声波为频率高于20kHz的机械波，人耳不能听到。液体中的微生物细胞可因高强度的超声波照射而破碎死亡。超声波的杀菌效果及对细胞的影响与频率、处理时间、微生物种类、细胞大小、形状及数量等均有关系。杆菌比球菌、丝状菌比非丝状菌、体积大的菌比体积小的菌更易受超声波破坏，而病毒和噬菌体较难被破坏，细菌芽孢大多数情况下不受超声波影响。一般来说，高频率比低频率杀菌效果好。目前超声波主要用来裂解细胞，分离提取细胞组分或制备抗原。

四、滤过法

滤过除菌是用滤器去除气体或液体中微生物的方法。常用的滤器有硅藻土滤器（Berkefeld filter）、蔡氏滤器（Seitz filter）、玻璃滤器、膜滤器和超净工作台、生物安全柜等，其原理是利用滤器孔径的大小来阻截液体、气体中的微生物。此法主要用于一些不耐热、亦不能用化学方法处理的物品如抗生素、维生素、酶等药液及血清、毒素、空气等的除菌。但病毒以及支原体等微生物因其颗粒太小，不能通过滤过法去除。

五、干燥与低温法

水是微生物细胞构成与代谢的必要成分，干燥可使微生物细胞脱水，代谢受到阻碍。多数细菌的繁殖体如脑膜炎双球菌、淋球菌、霍乱弧菌、梅毒螺旋体等在空气中干燥时很快死亡，部分细菌如溶血性链球菌、结核杆菌等抗干燥力较强，芽胞则能耐干燥。干燥法常用于保存食物、药物，降低食物、药物中的含水量直至干燥，可有效抑制其中微生物的繁殖，防止腐败变质。

多数细菌耐低温。在低温状态下，细菌的代谢减慢，生长繁殖受到抑制。当温度升至适宜范围时则能恢复生长繁殖。因此低温可用作保存食物、药物，保存菌种。