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无菌过滤

1880
  • Charles Chamberland
用于洁净室微生物应用的无菌过滤装置。

(图片仅供参考)

一种物理灭菌方法,通过将液体和气体中的微生物通过孔径足够小的过滤器来去除微生物。除菌过滤的常见孔径为 0.22 微米 (µm),可有效去除大多数细菌。该技术并非杀死微生物,而是以物理方式将它们分离,因此非常适合热不稳定溶液。

Sterile filtration is a unique sterilization method because it does not inactivate or kill microorganisms but rather physically removes them from a fluid (liquid or gas). The process relies on a membrane filter, a thin layer of semi-permeable material engineered with a specific pore size distribution. For sterilization, a filter with a nominal pore rating of 0.22 micrometers (µm) or smaller is typically used. This size is chosen based on the dimensions of the smallest known free-living bacteria, such as Brevundimonas diminuta, which is often used as the challenge organism for validating sterilizing-grade filters. As the fluid is forced through the filter by positive pressure or vacuum, the pores allow the fluid molecules to pass through but are small enough to trap bacteria and other microorganisms on the filter’s surface. The primary mechanism of retention is size exclusion, but other effects like electrostatic attraction and tortuous path interception can also contribute to capture. This method is indispensable for solutions containing heat-labile components, such as proteins, enzymes, 疫苗, and certain antibiotics, which would be denatured or destroyed by heat-based methods like autoclaving. It is considered a non-destructive sterilization technique. However, it has limitations. It cannot remove all viruses, as many are smaller than 0.22 µm, nor can it remove dissolved endotoxins or pyrogens. The process must also be conducted under aseptic conditions to prevent recontamination of the filtered fluid downstream of the filter.

过滤的历史 微生物 过滤技术可以追溯到19世纪末。1884年,路易·巴斯德的同事查尔斯·尚伯兰发明了尚伯兰过滤器,该过滤器由未上釉的瓷器制成。这一装置在早期病毒学研究中发挥了重要作用;德米特里·伊万诺夫斯基于1892年,马丁努斯·贝耶林克于1898年利用该过滤器证明,导致烟草花叶病的病原体比任何已知的细菌都要小,因为它能够穿过过滤器。他们将这类新型传染性病原体称为“可过滤病毒”。早期的过滤器虽然有效,但过滤速度慢且易碎。20世纪,随着由纤维素酯、尼龙和聚砜等材料制成的现代膜过滤器的出现,这项技术取得了显著发展。这些新材料使得制造孔径控制更精准、更耐用、流速更高的过滤器成为可能,从而使无菌过滤成为制药、生物技术以及食品饮料行业可靠且可扩展的工艺。

UNESCO Nomenclature: 2401
- 微生物学

类型

物理过程

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 路易·巴斯德关于发酵和细菌理论的研究
  • 瓷器和材料科学的进步
  • 需要从液体中分离细菌和病毒

应用程序

  • 疫苗和蛋白质溶液等热敏药物的灭菌
  • 实验室和制造业用水的净化
  • 洁净室和生物安全柜中的空气过滤(高效肝素 过滤器)
  • 啤酒和葡萄酒等饮料的澄清和灭菌

专利:

NA

潜在创新理念

  • 带有嵌入式传感器的智能过滤器,可实时检测指示堵塞或膜故障的压力变化
  • 开发孔径在纳米范围内的病毒截留过滤器,用于对生物制品进行灭菌
  • 自清洁 filter systems using back-flushing or 超声波 vibrations to extend filter life
  • 可生物降解的滤芯,可减少实验室和工业环境中的塑料废物
  • 过滤器表面涂层可主动杀死被捕获的细菌,防止生物膜形成和生长
  • 3D打印定制设计的过滤器外壳针对特定流体动力学进行了优化,以最大限度地提高效率
  • 将无菌过滤集成到供徒步旅行者或救灾使用的便携式净水设备中
  • 多级过滤器结合了不同的孔径和材料,可以去除从颗粒物到内毒素等更广泛的污染物
  • 具有原子级精确孔径的石墨烯基膜,可实现高效、选择性过滤
  • 专为航天器生命支持系统微重力环境下使用而设计的过滤器
相关领域:无菌过滤、膜过滤器、0.22微米、物理去除、热不稳定、制药、无菌、HEPA、病毒学、Chamberland过滤器。

历史背景

无菌过滤

1800
1834-01-01
1880
1902
1920
1928
1930
1800
1800-05-02
1880
1900
1910
1921
1930
1930

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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